原始地球与化学进化

为什么是这样

所有生物都有三个共同点：有膜与外界隔开、能复制遗传信息、能进行代谢。从无机物走到生命，就要依次凑齐所需的材料：先有氨基酸、糖、碱基等简单有机物，再连成蛋白质、核酸等大分子，最后被膜包裹、在内部稳定地反应和复制。

简单有机物能不能在没有生物的条件下产生？1953 年，米勒（ミラー）把甲烷、氨、氢和水蒸气封入玻璃装置模拟原始大气，加热下方的水模拟原始海洋，在上方反复放电模拟雷电。一周左右后，冷凝下来的水里检测到了多种氨基酸。这是第一次用实验证明：只要有能量，无机的气体就能变成构成生物的有机物。

现在认为原始大气的主要成分更可能是二氧化碳、氮和水蒸气，但在这样的气体中用放电、紫外线等提供能量，同样能生成氨基酸。另一个候选场所是深海的热水喷出孔（熱水噴出孔）：高温高压，热水中含有甲烷、氢、硫化氢、氨等，被认为有利于有机物的合成。

大分子阶段还有一个「先有鸡还是先有蛋」的难题：DNA 复制需要酶（蛋白质），蛋白质的合成又需要 DNA 的信息。发现某些 RNA 能催化反应（核酶，リボザイム）后，人们提出 RNA 世界（RNAワールド）假说：最初由 RNA 同时承担遗传与催化；后来催化交给效率更高的蛋白质，遗传信息交给更稳定的 DNA，形成今天的 DNA 世界（DNAワールド）。

定量表达

时间轴（日本教材通行的推定值）：地球约 46 亿年前形成；生命推定约 40 亿年前出现；较可靠的最古老生物化石（类似细菌的微化石）约 35 亿年前。留给化学进化的时间只有几亿年。数值误差很大，考试更看重先后顺序。

物质层级里的数目：蛋白质由 20 种氨基酸连成；核酸由 4 种碱基的核苷酸连成（DNA 用 A、T、G、C，RNA 用 A、U、G、C）。RNA 能身兼两职，是因为它既有碱基序列、可按互补配对复制，又能折叠成立体结构而具有催化作用。

米勒实验的四种原料 CH₄、NH₃、H₂、H₂O 里都没有 O₂：原始大气几乎没有游离氧。在今天富含氧气、到处是微生物的环境里，新生成的有机物会很快被氧化或分解，化学进化无法再从头发生。