在原始地球條件下由無機(jī)物逐漸演變?yōu)樵忌w的過程。這個化學(xué)進(jìn)化過程大致可分為下列四個階段。
。1)由無機(jī)小分子物質(zhì)(如氫、氨等)生成有機(jī)小分子物質(zhì)(如氨基酸、含氮堿基、核糖或脫氧核糖等)。這個方面已為越來越多的模擬原始地球條件的實驗所證明(見米勒模擬試驗)。
。2)從有機(jī)小分子物質(zhì)形成生物大分子物質(zhì)。在原始還原性大氣中生成的生物小分子(如氨基酸等)被雨水沖淋,溶解于原始海洋中,這些生物小分子要進(jìn)一步變?yōu)樯锎蠓肿樱ㄈ绨被嶙優(yōu)榈鞍踪|(zhì)),就必須脫水縮合;而在原始海洋中進(jìn)行脫水縮合,就像要使泡在水中的葡萄變干那樣困難?茖W(xué)家提出種種假說試圖解決這個難題,目前比較可信而又可用實驗證明的主要有兩種:①以色列科學(xué)家卡特恰爾斯基(A. Katchalsky)認(rèn)為,原始海洋中的氨基酸是在某些特殊的粘土(原始地球和現(xiàn)在都有這樣的粘土)上縮合成多肽的。他們在實驗室內(nèi)先將氨基酸與腺苷酸起反應(yīng),生成“活化的”氨基酸即“氨基酰腺苷酸”,后者在某些片層狀粘土如蒙托土(montmorillonite)上,就能縮合成長短不一的多肽鏈:
②日本科學(xué)家赤崛四郎等提出一個能繞過“脫水縮合”這道難關(guān)的“聚甘氨酸理論”來說明多肽鏈的形成。他們認(rèn)為,在原始大氣中產(chǎn)生的甲醛與氨和氰發(fā)生反應(yīng),能生成一種名叫“氨基乙酰氰”的有機(jī)物,這種物質(zhì)能夠聚合,然后水解,生成聚甘氨酸(即多個甘氨酸聚合在一起所形成的多肽鏈),最后經(jīng)過側(cè)基(R)的變化而得到由各種氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì),即:
。3)從有機(jī)高分子物質(zhì)組成多分子體系?梢韵胂,蛋白質(zhì)和核酸等有機(jī)高分子物質(zhì),在原始海洋中越積越多,在一定條件下(如高溫和適當(dāng)?shù)膒H等),它們相互作用,能形成多分子體系,有界膜與周圍環(huán)境隔開,呈大、小不等的球狀,在原始海洋中漂浮。這種設(shè)想亦已得到了初步的實驗證明。
。4)從多分子體系演變?yōu)樵忌。這是生命起源最關(guān)鍵的一步,目前還未能在實驗室里驗證這一過程。從理論上講,這一步的實質(zhì)就是以蛋白質(zhì)和核酸為主要成分的多分子體系,如何“由死變活”的問題,即新陳代謝和自我增殖能力是如何發(fā)生的?從生物學(xué)的角度看,這里有兩個重要問題要解決:一是生物膜的產(chǎn)生,二是遺傳機(jī)構(gòu)的起源。