地球上第一个生命的诞生

化学起源说

奥巴林和霍尔丹提出的起源说

化学起源说是由亚历山大·奥巴林和约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹提出的生命起源假说，主张地球生命起源于非生命物质的渐进化学演化，并以原始细胞形成为标志。该理论将生命起源划分为四个阶段：无机小分子生成有机小分子（如米勒-尤列实验模拟原始大气合成氨基酸等有机物）；有机小分子聚合成蛋白质、核酸等生物大分子；生物大分子组装为多分子体系（如奥巴林提出的团聚体假说）；多分子体系最终演变为具备生命特征的原始细胞。

1871年查尔斯·达尔文在书信中提出生命可能起源于含氨、磷酸盐等物质的“温暖小水池”。美国化学家罗伯特·夏皮罗指出这一猜想“与今天的知识相当符合”

化学起源说

奥巴林和霍尔丹提出的起源说

化学起源说是由亚历山大·奥巴林和约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹提出的生命起源假说，主张地球生命起源于非生命物质的渐进化学演化，并以原始细胞形成为标志。该理论将生命起源划分为四个阶段：无机小分子生成有机小分子（如米勒-尤列实验模拟原始大气合成氨基酸等有机物）；有机小分子聚合成蛋白质、核酸等生物大分子；生物大分子组装为多分子体系（如奥巴林提出的团聚体假说）；多分子体系最终演变为具备生命特征的原始细胞。

1871年查尔斯·达尔文在书信中提出生命可能起源于含氨、磷酸盐等物质的“温暖小水池”[1]。美国化学家罗伯特·夏皮罗指出这一猜想“与今天的知识相当符合”[2]。谢平（2014）提出细胞光养起源假设，认为光合作用驱动的化学分化促进了细胞膜与遗传系统的形成[3]。该过程涉及反应循环、催化循环到超循环的生化秩序化机制，但细胞分裂机制的具体演化路径仍需研究

相关研究

化学起源的阶段

化学起源说将生命的起源分为四个阶段。

第一个阶段

从无机小分子生成有机小分子的阶段，即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的。需要着重指出的是米勒的模拟实验。在这个实验中，一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋，其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性大气”。米勒先给烧瓶加热，使水蒸汽在管中循环，接着他通过两个电极放电产生电火花，模拟原始天空的闪电，以激发密封装置中的不同气体发生化学反应，而球型空间下部连通的冷凝管让反应后的产物和水蒸汽冷却形成液体，又流回底部的烧瓶，即模拟降雨的过程。经过一周持续不断的实验和循环之后。米勒分析其化学成分时发现，其中含有包括5种氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物，同时还形成了氰氢酸，而氰氢酸可以合成腺嘌呤，腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位。米勒的实验试图向人们证实，生命起源的第一步，从无机小分子物质形成有机小分子物质，在原始地球的条件下是完全可能实现的。

米勒实验装置

第二个阶段

从有机小分子物质生成生物大分子物质。这一过程是在原始海洋中发生的，即氨基酸、核苷酸等有机小分子物质，经过长期积累，相互作用，在适当条件下（如黏土的吸附作用），通过缩合作用或聚合作用形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。

第三个阶段

从生物大分子物质组成多分子体系。这一过程是怎样形成的？前苏联学者奥巴林提出了团聚体假说，他通过实验表明，将蛋白质、多肽、核酸、明胶、阿拉伯胶和多糖等放在合适的溶液中，它们能自动地浓缩聚集为分散的球状小滴，这些小滴就是团聚体。奥巴林等人认为，团聚体可以表现出合成、分解、生长、生殖等生命现象。例如，团聚体具有类似于膜那样的边界，其内部的化学特征显著地区别于外部的溶液环境。团聚体能从外部溶液中吸入某些分子作为反应物，还能在酶的催化作用下发生特定的生化反应，反应的产物也能从团聚体中释放出去。另外，有的学者还提出了微球体和脂球体等其他一些假说，以解释有机高分子物质形成多分子体系的过程。

第四个阶段

有机多分子体系演变为原始生命，包括以生化系统和遗传系统的建立为标志的细胞的诞生。这一阶段是在原始海洋中形成的，是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段。人们还不能在实验室里验证这一过程。

发展历程

20世纪20年代，苏联科学家亚历山大·奥巴林和苏格兰科学家J.B.S.霍尔丹各自独立地提出了化学起源说的核心思想，即“奥巴林-霍尔丹假说”。该假说认为，早期地球大气富含氢气、甲烷、氨气和水蒸气等还原性气体，在闪电、太阳辐射或火山活动等能量作用下，可形成简单的有机化合物，并在原始海洋中积累形成“原始汤”，生命即在此诞生[6] 。

1936年，奥巴林出版了《地球上生命的起源》一书，系统阐述了其假说[5] [9] 。

1953年，美国芝加哥大学的研究生米勒在其导师的指导下，进行了模拟原始地球条件的实验，成功从无机物合成了包括甘氨酸、丙氨酸在内的多种氨基酸，为化学起源说提供了关键性的实验证据[5] [9] 。

米勒及其同事后续使用紫外线、β射线、高温等不同能源，以及更换混合气体成分，均能产生氨基酸，验证了该路径的可行性[5] [9] 。这些模拟实验研究使化学起源说日趋成熟并被广泛接受[8] 。

化学起源说在发展过程中，与“宇宙胚种论”（或称“天外胚种论”）等学说经历了多次科学论战。在20世纪50年代以后，随着实验证据的积累，化学起源说逐渐占据上风并成为主流学说之一，但其本身也在不断完善和分化，衍生出如海底热泉说等多种观点[5] [8] 。

应用

化学起源说是生命科学教育中的重要内容，在中学教材中作为介绍生命起源的两个主要观点之一[7] 。

教材中三维目标要求学生能够描述“化学起源说”中关于生命起源的过程，教学重点是米勒的模拟实验，讲解其如何模拟原始大气、闪电、高温等环境条件，并引导学生理解“在原始地球条件下，由无机物形成有机小分子物质是可能的”这一核心结论[7] 。

教材中通常将化学起源说的观点概括为：地球上的生命是在地球温度下降以后，在极其漫长的时间内，由非生命物质经过极其复杂的化学进化过程，在原始海洋内一步一步地演变而来，并强调原始海洋是原始生命的摇篮[7] 。

影响

化学起源说的提出和验证，极大地推动了生命起源的实证研究，使该领域从哲学思辨转向实验科学。以奥巴林学说为代表的化学起源说在20世纪中后期基本成熟并迅速推广，被大多数人所接受或赞同[5] [8] 。该学说也促进了后续多种化学进化观点的提出，如海底热泉说、泥土说等[8] 。

化学起源说引发了多次关于生命起源的科学论战 。第二次科学大论战发生在“宇宙胚种论”与“化学起源说”之间，由于外太空强烈的紫外线等辐射对生命物质的杀伤作用，化学起源说一度占据上风。第三次科学大论战同样以这两种理论为主角，随着射电天文学和宇宙化学的发展，宇宙中发现大量有机物，“宇宙胚种论”又重新获得关注。以奥巴林学说为代表的化学起源说在第三次论战开始时已基本定型 。

相关研究

上世纪20年代，苏联科学家亚历山大·奥巴林（Alexander Oparin）和苏格兰科学家霍尔丹（J.B.S. Haldane）分别撰写了一本书和一本小册子，各自独立地提出了一个全新的生命起源理论，因为这两个理论的内核非常相似，后人一般将二者统称为“奥巴林—霍尔丹假说”（Oparin-Haldane hypothesis）。该假说认为，早期地球大气富含氢气、甲烷、氨气和水蒸气，这些气体在闪电、太阳辐射或火山活动引起的高温作用下相互结合，形成了简单的有机化合物，之后，这些有机物会在原始海洋中慢慢积累，逐渐形成一大锅温热的有机浆汤，即“原始汤”[6] 。为了验证假说，1953年，美国芝加哥大学的研究生米勒在导师的指导下，模拟原始地球还原性大气成分（如CH4、NH3、H2等），通过电火花放电，结果在溶液中合成了包括多种氨基酸在内的有机物，这个结果证实了奥巴林和霍尔丹假说的正确性 。

化学起源说在其发展过程中与“宇宙胚种论”进行了多次论战 。第二次争论是宇宙胚胎种源假说与化学起源说的争论，由于在外太空广泛存在的紫外线和宇宙射线对于生命物质具有强烈的杀伤作用，因此化学起源假说占据了上风。第三次争论的主角也是这两种理论，以奥巴林学说为代表的原始地表化学起源说已基本成熟并迅速推广开来，伴随着射电天文学和宇宙化学的飞速发展，宇宙中存在的大量有机物相继被发现，宇宙胚胎种源假说又占据了上风[5] [9] 。

关于细胞的形成机制，谢平（2014）提出了细胞的光养起源假设。特别是化学进化说不仅有了极大的进展，而且是多极化和分歧式地发展，不同的观点或起源学说或理论相继被提出或建立，如泥土说、火山说、海底热泉说、硫化物说、超循环说等[8] 。

认为光合作用驱动的化学分化促进了细胞膜与遗传系统的形成。该过程涉及反应循环、催化循环到超循环的生化秩序化机制，但细胞分裂机制的具体演化路径仍需深入研究