地球生命的起源

自然發生論，或者說生命起源，指的是自然歷程中無生命物質如何演變為有機分子乃至生命的學說。目前普遍接受的假設是，地球上從非生物到生物的過渡不是一個單一的事件，而是一個前進演化的過程（即一個複雜性逐漸增加的過程），其中涉及到宜居星球的形成、有機分子的前生物合成、可自我複製、自組裝、自催化的分子，及細胞膜的出現。對這一過程的不同階段，目前科學界仍無定論且眾說紛紜，1960年代生命起源學說的演變如下：

從亞里斯多德時代延續到19世紀的生命起源理論是自然發生：「低等的」動物是由腐爛的有機物生成的，生命的產生是偶然的。湯瑪斯·布朗的《常見錯誤（Pseudodoxia Epidemica）》（1646）中，對這一理論提出了質疑。1665年，勞勃·虎克發表了第一張微生物的圖像。1676年，安東尼·范·列文虎克繪製並描述了微生物，可能是原生生物或細菌。列文虎克不同意自然發生理論，1680年代，他進行了肉類在密封和開放環境下的肉類腐爛對照實驗，以及對昆蟲繁殖的仔細研究，證明了這一理論的不正確。1668年，弗朗切斯科·雷迪指出，將肉置於蒼蠅無法產卵的環境中時，肉不會生蛆到19世紀中葉，自然發生理論基本不再是共識。:196

另一個可以追溯到公元前5世紀的古老思想是到地球上。它並不試圖解釋生命究竟如何起源，只是將生命的起源從地球上轉移出去。這樣做的好除上述，生命不需要在它出現的每顆行星上都形成一遍，而是在更有限的地點（甚至可能是單一地點）形成，然後通過彗星或隕石撞擊，在銀河系中傳播。

生命起源於非生命物質的緩慢階段的觀點見於赫伯特·斯賓塞《生物學原理》（1864–1867）、威廉·特納·西塞爾頓-戴爾的論文《論自發產生和前進演化》（1879）。1871年2月1日，查爾斯·達爾文在給約瑟夫·道爾頓·虎克的信中談到了這些出版物，並提出了自己的推測，認為生命的最初起源可能始於一個「溫暖的小池塘，有氨和磷酸鹽，外部有充足的光、熱、電，化學反應產生了一種蛋白質化合物，並準備進行更複雜的變化……在今天，這種物質會被立即吞噬或吸收，生物出現以前則不會發生這種事。」

亞歷山大·伊凡諾維奇·奧巴林（1924）和J. B. S. 霍爾丹（1929）先後提出，構成最早細胞的第一批分子是從原始湯中慢慢自我組織起來的，這一理論被稱為奧巴林–霍爾丹假說。霍爾丹提出，地球的前生物海洋基本是一大鍋「熱稀湯」，有機化合物可能形成於其中。伯納爾指出，這種機制可以從無機前體形成生命所需的大部分分子。1967年，他提出了三個「階段」：單體的起源；聚合物的起源；分子到細胞的演變。

1952年，史丹利·穆勒和哈羅德·尤里進行了一項化學實驗，以驗證有機分子如何在奧巴林–霍爾丹假說所假設的前生物條件下從無機前體中自發形成。實驗使用了具有高還原性的氣體混合物，其中包含甲烷、氨、氫及水蒸氣，來形成簡單的有機單體，如胺基酸。貝爾納（Bernal）在談到穆勒-尤里實驗時說：「僅僅解釋這種分子的形成是不夠的，需要的是對這些分子的起源進行物理化學解釋，表明存在合適的自由能來源。」然而，目前的共識認為原始大氣應具有弱還原性或中性，這樣大大限制了可能產生的胺基酸的數量和種類。然而，早期海洋中存在的鐵和碳酸鹽礦物的加入，產生了多樣的胺基酸。後來的研究工作關注另外兩種潛在的還原性環境：外太空和深海熱液噴口。

除氫和氦之外的所有化學元素都來自恆星核合成。生命的基本化學成分——碳氫分子（CH）、碳氫正離子（CH+）和碳離子（C+）——是由恆星發出的紫外線形成的。複雜的分子，包括有機分子，在太空和行星上都可以自然形成。早期地球上的有機分子可能來自陸地，其合成過程是由撞擊衝擊或紫外線、氧化還原耦聯或放電等其它能源驅動；也可能來自地外（偽泛生論），有機分子率先產生於星際雲，後來降落到地球上。

而這些分子形成的機制（或許也是細胞跟根本—套膜結構形成的機制）可以參閱之前寫過的文章。

當上述有機分布藉由隕石進入剛形成的地球時，這些分子經過長時間的演化，逐漸形成細菌、藍綠菌等最古老的生命（地球約45.7億年前形成，地殼於44億年前形成，海洋形成於42至40億年前，最早的細菌於38億年前形成，33億年前某些細菌發展出原始光合作用模式，28億年前藍綠菌出現），而這些原始生命之後又是如何演化成我們現在所熟知的生命呢？之後再來聊。