地球上最早诞生的那个单细胞，为什么会繁殖? 第1页

繁殖是描述生物进行自我复制的词语。细胞的自我复制是组成它的大量分子的自我制造与自我复制的结果。利用环境中的材料组装自身的分子，只要还没有被不适宜的环境因素或彼此的干扰给破坏掉，组装过程就能一直重复执行，组装出来的分子也具备和组装者同样的组装能力。

在材料和反应条件不太随便的情况下，目前知道的“最简单的能够复制自己的分子”是亚氨基二乙酸，分子式为 C4H7NO4，分子量约 133.1。

前生命化学的挑战是从少数原始底物中追踪生命关键组成部分的合成过程。2020 年 9 月，一支研究团队报告了一种正向合成算法，可在一般公认条件下从水、氮气、氨、甲烷、氢氰酸等底物开始生成完整的前生命化学反应网络，包含已报道的和先前未确定的通往生物靶标的途径、非生物分子的合理合成。其中一些反应是研究人员实验验证的^[1]。

该网络表现出三种形式的非凡化学反应：

• 网络中的分子可充当下游反应类型的催化剂；
• 形成功能化学系统，包括自我制造循环；
• 产生与生物分化的原始形式有关的表面活性剂。

该研究显示，亚氨基二乙酸之类相当简单的分子就可以开始反复的自我制造。亚氨基二乙酸与锰原子等络合之后可以催化合成自身的反应，产率为 126%。

不过，我们并不确定“地球上最早诞生的那个细胞”有没有成功地进行自我复制。地球生物的最后共同祖先（LUCA）之前可能存在过大量的细胞，有的可能在形成后不久就死掉了，有的传了一些代之后死掉了，只有将基因传入理论上存在的 LUCA 之中的细胞生物的基因能继续传下来。

远古地球上的深海热泉、浅海沉积物、海岸和天体撞击坑中自发进行的化学反应会形成大量有机物和细小的岩石区室，水溶液在区室中进行化学反应、吸收周围的材料而扩大区室、发生结构和功能的细微变化，区室的数量可以增减，反应发生率较高、增加较快的区室类型会占据优势并接触到更多的材料。

类似的过程可以在现代地球上找到。黏土中的硅酸盐结晶可以合并水中溶解的硅酸盐而生长，在风、水等影响下改变形态，特定的结晶形态更容易在河床中堆积并促使更多结晶形成，在水位下降露出河床时，一些结晶会被风吹到其他地方并重复堆积过程。Cains-Smith 在 1982 年提出黏土结晶可以储存晶体结构缺陷、错位、离子置换等信息并进行复制^[2]。自然形成的有机分子可以在黏土结晶的硅酸盐表面上发生化学反应。现代深海热泉的自然环境在自发进行耐环境微生物体内进行的 90% 以上的化学反应并产生氢气。

可以推测，远古地球上自然产生的蛋白质和核酸能在反复切换干燥与潮湿的环境中自组装为复杂结构，在水位下降时从岩石区室自然切换到脂质区室（脂质双层膜可以自发组成），信息的载体也从硅酸盐表面变为 RNA 之类储存密度更大的材料。

可以参照：

参考

1. ^ Synthetic connectivity, emergence, and self-regeneration in the network of prebiotic chemistry DOI: 10.1126/science.aaw1955
2. ^ Cains-Smith A. G1982Genetic Takeover. Cambridge: Cambridge University Press. 133p.