地球约45亿年前形成，而最古老的微生物化石可追溯至35亿年前——在数亿年的窗口期，非生命物质如何跨越“生命之界”，成为细胞？ 这一问题被称为“生命起源”，是生物学、化学与地质学交叉的最前沿领域。目前主流假说分为“代谢优先”与“遗传优先”两大阵营，而近期研究更倾向于两者融合的“RNA世界”及“前细胞体系”模型。本文梳理了从米勒实验到最新RNA复制酶、原始细胞（protocell）组装的关键进展。

一、历史里程碑：米勒-尤里实验（1953）

• 实验：模拟原始大气（甲烷、氨、氢气、水蒸气）并施加电火花放电；

• 结果：生成多种氨基酸（甘氨酸、丙氨酸等）、糖类与核苷酸前体；

• 意义：证明有机小分子可在原始地球条件下自发形成。

二、从“小分子”到“大分子”：聚合难题

• 问题：氨基酸、核苷酸需在无水条件下聚合（脱水缩合），但原始海洋是水环境；

• 解决方案：

  • 热泉/热液喷口：提供高温、矿物催化表面（如黄铁矿），促进聚合；

  • 干湿循环：潮汐、蒸发使分子浓缩，促进肽键、磷酸二酯键形成；

  • 蒙脱石黏土：作为模板催化RNA链延长。

三、“RNA世界”假说

• 核心：在DNA与蛋白质出现前，RNA同时承载遗传信息（如DNA）与催化功能（如蛋白质）；

• 证据：

  • 核酶（ribozyme）可催化自身复制（如2025年最新报道的45 nt核酶QT45）；

  • RNA可结合小分子辅酶，形成原始代谢；

• 挑战：RNA在原始环境中的稳定性（易水解）与聚合效率。

四、“代谢优先”假说（铁硫世界）

• 核心：生命始于原始代谢网络（如三羧酸循环的部分反应），而非自我复制分子；

• 证据：

  • 热液喷口存在H₂、CO₂、H₂S，在铁硫矿物（如黄铁矿）表面可驱动还原性乙酰辅酶A途径（Wood-Ljungdahl pathway），生成有机酸；

  • 该途径在产乙酸菌、产甲烷菌中保守，被认为是原始代谢的“化石”。

五、原始细胞（Protocell）的形成

• 问题：即使有了复制分子与代谢网络，它们必须被包裹在隔室（膜）中才能形成“个体”；

• 解决方案：

  • 脂肪酸囊泡：可在水相中自发形成双层膜，且能渗透核苷酸、氨基酸等小分子；

  • 生长与分裂：脂肪酸囊泡在营养补充下可生长，并通过物理剪切（如剪切流）分裂；

  • 遗传物质包裹：RNA或DNA可被包裹入囊泡，并随分裂传递。

六、现代合成生物学重建“原始生命”

• 2020年代进展：

  • 构建能够自主复制RNA的核酶系统；

  • 实现脂肪酸囊泡包裹RNA并支持其复制；

  • 在实验室内演化出可进行达尔文式演化的原始细胞模型。

七、未解问题与未来方向

• 手性起源：为何生物氨基酸均为L型，糖为D型？

• 第一个基因：最早的可遗传信息载体（RNA或类似物）如何偶然形成？

• 地外来源：彗星、陨石是否带来有机分子（已检测到氨基酸、核苷碱基）？

• 其他星球生命：火星、木卫二、土卫二是否有类似过程？

八、哲学启示

生命起源研究不仅追问“我们从哪里来”，更重塑了“生命”的定义——生命可能是物质在远离平衡态条件下自发形成的、具有遗传与代谢能力的耗散结构。

参考信息
本报道为生命起源综述，关键原始研究与综述：

• 米勒实验：Miller, Science, 1953；

• RNA世界：Gilbert, Nature, 1986；

• 铁硫世界：Wächtershäuser, Microbiological Reviews, 1988；

• 原始细胞：Szostak, Nature, 2001；

• 最新RNA核酶：Gianni et al., Science, 2026（45 nt核酶QT45）。