科學家提出了關於地球上生命如何起源的全新理論

這個謎團仍然難以解開，因為導致生命發生的完整事件順序無法直接觀察，也極難重現。在過去的一個世紀中，科學家提出了許多假設，其中大多數集中在地球或太空中發生的化學演化。然而，每種解釋都有局限性，並且通常依賴特定的實驗結果和/或理論假設。

幾個著名的模型試圖解釋（地球）化學OoL，包括第一代謝世界（FeS世界）、鋅世界、硫酯世界、RNA世界和脂質世界。雖然每一個都提供了有價值的見解，但沒有一個能完整解釋生命如何從非生命物質產生。沒有任何一種理論能夠成功地將過程的所有面向整合成一個統一且令人信服的場景。

圍繞奈米酶構建的新框架

為了因應這項挑戰，中國深圳大學生物醫學工程學院金永東教授提出了地球外生物的「奈米酵素假說」。

這個假說表明，原始的天然金屬奈米酶（MN-zymes）以及後來的混合小分子有機奈米酶在生命的出現和進化中發揮了核心作用。根據這個想法，這些材料在生命演化的早期階段特別重要，因為它們有助於從非生命材料產生第一個與生物相關的分子。

在原始地球條件下，MN酶可能透過一系列化學（和物理）過程逐漸將史前惰性化學物質（氣體）轉化為日益複雜的分子。作者認為這種轉變主要透過被描述為「無機光合作用」的過程發生。

早期化學演化中的多重作用

奈米酶假說賦予天然 MN 酶一些重要的功能。這些包括（a）催化，（b）表面交聯/捕獲，（c）紫外線反照射，（d）（光）選擇和（e）能量流管理。

透過發揮這些作用，MN 酶可能影響了利用光、熱和電等自然能源的早期化學反應。這個假設還表明，它有助於將能量轉化為儲存在分子（和實體）中的分子訊息，這些分子資訊可以讀取、寫入和複製。這些能力被認為是生命系統出現的基本要求。

地球是一個巨大的天然實驗室

這個假說認為，地球本身能夠在惡劣的原始條件下從最初完全無機的環境中逐漸產生有機世界，而這個想法與先前自然發生的概念大致一致。

在這種背景下，地球充當了一個長期運作的「完整」天然化學實驗室。整個地球（從地函到地殼）的自然壓力和溫度梯度，特別是在活火山和地熱溫泉附近，可能為高溫/高壓熔岩和熱液反應提供了理想的條件。

這些環境可能產生了最早的 MN 酶，包括金屬/貴金屬、金屬氧化物和硫化物奈米顆粒。值得注意的是，類似的方法如今在實驗室中廣泛用於合成合成奈米酶。

數十億年來，這組原始的 MN 酶可能已經慢慢進化、自我補充，並且變得越來越複雜。有些甚至可能融入生物。根據這個假設，這個過程促進了礦物質的演化和環境的逐漸變化，改善了生命起源前分子和原始生命的生存和演化條件。

地球上豐富的金屬奈米顆粒

金屬奈米粒子已經廣泛分佈在地球的自然環境中。每年生產數千克 (Tg)（1 Tg = 10¹² g) 這些分子透過生態系傳播。其中一些具有天然酶樣活性，因此被歸類為 MN 酶。

這些物質存在於海洋、水、大氣和土壤中，在環境生物地球化學循環中扮演重要角色。

最近的發現也表明，自然界可能比以前想像的更容易產生 MN 酶。研究表明，奈米金屬可以透過帶電水滴中或紫外線輻射下的天然礦物質風化而自發形成。陽光和閃電可以提供支持大規模生產原奈米酶和隨後的混合有機奈米酶以及地球上豐富的益生元分子所需的光催化和電催化條件。

提議的“AU世界”。

該假說的一個特別值得注意的方面涉及單層保護的金奈米顆粒（AuNP）。

作者認為，這些顆粒可能是最有效的 MN 酶之一，並且可能在地球 OoL 期間的奈米酶進化史上佔據中心地位。他將這個概念稱為「AU 世界」。

儘管金奈米粒子如今通常被視為人造奈米酶，但假設它們在各種自然地球條件下在地質上都是合理的。

遊離金奈米粒子可能難以在天然肉湯中保持穩定，因為它們通常需要有機表面塗層。然而，一旦硫醇和胺等小分子（由其他 MN 酶）產生並在特定位點積累，AuNP 可能會以單層保護形式（硫醇/胺）持續存在。透過這種方式，它們可以參與更廣泛的反應網絡，從而促成​​生命的出現。

生命分子的四個基本條件

為了進一步解釋生命分子如何自然選擇和定居，作者確定了與地球上 OoL 相關的 4 個關鍵要素和條件：

• 乾濕循環與兩親性
• 自組裝和自組織
• 催化和酶活性
• 共存配對和穩定性

總之，這些因素被認為是與早期生命相關的分子生存和發育的基本要求。

期待

該評論超出了奈米酶本身的範圍，並探討了與地球上的 OoL 相關的其他幾個關鍵問題。其中包括水悖論、地球表面精細奈米結構的重要性、水獨特的物理和化學性質以及可能影響其生命起源化學的乾濕循環環境。

作者也討論了生命出現早期階段的分子合作和共同演化，以及 OoL 的其他物理觀點，包括有關生物分子手性起源的想法。

最終，奈米酶假說旨在提供一個更廣泛的框架，可能有助於調和相互競爭的生命起源理論之間長期存在的分歧。作者希望為科學上最持久的謎團之一提供新的線索，同時也鼓勵進一步研究奈米酶在地球生命出現中的潛在作用。