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생물 발생

Abiogenesis
"생명의 기원"은 여기서 리다이렉트됩니다.생명의 기원에 대한 비과학적인 관점은 창조 신화를 참조하십시오.
생명체의 기원 단계는 거주 가능한 지구, 단순한 분자의 비생물학적 합성처럼 잘 알려진 것에서부터 복잡한 분자 [1]기능을 가진 마지막 보편적인 공통 조상(LUCA)의 파생처럼 거의 알려지지 않은 것까지 다양합니다.

생물학에서, 생물 발생 또는 생명의 기원은 생명이 단순한 유기 화합물과 같은 무생물 물질로부터 생겨난 자연스러운 과정이다.지배적인 과학적 가설은 무생물에서 생물체로의 전환이 하나의 사건이 아니라, 거주할 수 있는 행성의 형성, 유기 분자의 사전 생물 합성, 분자 자기 복제, 자기 결합, 자기 촉매, 그리고 c의 출현을 포함한 복잡성의 증가의 진화 과정이었다.타원막프로세스의 다양한 단계에 대해 많은 제안이 제시되었습니다.

자연발생의 연구는 생명체가 태어나기 전의 화학반응이 오늘날의 지구와는 확연히 다른 조건에서 어떻게 생명을 낳았는지를 알아내는 것을 목표로 한다.이것은 주로 생물학과 화학의 도구를 사용하며, 보다 최근의 접근법은 많은 과학의 합성을 시도한다.생명체는 탄소와 물의 특수 화학을 통해 기능하며, 크게 네 가지 주요 화학 물질로 구성됩니다: 세포막을 위한 지질, 당과 같은 탄수화물, 단백질 대사를 위한 아미노산, 그리고 유전 메커니즘을 위한 핵산 DNA와 RNA.성공적인 자연발생의 이론은 이러한 종류의 분자들의 기원과 상호작용을 설명해야만 한다.자연생식에 대한 많은 접근법은 자기 복제 분자 또는 그 구성 요소들이 어떻게 존재하게 되었는지를 조사한다.연구자들은 일반적으로 현재의 생명체가 RNA의 세계에서 내려온다고 생각하지만, 다른 자기 복제 분자들은 RNA보다 앞서 있었을 수도 있다.

1952년식 클래식 밀러-유레이 실험은 단백질의 화학 성분인 대부분의 아미노산이 초기 지구의 아미노산을 복제하기 위한 조건하에서 무기 화합물로부터 합성될 수 있다는 것을 증명했다.외부 에너지원은 번개, 방사선, 미세 운석의 대기권 진입, 바다와 바다의 물결 거품 붕괴 등 이러한 반응을 유발했을 수 있다.다른 접근법("대사 우선 가설")은 초기 지구의 화학 시스템에서 촉매 작용이 자기 복제에 필요한 전구 분자를 어떻게 제공했는지를 이해하는 데 초점을 맞추고 있다.

유전체학 접근법은 생명의 두 가지 주요 가지(진핵생물이 고고학 분지에 속하는 곳)의 구성원인 고세균과 박테리아가 공유하는 유전자를 확인함으로써 현대 유기체의 마지막 보편적인 공통 조상(LUCA)을 특징짓기 위해 노력해왔다.355개의 유전자는 모든 생명체에 공통적인 것으로 보인다; 그들의 성질은 LUCA가 Wood-Ljungdahl 경로에서 혐기성이었고, 화학 침투에 의해 에너지를 유도하고, DNA, 유전 코드, 리보솜으로 유전 물질을 유지했음을 암시한다.비록 LUCA가 40억 년 전에 살았지만, 연구원들은 이것이 생명체의 첫 번째 형태였다고 믿지 않는다.초기 세포는 누출막을 가지고 있었고 심해 화이트 스모커 열수 분출구 근처에서 자연적으로 발생하는 양성자 구배에 의해 작동되었을 수 있다.

지구는 우주에서 생명체가 살고 있는 것으로 알려진 유일한 장소이며, 지구로부터의 화석 증거는 대부분의 생물 발생에 대한 연구를 알려준다.지구는 4.54 Gya로 형성되었다; 지구에서 생명체가 존재했다는 가장 초기의 증거는 적어도 3.5 Gya로 거슬러 올라간다.화석 미생물은 퀘벡에서 온 3.77~4.28 Gya의 열수 분출구 내에 살았던 것으로 보이며, 이는 하데스 산맥에서 해양이 형성된 직후이다.

개요

NASA의 2015년 우주생물학 전략은 생명체의 기원에 대한 수수께끼, 즉 우주와 행성에서 생명체의 화학 물질에 대한 선행 생물 기원에 대한 연구, 그리고 반응을 촉매하고 지원을 계승하는 초기 생물 분자의 기능을 통해 생명체의 기원에 대한 수수께끼를 해결하는 것을 목표로 하고 있다.ance를 [2]클릭합니다.
상세 정보:우주생물학

생명은 다양한 [3]생식으로 이루어져 있다NASA는 생명체를 "다윈의 [4]진화가 가능한 자급자족하는 화학 시스템"으로 정의한다.그러한 시스템은 복잡하다; 아마도 40억 년 전에 살았던 단세포 유기체로 추정되는 마지막 보편적인 공통 조상인 LUCA는 이미 오늘날 보편적인 DNA 유전 코드에 수백 개의 유전자가 암호화되어 있었다.이는 다시 메신저 RNA, 전달 RNA, 리보솜을 포함한 일련의 세포기계를 의미하며 코드를 단백질로 변환한다.이러한 단백질에는 우드-정달 대사 경로를 통해 혐기성 호흡을 작동시키는 효소와 유전자 물질을 [5][6]복제하는 DNA 중합효소가 포함되었다.

생물의 [7][8][9]기원 연구자들의 도전은 어떻게 그러한 복잡하고 긴밀하게 연계된 시스템이 진화 단계에 의해 발전할 수 있는지를 설명하는 것이다. 첫눈에 모든 부분이 그것이 기능하도록 하기 위해 필요하기 때문이다.예를 들어, LUCA든 현생 생물이든 세포는 DNA 중합효소 효소와 함께 DNA를 복제하고, DNA 중합효소 효소는 DNA에서 DNA 중합효소 유전자를 번역함으로써 생성된다.효소와 DNA 모두 다른 [10]것 없이 만들어질 수 없다.진화 과정은 분자 자기 복제, 세포막과 같은 자기 결합, 그리고 자기 촉매 [5][6][11]작용을 포함할 수 있었다.

LUCA와 같은 살아있는 세포의 발달의 전조는 그 세부 사항에서 논란이 되고 있다면 충분히 분명하다: 거주 가능한 세계는 광물과 액체 상태의 물이 공급되어 형성된다.생물 합성은 단백질과 RNA와 같은 중합체로 조립되는 일련의 간단한 유기 화합물을 만든다.LUCA 이후의 프로세스도 쉽게 이해할 수 있습니다.다윈의 진화는 다양한 형태와 생화학적 능력을 가진 광범위한 종의 발전을 야기했다.그러나 LUCA와 같은 생물이 단순한 성분에서 파생되는 것은 [1]이해하기 어렵다.

비록 지구가 생명체가 [12][13]알려진 유일한 장소이지만, 우주 생물학의 과학은 다른 행성에 생명체가 있다는 증거를 찾고 있다.생명의 기원에 대한 2015년 NASA전략 상호 작용, 중간 구조와 기능, 에너지, 그리고 다양성, 선택, 그리고 전개할 수 있는 고분자 systems,[2]의 복제 및 잠재적인 원시 informat의 화학적 풍경 매핑에 기여한 환경 요소를 식별함으로써, 퍼즐을 풀기 위해서 조준한다.하와이 말똥가리nal 폴리머복제, 유전자 정보 저장 및 선택 대상 특성을 나타낼 수 있는 고분자의 출현은 아마도 생물 화학 [2]진화의 출현에 있어 중요한 단계였을 것이다.그 중합체들은 차례로 [14][8][15][16]환경에서의 반응에 의해 형성될 수 있는 핵염기, 아미노산, 설탕과 같은 단순한 유기 화합물로부터 파생되었다.생명체의 기원에 대한 성공적인 이론은 이 모든 화학물질이 어떻게 [17]생겨났는지를 설명해야 한다.

1960년대까지의 개념사

주요 기사:생명의 기원에 대한 연구 역사
더 밀러-Urey 실험은 혼합물을 가열(오른쪽)과 냉각(왼쪽)하는 동시에 방전을 통해 발생하는 열 구배에서 단순한 기체의 혼합물에 작은 유기 분자를 합성한 것이다.

자연발생

주요 기사 : 자연발생

아리스토텔레스에서 19세기까지 생명의 기원에 대한 고대 관점은 자연발생이다.[18]이 이론은 "하위" 동물들은 유기물이 부패하면서 생겨났고,[19][20] 생명이 우연히 생겨났다고 주장했다.이것은 17세기부터 토마스 브라운의 'Pseudodoxia Epedemica'[21][22]와 같은 작품에서 제기되었습니다.1665년, 로버트 후크는 미생물에 대한 첫 그림을 출판했다.1676년 안토니 반 리우웬훅은 미생물을 그리고 묘사했는데 아마도 원생동물과 박테리아일 [23]것이다.Van Leeuwenhoek은 자연 발생에 동의하지 않았고, 1680년대에 밀폐되고 열린 고기 배양과 곤충 번식에 대한 면밀한 연구를 통해 그 이론이 [24]틀렸다고 스스로에게 확신시켰다.1668년 Francesco Redi는 파리가 [25]알을 낳지 못하게 했을 때 고기에 구더기가 나타나지 않는다는 것을 보여주었다.19세기 중반까지, 자연 발생은 [26][27]반증된 것으로 간주되었다.

팬스퍼미아

주요 기사 : Panspermia

기원전 5세기 아낙사고라스로 거슬러 올라가는 또 다른 고대 사상은 유성체, 소행성[29], 혜성, 그리고 유성체에 [30]의해 분포된 우주 전체에 생명체가 존재한다는 생각인 팬스퍼미아이다.[28]생명체가 어떻게 기원했는지를 설명하려는 것이 아니라 지구상의 생명체의 기원을 다른 천체로 옮긴다.장점은 생명체가 발생하는 각 행성에서 형성될 필요가 없고, 보다 제한된 장소(잠재적으로 단일 장소일 수도 있음)에서 은하를 중심으로 혜성이나 운석 [31]충돌로 다른 항성계로 확산될 수 있다는 것입니다.

'따뜻한 작은 연못' : 원시 수프

주요 기사 : 원시 수프

생명이 느린 단계의 무생물에서 비롯되었다는 생각은 허버트 스펜서의 1864년–1867년 책 생물학의 원리 그리고 윌리엄 터너 티셀튼-다이어의 1879년 논문 "자연 발생과 진화에 대하여"에 나타났습니다.2월 1일 1871년에 찰스 다윈은 이 간행물들에 대해 조지프 후커시켰고 자기 자신의 투기 근절을 설정하셔서 생명의 원래의 불꽃이 " 따뜻한 연못에, 암모니아와 phosphoric은 소금, 햇빛, 열, 전기, 및 모든 종류의, 시작되었을 수도 있다는 내용을 썼다 C., 선물,proteine 화합물 화학적으로 unde 준비가 되어 형성되었다.rgo훨씬 더 복잡한 변화입니다."다윈은 이어 "현재 그러한 물질은 즉시 삼키거나 흡수될 것이며, 이는 생물체가 형성되기 전에는 일어나지 않았을 것이다"라고 설명했다."[32][33][34]

1924년 알렉산더 오파린과 1929년 J. B. S. 홀데인은 최초의 세포를 구성하는 첫 번째 분자가 원시 [35]수프로부터 서서히 자기 조직화된다고 제안했다.Haldane은 지구의 전 생물 해양이 유기 화합물이 [20][36]형성될 수 있는 "뜨거운 수프"로 구성되어 있다고 제안했다.J.D. 버널은 그러한 메커니즘이 무기 [37]전구체로부터 생명에 필요한 분자의 대부분을 형성할 수 있다는 것을 보여주었다.1967년, 그는 세 가지 "단계"를 제안했다: 생물학적 단량체의 기원, 생물학적 고분자의 기원, 그리고 분자에서 [38][39]세포로의 진화.

밀러-우레이 실험

주요 기사: Miller-우레이 실험

1952년, 스탠리 밀러와 해롤드 유리는 오파린-할데인 가설에 의해 가정된 것과 같은 사전 생물 조건 하에서 유기 분자가 무기 전구체로부터 어떻게 자연적으로 형성될 수 있었는지를 증명하기 위해 화학 실험을 수행했다.그것은 아미노산과 [40][41]같은 단순한 유기 모노머를 형성하기 위해 수증기뿐만 아니라 고도로 환원되는(산소 부족) 가스 혼합물(메탄, 암모니아, 수소)을 사용했습니다.버널이 밀러에 대해 말했다.유레이는 "필요한 것은 그러한 분자의 형성을 설명하는 것만으로는 충분하지 않다"며 "자유 [42]에너지를 위한 적절한 원천과 흡수원의 존재를 암시하는 이러한 분자의 기원에 대한 물리 화학적인 설명"이라고 실험했다.하지만, 현재의 과학적 합의는 원시 대기가 생성될 수 있는 아미노산의 양과 다양성을 감소시키면서, 약하게 감소하거나 [43][44]중립적이라고 설명한다.그러나 초기 해양에 존재했던 철분과 탄산염 광물의 첨가는 다양한 아미노산을 [43]생성한다.이후 연구는 두 가지 잠재적 감소 환경,[45][46][47] 즉 우주공간과 심해 열수 분출구에 초점을 맞췄다.

거주할 수 있는 지구 생성

최초의 별이 있는 초기 우주

다음 항목도 참조하십시오.우주의 연대기

약 14 Gya가 발생한 빅뱅 직후, 우주에 존재하는 유일한 화학 원소는 수소, 헬륨, 그리고 주기율표에서 가장 가벼운 세 개의 원자인 리튬이었다.이 원소들은 점차 합쳐져서 별이 되었다.이 초기 별들은 질량이 크고 수명이 짧아서 별의 핵합성을 통해 모든 무거운 원소들을 생성했습니다.현재 우주에서 수소, 헬륨, 산소 다음으로 네 번째로 풍부한 화학 원소인 탄소는 주로 백색 왜성, 특히 태양 [48]질량의 두 배가 넘는 별에서 형성되었다.이 별들이 수명 주기의 끝에 다다랐을 때, 그들은 탄소와 산소 같은 무거운 원소들을 우주 전체에 방출했다.이 무거운 원소들은 암석행성과 다른 [49]물체들을 포함한 새로운 물체들의 형성을 가능하게 했다.성운 가설에 따르면, 태양계의 형성과 진화는 거대한 분자 구름의 작은 부분의 중력 붕괴로 4.6 Gya가 시작되었다.붕괴하는 질량의 대부분은 중심에 모여 태양을 형성하고 나머지는 행성, 위성, 소행성 및 다른 작은 태양계 천체들이 [50]형성된 원시 행성계 원반으로 평탄화되었습니다.

지구의 출현

다음 항목도 참조하십시오.지구의 지질학적 역사, 별주변 거주 가능 영역 및 생물대기 이전

지구는 4.54 Gya를 [51][52]형성했다.하데스 지구는 처음에 어떤 생물체에도 적합하지 않았다.형성 과정에서, 지구는 초기 질량의 상당 부분을 잃었고, 결과적으로 수소 분자와 원래의 불활성 [53]가스 대부분을 보유할 중력이 부족했다.대기는 주로 수증기, 질소, 그리고 이산화탄소로 구성되었고, 적은 양의 일산화탄소, 수소,[54] 그리고 유황 화합물로 구성되었다.물에 있는 이산화탄소의 용액은 바다를 약 5.5의 pH로 약간 산성으로 [55]만든 것으로 생각된다.하데스의 대기는 "거대하고 생산적인 야외 화학 실험실"[56]로 특징지어졌는데, 이는 오늘날에도 여전히 비생물 [56]화학 작용을 뒷받침하는 화산 가스와 유사하다.

바다는 지구가 형성된 지 2억 년 만에 pH 5.8이 [57]중성 쪽으로 빠르게 상승하면서 거의 끓는 환경(100°C)에서 출현했을지도 모른다.이 시나리오는 웨스턴오스트레일리아 [58]내리어산의 변성 석영에서 나온 4.404 Gya 지르콘 결정의 연대 측정에서 지지를 얻었다.화산 활동이 증가하고 있음에도 불구하고, 지구는 대륙 지각, 난기류, 그리고 T Tauri 단계의 태양, 우주 복사, 그리고 계속되는 소행성과 혜성 [59]충돌의 강한 자외선의 영향을 받는 수구가 거의 없는 4.4에서 4.3 Gya 사이의 물의 세계였을 수 있다.

후기 중폭격 가설은 4.28과[60] 3.8 Gya 사이의 하데스 환경이 생명에 매우 위험했다고 가정한다.니스 모델에 따라, 거대 행성들의 궤도의 변화는 달과 [61]내행성들을 찍은 소행성과 혜성들로 지구를 폭격했을지도 모른다.잦은 충돌은 광합성을 [56][62][63][64]불가능하게 만들었을 것이다.이러한 파괴적인 사건들 사이의 기간은 초기 환경에서 가능한 생명의 기원에 대한 시간 창을 제공합니다.해양 심층 열수 환경이 생명의 기원이 되는 장소였다면, 생물 발생은 4.0-4.2 Gya에 이르면 일어날 수 있었다.만약 그 장소가 지구 표면이었다면, 자연 발생은 3.7에서 4.0 Gya [65]사이에서만 일어날 수 있었다.하지만, 새로운 달 조사와 샘플은 니스 모형 설계자를 포함한 과학자들이 후기 중폭격의 [66]중요성을 강조하도록 만들었다.

만약 생명체가 10미터 이상의 깊이의 바다에서 진화했다면, 그것은 늦은 충돌과 태양의 높은 자외선으로부터 모두 보호되었을 것이다.지열적으로 가열된 해양 지각은 밀러보다 깊은 열수 분출구를 통해 훨씬 더 많은 유기 화합물을 산출할 수 있었다.Urey 실험 결과가 나왔습니다.[67]사용 가능한 에너지는 고열성 박테리아와 열산성 고세균이 사는 온도인 100–150 °C에서 최대화된다.이러한 현대 생물들은 LUCA의 [68]가장 가까운 생존 친척들 중 하나일 수 있다.

생명체의 가장 오래된 증거

주요 기사: 가장 오래된 생명체

녹은 [72][73][74]하데스에 이어 충분한 지각이 굳어졌던 Eoarchean 기간 동안 지구에 3.5 Gya [69][70][71]이상의 생명체가 존재했다.지금까지 발견된 생물에 대한 가장 초기의 물리적 증거는 북 퀘벡의 누브아기투크 그린스톤 벨트에 있는 최소 3.77개의 띠 모양의 철 생성 암석에 있는 미세 화석으로 구성되어 있습니다.이 미생물은 하데스 산맥에서 해양이 4.4 Gya 형성되고 얼마 지나지 않아 열수 분출구 내에 살았다.이 미생물들은 현대의 열수분출구 박테리아와 닮아 자연발생이 그러한 [60]환경에서 시작됐다는 견해를 뒷받침한다.

생물성 흑연은 그린란드[75] 남서부의 3.7 Gya 메타세션 암석과 3.49 Gya Western [76]Australian 사암에서 발견된 미생물 매트 화석에서 발견되었습니다.그린란드 남서부의 Isua Supracrustal 벨트 근처에 있는 아킬리아 섬의 암석들에서 3.7 Gya로 거슬러 올라가는 초기 생명체들의 증거는 생물학적 탄소 [77]동위원소를 보여주었다.Isua Supracrustal 벨트의 다른 부분에서는 가넷 결정 안에 갇힌 흑연 함유물이 산소, 질소, 그리고 인산염 형태로 인과 같은 다른 생명 원소들과 연결되어 있어 생명에 대한 추가적인 증거를 제공합니다.[78]호주 서부의 필바라 지역에서는 화석화된 해변에 있는 황철석이 함유된 사암에서 [79][80]산소가 없을 때 광합성에 의해 유황을 산화시키는 둥근 관 모양의 세포에서 초기 생명체의 강력한 증거가 발견되었다.서호주에서 온 지르콘들은 적어도 4.1 Gya의 [81]생명체가 지구에 존재했음을 암시한다.

호주 서부의 필바라 지역에는 스트로마톨라이트라고 불리는 층상 구조물을 포함한 3.48 Gya 암석이 있는 드레서 층이 있습니다.그들의 현대적 대응물은 시아노박테리아를 [82]포함한 광합성 미생물에 의해 만들어진다.이것들은 형성되지 않은 열수성 퇴적층 안에 있으며, 그 질감은 생물 발생의 기원을 나타낸다.드레서 층의 일부는 육지의 온천을 보존하고 있지만, 다른 지역은 얕은 [83]바다였던 것 같습니다.

분자의 생성: 생물합성 전

수소와 헬륨을 제외한 모든 화학 원소는 별의 핵합성에서 비롯된다.생명의 기본 화학 성분인 탄소 수소 분자, 탄소 수소 양이온, 탄소 이온은 [84]별에서 나오는 자외선에 의해 생성되었다.유기 분자를 포함한 복잡한 분자는 우주와 [85]행성 모두에서 자연적으로 형성된다.초기 지구의 유기 분자는 충돌 충격이나 자외선, 산화환원 결합, 또는 전기 방전과 같은 다른 에너지원에 의해 움직이는 유기 분자 합성과 함께 지상 기원을 가졌을 수도 있고, 또는 비가 내리는 성간 먼지 구름에 형성된 유기 분자와 함께 외계 기원을 가졌을 수도 있다.행성에 [86][87]대한 자백을 하다.

관찰된 외계 유기 분자

다음 항목도 참조하십시오.성간 및 별주변 분자 목록 및 의사-판스페미아

유기 화합물은 분자가 탄소를 포함하는 화학 물질이다.탄소는 태양, 별, 혜성, 그리고 대부분의 [88]행성의 대기에 풍부합니다.유기화합물은 분자 구름과 별 주위의 외피에서 발생하는 "복잡한 분자 합성의 요소"에 의해 형성되는 우주에서 비교적 흔하며, 반응은 대부분 이온화 [85][89][90]방사선에 의해 시작된 후에 화학적으로 진화한다.구아닌, 아데닌, 시토신, 우라실, 티민을 포함한 퓨린 및 피리미딘 핵염기들이 운석에서 발견되었다.이것들은 초기 [91]지구에서 DNA와 RNA가 형성될 수 있는 물질을 제공했을 수도 있다.아미노산 글리신은 Wild 2 혜성에서 분출된 물질에서 발견되었으며, 운석에서도 [92]이전에 검출된 바 있다.혜성은 이온화 방사선에 의해 단순한 탄소 화합물로 형성된 타르 같은 유기 물질로 덮여 있다.혜성으로부터의 물질의 비는 그렇게 복잡한 유기 분자를 [93][94][56]지구로 가져올 수 있었다.후기 중폭격 기간 동안, 운석들은 매년 [56]최대 5백만 톤의 유기 전 생물 원소들을 지구로 전달했을 것으로 추정된다.

PAH 세계 가설

주요 기사: PAH 세계 가설
고양이의 발 성운은 스코르피우스자리 은하 안에 있습니다.
녹색 영역은 뜨거운 별에서 나오는 방사선이 "다환 방향족 탄화수소"라고 불리는 큰 분자와 작은 먼지 입자와 충돌하여 형광을 일으킨 지역을 보여줍니다.
(스피처 우주망원경, 2018년)

다환 방향족 탄화수소(PAH)는 관측 가능한 우주에서 가장 흔하고 풍부한 다원자 분자이며 [88][95][96][97]탄소의 주요 저장고입니다.그것들은 빅뱅 [98][96][97]직후에 형성된 것으로 보이며 새로운 별과 외부 [88]행성과 연관되어 있다.그들은 지구의 원시 [98][96][97]바다의 구성 요소일 가능성이 있다.PAHs는 성운,[99] 성간 매체, 혜성, [88]운석 등에서 검출되었습니다.

PAHs 세계 가설은 PAHs를 RNA [100]세계의 전조물질로 가정한다.태양과 비슷한 HH 46-IR 별은 시안화합물, 탄화수소, 일산화탄소를 포함한 분자를 포함한 물질 원반에 둘러싸여 있습니다.성간 매질의 PAHs는 수소화, 산소화, 그리고 수산화 과정을 통해 살아있는 [101]세포에 사용되는 보다 복잡한 유기 화합물로 바뀔 수 있다.

핵염기

성간 먼지 입자에 의해 지구에 도입된 대부분의 유기 화합물은 그들의 독특한 표면 촉매 [102][103]활동 덕분에 복잡한 분자를 형성하는데 도움을 주었다.머치슨 운석에 있는 유기 화합물의 C/13C 동위원소 비율에 대한 연구는 RNA 성분 유라실과 크산틴을 포함한 관련 분자가 외계로부터 [104]형성되었음을 시사한다.NASA의 운석 연구는 네 개의 DNA 핵염기(아데닌, 구아닌, 그리고 관련된 유기 분자)가 모두 우주에서 [102][105][106]형성되었음을 시사한다.우주를 투과하는 우주 먼지는 [107]항성에 의해 빠르게 생성될 수 있는 복잡한 유기물("방향족-지방족 구조가 혼합된 비정질 유기물")을 포함하고 있다.당분자 및 RNA 전구체인 글리콜알데히드는 원시성 주변과 [108][109]운석을 포함한 우주 지역에서 검출되었다.

실험실 합성

1860년대 초, 실험은 생물학적으로 관련된 분자가 단순한 탄소원과 풍부한 무기 촉매의 상호작용으로부터 만들어질 수 있다는 것을 증명했다."수프" 이론에 의해 가정된 조건 하에서 자연발생적으로 생성된 단량체로부터 복합 폴리머의 자발적 형성은 간단하지 않다.필요한 염기성 유기 단량체 외에도 폴리머 형성을 금지할 수 있는 화합물도 밀러 공정에서 고농도로 형성되었다.유리와 조안 오로의 실험.[110]생물학은 기본적으로 20개의 아미노산을 코드화된 단백질 효소로 사용하며, 구조적으로 가능한 생산물의 매우 작은 부분집합을 나타냅니다.인생은 가능한 것을 사용하는 경향이 있기 때문에, 사용하는 세트가 왜 그렇게 [111]작은지에 대한 설명이 필요합니다.

설탕

포름알데히드 이량화 및 C2-C6 당 형성을 위한 브레슬로우 촉매 사이클

알렉산더 버틀로프는 1861년 포름알데히드가 칼슘과 같은 2가 금속 이온과 함께 기본 조건에서 가열될 때 포름 반응이 테트로스, 펜토스, 헥소스를 포함한 당을 생성한다는 것을 보여주었다.R. 브레슬로는 1959년에 [112]그 반응이 자기촉매였다고 제안했다.

핵염기

구아닌과 아데닌과 같은 핵염기는 시안화수소나 [113]암모니아와 같은 단순한 탄소와 질소원으로부터 합성될 수 있다.포름아미드는 육지 미네랄로 데우면 네 개의 리보뉴클레오티드가 모두 생성됩니다.포름아미드는 우주 어디에나 존재하며 물과 HCN의 반응에 의해 생성됩니다.그것은 [114][115]물의 증발에 의해 농축될 수 있다.HCN은 아직 존재하지 않았던 호기성 생물(유카리오테와 호기성 박테리아)에만 독성이 있다.그것은 아미노산 글리신의 [56]합성과 같은 다른 화학 작용에서 역할을 할 수 있다.

운석에서 발견되는 피리미딘과 같은 시작 화학물질을 사용하여 우주 조건 하에서 우라실, 시토신, 티민을 포함한 DNA와 RNA 성분을 합성할 수 있다.피리미딘은 적색 거성이나 성간 먼지와 가스 [116]구름에서 형성되었을 수 있습니다.외계 충돌과 [117]같은 고에너지 밀도 사건에서 포름아미드로부터 4개의 RNA 염기가 모두 합성될 수 있다.

무기 물질로부터 염기를 합성하는 다른 경로가 [118]보고되었다.동결온도는 [119]시안화수소와 같은 주요 전구물질의 농축효과 때문에 푸린 합성에 유리하다.그러나 아데닌과 구아닌은 합성을 위해 동결 조건을 필요로 하는 반면, 시토신과 우라실은 끓는 온도를 [120]필요로 할 수 있다.암모니아와 시안화물을 25년 [121][122]동안 냉동실에 두었을 때 얼음 속에서 7개의 다른 아미노산과 11종의 핵염기가 형성되었다.S-트리아진(대체핵기), [123]시토신, 우라실을 포함한 피리미딘 및 아데닌은 요소용액을 환원 분위기 하에서 불꽃방전을 에너지원으로 하여 동결주기로 함으로써 합성할 수 있다.이렇게 낮은 온도에서 이러한 반응의 비정상적인 속도에 대한 설명은 공융 냉동입니다. 공융은 얼음 안에 있는 미세한 액체 주머니에 불순물이 몰려들어 분자들이 더 [124]자주 충돌하도록 합니다.

적절한 소포 제작

상세정보 : Gard모델과 자기조직화 » 생물
인지질로 구성된 세 가지 주요 구조, 즉 리포좀(폐쇄성 이중층), 미셀 및 이중층입니다.

지질 세계 이론은 최초의 자기 복제 물체가 지질과 [125][126]유사했다고 가정한다.인지질은 교반 중에 물속에서 지질 이중층을 형성하는데 세포막과 같은 구조이다.이 분자들은 초기 지구에는 존재하지 않았지만 다른 양친매성 긴 사슬 분자들도 막을 형성한다.이러한 신체는 추가적인 지질 삽입에 의해 확장될 수 있으며, 유사한 크기와 구성의 두 개의 자손으로 자발적으로 분열될 수 있다.지질체의 분자 구성은 정보 저장의 초기 단계이며, 진화는 정보를 저장하는 RNA와 같은 고분자의 출현으로 이어졌다.이전 생물의 세계에 존재했을지도 모르는 양친매의 소포에 대한 연구는 지금까지 한 두 종류의 [127]양친매의 체계로 제한되었다.

지질 이중층 막은 양친매 배열의 엄청난 조합으로 구성될 수 있다.이들 중 가장 좋은 것은 하이퍼사이클의 [128][129]구성을 선호했을 것이며, 실제로는 막 부위와 소포에 갇힌 특정 화합물로 대표되는 두 개의 상호 촉매로 구성된 양성 피드백이다.이러한 사이트/합성 쌍은 딸 소포에 전염될 수 있으며, 이는 다윈의 자연 [130]선택을 가능하게 하는 뚜렷한 소포 계통의 출현으로 이어집니다.

프로토셀은 생명의 [127]기원에 대한 디딤돌로 제안된 자기 조직적이고 자기 질서의 구형 지질 집합체이다.고전적 불가역 열역학 이론은 자기집합을 산란계의 [131][132][133]틀 안에서 일반화된 화학적 잠재력 하에서 다룬다.

진화에서 중요한 질문은 어떻게 단순한 프로토셀이 처음 생겨났고 다음 세대에 대한 생식기여에서 차이를 보였는가 하는 것이고, 따라서 생명의 진화를 주도했다.기능성 프로토셀은 (2014년 현재) 실험실 [134][135][136]환경에서 아직 달성되지 않았다.스스로 조립된 소포는 원시 [127]세포의 필수적인 구성요소이다.열역학 제2법칙은 우주가 엔트로피가 증가하는 방향으로 움직이도록 요구하지만, 생명체는 그 거대한 조직 정도에 따라 구별된다.그러므로, 생명 과정과 무생물을 [137]분리하기 위해서는 경계가 필요하다.Irene Chen과 Jack W. Szostak은 원시적인 형태의 미분 번식, 경쟁, 에너지 저장을 포함한 세포 행동을 일으킬 수 있다고 [135]제안합니다.막 분자에 대한 경쟁은 안정된 막을 선호할 것이고, 가교 지방산과 오늘날의 [135]인지질의 진화에 대한 선택적 이점을 제안할 것입니다.이러한 미세 캡슐화는 세포막 내의 신진대사와 작은 분자의 교환을 가능하게 하고, 그 안에 큰 생체 분자를 유지할 것이다.이러한 막은 세포에 이온을 [138][139]퍼올려 에너지를 저장하기 위한 자체 전기화학적 구배를 만드는 데 필요합니다.

생물 생산

에너지와 엔트로피

생명체는 분자가 스스로 살아있는 물질로 조직될 때 엔트로피, 즉 무질서의 손실을 필요로 한다.생명체의 출현과 복잡성의 증가는 열역학 제2법칙과 모순되지 않습니다.열과 폐기물 [140][141][142]생산과 같은 다른 곳에서 생명체는 엔트로피의 증가를 희생하면서 어떤 장소(예를 들어 살아있는 몸)에서 질서를 창조하기 때문입니다.

초기 지구에서는 화학 반응을 위해 여러 에너지원이 사용 가능했다.지열 공정에서 나오는 열은 화학의 표준 에너지원입니다.다른 예로는 햇빛, 번개,[56] 미세 운석의 [143]대기권 진입, 바다와 바다의 [144]파동에서의 거품 붕괴 등이 있다.이것은 실험과 [147]시뮬레이션을 통해[145][146] 확인되었다.또, 철황 화학의 경우와 같이, 매우 양호한 반응으로 악반응을 유도할 수 있다.예를 들어, 이것은 아마도 [a]탄소 고정에 중요했을 것이다.철-황2 화학에 의한 CO와 HS의 반응에2 의한 탄소 고정은 바람직하며, 중성 pH와 100 °C에서 발생한다.열수 분출구 근처에 풍부한 철-황 표면은 소량의 아미노산과 다른 생체 [56]분자의 생산을 촉진할 수 있습니다.

화학삼투

ATP 합성효소는 산화적 인산화를 통해 ATP 합성을 촉진하기 위해 화학 삼투압 양성자 구배를 사용한다.
상세 정보:화학삼투

1961년, 피터 미첼은 화학 삼투병을 세포의 에너지 변환의 1차 체계로 제안했다.현재 살아있는 세포 어디에나 있는 이 메커니즘은 미생물과 진핵 생물의 미토콘드리아에서 에너지 전환에 힘을 실어주며, 초기 [148][149]생물의 유력한 후보입니다.미토콘드리아는 화학 합성 같은 세포 과정을 촉진하는 데 사용되는 세포의 에너지 통화인 아데노신 삼인산을 생산한다.ATP 합성의 메커니즘은 ATP 합성 효소가 내장된 폐쇄막을 포함한다.강하게 결합된 ATP를 방출하는 데 필요한 에너지는 [150]막을 가로질러 이동하는 양성자에서 유래한다.현대 세포에서, 그러한 양성자의 움직임은 이온이 막에 퍼지는 것에 의해 유발되며, 전기화학적 구배를 유지합니다.첫 번째 유기체에서는 열수 분출구에서 나오는 흐름과 주변 [139]바닷물 사이의 화학적 조성의 차이로 구배를 제공할 수 있었다.

미토콘드리아막 내 화학삼투압 결합

RNA의 세계

주요 기사: RNA 세계

RNA 세계 가설은 자기 복제와 촉매 RNA를 가진 초기 지구를 묘사하지만 DNA나 [151]단백질은 없다.많은 연구자들은 RNA 세계가 현재 [152]지배하고 있는 DNA 기반의 생명보다 먼저 존재했을 것이라는 데 동의한다.그러나 RNA를 기반으로 한 생명체가 [153][154]처음 존재하는 것은 아닐 수 있다.또 다른 모델은 다윈의 "따뜻한 작은 연못"을 젖고 말리는 [155]사이클로 메아리친다.

RNA는 번역 과정의 중심이다.작은 RNA는 [154][156]생명체에 필요한 모든 화학 그룹과 정보 전달을 촉매할 수 있습니다.RNA는 현대 유기체의 유전 정보를 표현하고 유지합니다; 그리고 RNA의 화학 성분들은 오늘날 우세했던 것과는 매우 달랐던 초기 지구에 근접한 조건하에서 쉽게 합성됩니다.리보자임의 구조는 "스모킹 건"으로 불리며, RNA의 중심핵이 있고 펩타이드 결합 [157][153][158]형성을 촉매하는 활성 부위의 18Ω 이내에 아미노산 곁사슬이 없다.

RNA 세계의 개념은 1962년 알렉산더 [159]리치에 의해 제안되었고,[154][160] 이 용어는 1986년 월터 길버트에 의해 만들어졌다.뉴클레오티드 시토신과 우라실의 [161]비생물학적 합성에 대한 초기 설명에 어려움이 있었다.후속 연구는 가능한 합성 경로를 보여주었습니다; 예를 들어, 포름아미드는 다양한 지상 [114][115]광물의 존재 하에서 따뜻해졌을 때 4개의 리보뉴클레오티드와 다른 생물학적 분자를 모두 생성합니다.

RNA 세계 가설은 무방향 중합이 리보자임의 출현으로 이어졌고, 그 결과 RNA 복제 효소로 이어졌다고 제안한다.

RNA 복제효소는 추가적인 RNA 복제를 위한 코드 및 촉매 역할을 할 수 있습니다. 즉, 자가 촉매가 될 수 있습니다.Jack Szostak은 특정 촉매 RNA가 더 작은 RNA 서열을 결합하여 자가 복제 가능성을 만들어 낼 수 있음을 보여 주었습니다.서로 합성을 촉매하는 두 개의 리보자임을 포함하는 RNA 복제 시스템은 약 1시간의 곱셈 시간을 보였으며, 실험 [162][163][153]조건 하에서 다윈의 자연 선택 대상이 되었다.만약 그러한 조건이 초기 지구에 존재한다면, 자연 선택은 추가적인 기능을 추가할 [164][165][166]수 있는 그러한 자기 촉매 세트의 확산에 유리할 것이다.RNA의 자가 조립은 열수 [167][168][169]분출구에서 자발적으로 발생할 수 있습니다.tRNA의 예비 형태는 그러한 복제자 [170]분자로 조립될 수 있었다.

단백질 합성의 가능한 전조로는 짧은 펩타이드 보조인자의 합성 또는 RNA의 자가 촉매 복제가 포함된다.조상들의 리보솜은 완전히 RNA로 구성되었을 가능성이 높지만, 그 이후 몇몇 역할은 단백질에 의해 대체되었다.이 주제에 대한 주요 남은 질문들은 리보솜의 진화를 위한 선택적인 힘을 확인하는 것과 유전자 코드가 어떻게 [171]생겨났는지를 결정하는 것을 포함한다.

유진 쿠닌은 "복제와 번역의 기원에 대한 설득력 있는 시나리오는 현재 존재하지 않는다"고 주장해 왔습니다.이 시나리오는 생물학적 시스템의 핵심과 생물학적 진화의 명백한 전제조건으로 구성되어 있습니다.RNA World의 개념은 이 난제를 해결하기 위한 최고의 기회를 제공할 수 있지만 아직까지는 효율적인 RNA 복제효소나 번역 시스템의 출현을 적절히 설명할 수 없다."[172]

계통발생과 LUCA

상세정보: 마지막 범용 공통 조상

1977년부터 Carl Woese의 연구를 시작으로, 유전학 연구는 박테리아와 고세균과 진핵생물이 형성한 분지 사이에 모든 현대 생명체의 마지막 공통 조상(LUCA)을 생명의 계통수에 배치했다.그것은 4 [173][174]Gya 이상 살았다.소수의 연구는 LUCA를 박테리아에 포함시켜, 고세균과 진핵생물이 진화적으로 Eubacteria [175]내에서 파생되었다고 제안했다.토마스 카발리에 스미스는 표현형적으로 다양한 박테리아 문인 클로로플렉소타가 [176]LUCA를 포함하고 있다고 주장했다.

2016년에는 LUCA에 존재할 가능성이 있는 355개의 유전자가 확인되었다.박테리아와 고세균의 총 610만 개의 원핵 유전자가 염기서열을 분석하여 LUCA에 공통적인 286,514개의 단백질 군집 중 355개의 단백질 군집을 확인했다.결과는 LUCA가 Wood-Ljungdahl 경로, 질소 및 탄소 고정성, 호열성을 가진 혐기성이었음을 시사한다.보조 인자는 수소, 이산화탄소, 철 및 전이 금속이 풍부한 환경에 대한 의존도를 나타냅니다.그것의 유전 물질은 아마도 DNA였을 것이고, 그 코드를 효소와 같은 단백질로 변환하기 위해 4-뉴클레오티드 유전 코드, 메신저 RNA, 전달 RNA, 그리고 리보솜을 필요로 했다.LUCA는 지구화학적 활동이 활발한 환경에서 혐기성 열수 분출구에 거주했을 가능성이 있다.그것은 분명히 이미 복잡한 유기체였고, 전조가 있었을 것이다; 그것은 최초의 [10][177]생물이 아니었다.

  • LUCA systems and environment[10]

    LUCA 시스템 및 환경[10]

레슬리 오르겔은 유전 코드의 초기 번역 기계는 오류에 취약할 것이라고 주장했다.그러나 제프리 호프만은 이러한 기계들이 오르겔의 [178][179][180]역설에 대항해 기능적으로 안정적일 수 있다는 것을 보여주었다.

적절한 지질 환경

상세 정보:대체 자연 발생 시나리오

심해 열수 분출구

가장 먼저 알려진 생명체는 추정 화석화된 미생물로, 화이트 스모커 열수 분출구 침전물에서 발견됩니다.그들은 지구의 4.54 [60]Gya가 형성된 지 얼마 되지 않은 4.41 Gya가 형성된 지 비교적 얼마 되지 않은 4.28 Gya (억 년 전)까지 살았을지도 모른다.
상세 정보:열수분출 및 화학삼투증 ios 화학삼투증 발생

초기 미세 화석은 메탄, 암모니아, 이산화탄소, 황화수소와 같은 뜨거운 가스 세계에서 나왔을 수 있는데, 이는 현재 [181]많은 생명체에 독성이 있다.생명의 나무를 분석한 결과, 열과 고열성 박테리아와 고세균이 뿌리에 가장 가까운 곳에 있어 생명체가 [182]뜨거운 환경에서 진화했을 가능성이 있다.심해 또는 알칼리성 열수 분출구 이론은 해저 열수 [183][184]분출구에서 생명이 시작되었다고 가정합니다.마틴과 러셀은 "황화물이 풍부한 열수액과 하데스 해저의 철(II)이 함유된 물 사이의 레독스, pH, 온도 구배에서 침출된 철 단설피드에서 생명체가 진화했다"고 제안했다.화석화된 침투 부위의 금속 황화물 침전물 내에서 자연적으로 발생하는 3차원 구획은 이러한 무기 구획이 자유생명 원핵생물에서 발견되는 세포벽과 막의 전조였음을 나타낸다.FeS와 NiS가 일산화탄소와 열수유체의 성분인 메틸술피드의 아세틸-메틸술피드의 합성을 촉매하는 것으로 알려진 것은 이러한 금속 술피드 벽의 내부 표면에서 생물합성 전이 발생했음을 나타낸다."[185]

이들은 바닷물 및 이산화탄소가 풍부한 바닷물과의 pH 계면과의 초마피성 올리빈의 독화 작용의 결과로 수소가 풍부한 유체가 해저에서 나오는 형태를 형성한다.통풍구는 전자 공여체(분자 수소)가 전자 수용체(이산화탄소)와 반응하는 산화환원 반응에서 파생된 지속적인 화학 에너지원을 형성합니다. 철-황 세계 이론을 참조하십시오.이것들은 발열 [183][b]반응이다.

심해 열수 분출구 부근의 외부 양성자 구배에 의해 구동되는 초기 세포.막(또는 그 안에 있는 수동 이온 채널)이 양성자에 투과되는 한 메커니즘은 [139]이온 펌프 없이도 작동할 수 있습니다.

러셀은 알칼리성 환기구멍이 자연발생에 이상적인 자연발생 양성자 원동력 화학삼투압 [185]구배를 생성한다는 것을 증명했다.이들의 미세한 구획은 맥키나이트와 같은 철-황 광물로 구성된 "유기 분자를 농축하는 자연스러운 수단"을 제공하며, 이러한 광물 세포에 귄터 베흐터샤이저가 [186]예상한 촉매 특성을 부여했다.막을 가로지르는 이온의 이동은 두 가지 요소의 조합에 따라 달라집니다.

  1. 농도 구배에 의한 확산력—이온을 포함한 모든 입자는 고농도에서 저농도로 확산되는 경향이 있습니다.
  2. 전위 구배에 의해 발생하는 정전력—양자+ H와 같은 양이온은 전위를 따라 반대 방향으로 확산되는 경향이 있습니다.

이 두 가지 구배는 전기화학적 구배로서 표현될 수 있으며, 자연발생을 위한 에너지를 제공한다.양성자 원동력은 막에 걸친 양성자와 전압 구배(양성자 농도와 [139]전위의 차이)의 조합으로 저장된 잠재적 에너지의 측정값으로 설명할 수 있다.

심해 열수 분출구 내부의 광물 입자의 표면은 효소와 유사한 촉매 특성을 가지고 있으며, 인가 전압에 의해 또는2 [187][188]H 또는 HS와의 반응에2 의해 물 속의 용해된2 CO로부터 메탄올(CHOH3), 포름산, 아세트산 및 피루브산과 같은 단순한 유기 분자를 생성할 수 있습니다.

그 연구는 마틴에 의해 2016년에 보도된 논문은 생명 열수 vents,[189][190]에서 자발적인 화학은 지구의 지각rock–water 상호 작용의 불균형. 열역학으로underpinned 삶의 origin[191][192]로 운행되면서 그 archaea와 박테리아의 제자 혈통이었다H2-dependent 무기 영양 생물은 되살아나는 것을 지원한다.그 thei로 이산화 탄소 사용했다.r 에너지 [193]대사의 말단 수용체.마틴은 이 증거를 근거로 LUCA가 [194]"생존하기 위해 환기구 지열 에너지에 크게 의존했을 수 있다"고 주장한다.

변동하는 열수조

Mulkidjanian과 공동 저자들은 해양 환경이 세포에서 보편적으로 발견되는 이온 균형과 구성, 또는 거의 모든 살아있는 유기체에서 발견되는 필수 단백질과 리보자임에 필요한 이온, 특히 K/Na+ 비율, Mn2+, Zn2+ 및 인산염 농도와 관련하여+ 제공하지 않았다고 생각한다.그들은 지구에서 필요한 조건을 모방하는 유일한 환경은 증기 [183]통풍구에 의해 공급되는 지상 열수풀이라고 주장한다.무산소 환경 하의 광물 퇴적물은 적절한 pH(산소화된 대기 중의 전류 웅덩이는 그렇지 않음)를 가지며, 유해한 자외선을 차단하는 황화물 광물의 침전물을 포함하고, 기질 용액을 자연 형성에 적합한 농도로 농축하는 습윤/건조 주기를 가진다.핵산, 폴리에스테르[195] 및 뎁시펩타이드의 [196]중합체로서, 열수환경에서의 화학반응과 환기구에서 인접 웅덩이로 운반하는 동안 자외선에 노출됨으로써 생성된다.가정된 생물 발생 이전의 환경은 심해 환기구 환경과 유사하며,[197][198] LUCA의 특성을 설명하는 데 도움이 되는 추가 구성요소가 있다.Colin-Garcia와 동료들은 열수 분출구에서의 발기성 반응이 화학 반응과 많은 다른 미네랄을 촉진하기 위한 자유 에너지를 제공할 수 있다고 지적한다.이는 화학적인 구배를 유도하여 전자 공여체와 [183]수용체 간의 상호작용을 선호합니다.

점토

점토 가설은 [199][200]Graham Cairns-Smith에 의해 1985년에 제안되었다.그것은 복잡한 유기 분자가 수용액과 접촉하는 규산염 결정의 기존 비유기 복제 표면에서 서서히 발생했다고 가정한다.점토 미네랄 몬모릴로나이트는 뉴클레오티드 [201]모노머로부터 수용액에서 RNA의 중합과 [202]지질로부터 막 형성을 촉매하는 것으로 나타났다.1998년, 하이만 하트만은 "최초의 유기체는 자가 복제 철분이 풍부한 점토였는데, 이것은 이산화탄소를 옥살산과 다른 디카르복실산에 고정시켰다.점토와 그 대사 표현형을 복제하는 이 시스템은 질소를 고정하는 능력을 획득하는 온천의 황화물이 풍부한 영역으로 진화했다.마지막으로 인산염은 뉴클레오티드와 인지질의 [203]합성을 가능하게 하는 진화된 시스템에 통합되었습니다."

철-황계

주요 기사:철-황 세계 가설

1980년대에 귄터 베흐터샤이저와 칼 포퍼는 생물 화학 경로 이전의 진화에 대한 철-황 세계 가설을 가정했다.그것은 오늘날의 생화학에서 [204][205]기체로부터 유기적인 구성 요소를 합성하는 원시적인 반응까지 추적한다.베흐터샤이저 시스템에는 에너지원이 내장되어 있습니다: 황철광과 같은 황화철입니다.이러한 금속 황화물을 산화시킴으로써 방출되는 에너지는 유기 분자의 합성을 지원할 수 있다.이러한 시스템은 현대 [206]생명체에 앞서 자기 복제, 대사 활성 실체를 구성하는 자기 촉매 세트로 진화했을 수 있다.100°C의 수성 환경에서 황화물을 실험한 결과 디펩타이드(0.4%~12.4%)의 산출량이 적었고 곱창화물(0.10%)의 산출량이 적었습니다.그러나 같은 조건에서 디펩타이드는 빠르게 [207]분해되었다.

몇몇 모델은 RNA 복제가 나중에 나타나도록 하는 원시 대사를 가정한다.호기성 유기체의 에너지 생산에 대한 크렙스 사이클(구연산 사이클)의 중심성과 복잡한 유기 화학 물질의 생합성에서 이산화탄소와 수소 이온을 끌어 들이는 것은 이것이 신진대사의 [186]첫 번째 부분 중 하나였음을 시사한다.이와는 대조적으로, 지구 화학자인 잭 W. 소스타크와 케이트 아다말라는 원시 프로토셀에서 비효소 RNA 복제가 구연산 같은 약한 양이온 킬레이터가 존재하는 경우에만 가능하다는 것을 증명했다.이것은 원시 [208]대사에서 구연산의 중심 역할에 대한 추가적인 증거를 제공한다.러셀은 "생명의 목적은 이산화탄소를 수소화하는 [209][210][206]것"이라고 제안했다.물리학자 제레미 잉글랜드는 일반적인 열역학적 고려에서 생명이 [211]불가피했다고 주장해 왔다.이 아이디어의 초기 버전은 오파린의 1924년 자기 복제 소포 제안이었다.1980년대와 1990년대에는 베흐터샤우저의 철-황 세계 이론과 크리스티앙 드 뒤브의 티오에스테르 모델이 나왔다.유전자 없는 신진대사에 대한 보다 추상적이고 이론적인 주장은 1980년대 프리먼 다이슨의 수학적 모델과 스튜어트 카우프만의 집단 자기 촉매 집합을 포함한다.카우프만의 연구는 세포의 [212]생화학 반응을 촉진하는 에너지의 역할을 무시한다는 비판을 받아왔다.

아세틸-CoA 경로의 일부인 아세틸-CoA 합성효소의 활성 부위는 니켈-철-황 클러스터를 포함합니다.

크렙스 사이클과 같은 다단계 생화학 경로는 단순히 광물의 표면에서 자기 조직화된 것이 아니라 보다 단순한 경로가 [213]선행되었을 것입니다.Wood-Ljungdahl 경로는 금속 황화물 표면에서의 자가 조직화와 호환된다.핵심 효소 단위인 일산화탄소 탈수소효소/아세틸-CoA 합성효소는 반응 중심에 니켈-철-황 혼합 클러스터를 포함하고 아세틸-CoA의 형성을 촉매합니다.단, 티오산염 및 티오에스테르 전 화합물은 열역학적 및 동역학적으로 열수 [214]통풍구의 추정 전 조건 하에서 축적될 가능성이 낮다.한 가지 가능성은 시스테인과 호모시스테인이 스테커 반응에서 질소와 반응하여 촉매 티올이 풍부한 팝립펩타이드를 [215]형성했을 수 있다는 것이다.

아연계

Armen Mulkidjanian의 아연 세계(Zn-world) 가설은 베흐터샤우저의 황철석 [216][217]가설을 확장합니다.Zn-world 이론은 HS가2 풍부한 열수성 유체가 차가운 원시 해양(또는 다윈의 "따뜻한 연못") 물과 상호작용하여 금속 황화물 입자를 침전시켰다고 제안합니다.해양 열수계는 고대 화산 발생의 거대한 황화물 광상에 반사된 지역 구조를 가지고 있다.그것들은 지름이 수 킬로미터에 달하며 시대로 거슬러 올라간다.가장 풍부한 것은 황철광2(FeS), 찰카피라이트2(CuFeS) 및 스팔레라이트(ZnS)이며, 갈레나(PbS)와 알라반다이트(MnS)가 첨가되어 있습니다.ZnS와 MnS는 자외선과 같은 방사선 에너지를 저장할 수 있는 독특한 능력을 가지고 있다.언제 이렇게 복제하는 분자 발생, 태고의 기압 충분히(>100바)가 지구 표면 위나 그 근처를 촉진시키기 위해, 자외선 조사 10~100배 지금보다 더 치열했다;그러므로 광합성 속성 ZnS에 의해 정보의 합성하기 위한 적절한 에너지 상태를 제공했으며 높았다.m에타볼릭 분자와 광안정성 핵염기 [216][218]선택.

Zn 세계 이론은 최초의 프로토 세포 내부의 이온 구성에 대한 증거로 채워졌다.1926년에는 캐나다의 생화학 아치볼드 Macallum,[219] 하지만, 모든 세포들의 무기 구성 그 주도했던 현대 바닷물의 다른 혈액과 림프 seawater 등 체액의 유사성 지적했다와 동료들은 첫번째 세포 phylogeno과 지구 화학적 분석을 결합하는"부화장"을 재건하기 위해Mulkidjanian.마이크현대 세포의 무기 이온 요구 사항의 정밀 조사.저자는 유비쿼터스, 그리고 추론에 의해 단백질과 기능 시스템은 K, Zn2+, Mn2+ 및 [PO
4]3−
에 대한 친화력과+ 기능 요건을 보여준다고 결론지었다.지구화학적 재구성은 이 이온 성분이 바다에 존재할 수 없다는 것을 보여주지만 내륙 지열 시스템과 호환된다.산소가 고갈되고 CO가2 지배적인 원시 대기에서, 지열장 근처의 물 응축수의 화학은 현대 세포의 내부 환경과 유사할 것이다.따라서, 전세포 진화는 다공질 규산염 광물이 금속 황화물과 혼합되어 K, Zn2+, 그리고 인 [220][221]화합물에 농축된+ 얕은 "다윈 연못"에서 일어났을 수 있다.

균질성

L-글루탐산과 같은 많은 생체 분자들은 비대칭이며, 아미노산의 경우 왼손잡이 형태인 두 가지 가능한 형태 중 한 가지 형태로만 살아있는 시스템에서 발생합니다.전생화학은 두 가지 형태를 모두 만들어 낼 것이고, 생화학 [222]연구자들을 위한 퍼즐을 만들어 낼 것이다.
주요 기사:균질성

균질성은 키랄(비거울 대칭) 단위로 구성된 재료의 기하학적 균일성입니다.살아있는 유기체는 거의 예외 [223]없이 아미노산은 왼손잡이인 반면 뉴클레오티드와 당은 오른손잡이인 같은 키랄리티를 가진 분자를 사용합니다.키랄 분자는 합성될 수 있지만 키랄 소스 또는 키랄 촉매가 없는 경우 두 가지 형태의 50/50(인종) 혼합물로 형성됩니다.라세미 시동 소재로non-racemic 혼합물 생산을 위한 알려진 메커니즘:전약 상호 작용 그것들과 같은 라세미 synthesis,[222]과 spontan 동안 원형으로 편광 빛, 석영 결정, 또는 지구의 회전, 이는 통계적인 불균형에 의해 같은 비대칭, 물리 법칙, 비대칭 환경을 포함한다.eous 대칭 [224][225][226]깨짐설정되면 키랄리티가 [227]선택됩니다.Soai [228]반응과 같이 비대칭 자기촉매에 의해 모집단의 작은 바이어스(항성체 과잉)를 큰 바이어스로 증폭할 수 있다.비대칭 자기촉매에서 촉매는 키랄 분자이며, 이는 키랄 분자가 자체 생산을 촉매화하고 있음을 의미합니다.편광에 의해 생성될 수 있는 초기 에난티오머 과잉은 보다 풍부한 에난티오머가 다른 [229]에난티오머를 능가할 수 있도록 한다.머치슨 운석의 아미노산 L-알라닌은 D형보다 2배 이상, L-글루탐산은 [230][231]D형보다 3배 이상 풍부하기 때문에 균질성은 우주 공간에서 시작됐을 수 있다.운석의 아미노산은 왼손잡이 편향을 보이는 반면, 설탕은 살아있는 유기체에서 발견되는 것처럼 주로 오른손잡이 편향을 나타내며, 이러한 [232]화합물의 자연 발생 기원을 암시합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

설명각주

  1. ^ 반응은 다음과 같습니다.
    FeS + HS2 → FeS2 + 2H+ + 2e−
    FeS + HS2 + CO2 → FeS2 + HCOOH
  2. ^ 반응은 다음과 같습니다.
    반응 1: 페야라이트 + 물 → 자철석 + 수성 실리카 + 수소
    3FeSiO24 + 2HO2 → 2FeO34 + 3SiO2 + 2H2
    반응 2: 포르스테라이트 + 수성 실리카 → 스펜틴
    3MgSiO24 + SiO2 + 4HO2 → 2MgSiO325(OH)4
    반응 3: 포르스테라이트 + 물 → 독사 + 브루사이트
    2MgSiO24 + 3HO2 → MgSiO325(OH)4 + Mg(OH)2
    반응 3은 올리빈이 물로 수분을 공급하여 독사 및 Mg(OH)(2브루사이트)를 생성하는 것을 나타냅니다.서펜틴은 규산칼슘 수화물과 같은 브루사이트(C-S-H)의 존재 하에서 높은 pH에서 안정적이며, 포틀랜드 시멘트 페이스트의 경화물에 포틀랜드산염24(CaSiO)2과 함께 형성된다.일반 포틀랜드 시멘트에서 벨라이트 수화반응 3의 유사성: 벨라이트 + 물 → C-S-H상 + 포틀랜드라이트
    224 CaSiO + 4 HO2 → 3 CaO / 2 SiO2 / 32 HO + Ca(OH)2

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