生命起源的化学演化学说

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On average, it is estimated that there is at least one planet for every star in the galaxy. That means there's something on the order of billions of planets in our galaxy alone, many in Earth's size range. These planets outside of our solar system are known as Exoplanets.

据估计，银河系中平均每颗恒星至少有一颗行星。这意味着仅银河系中就有数十亿颗行星，其中许多与地球大小相当。这些太阳系外的行星被称为系外行星。

Highlighted stars are known to have, or have good prospects for, orbiting exoplanets. Once you click the ‘Explore Now’ button below, you will be able to select any of the highlighted stars to learn more about these confirmed planets and compare them to our solar system or navigate through the filters.

突出显示的恒星已知有系外行星或有很好的系外行星环绕前景。点击下面的 "立即探索 "按钮后，您就可以选择任何一颗高亮显示的恒星，了解这些已确认行星的更多信息，并将它们与我们的太阳系进行比较，或者通过过滤器进行导航。

潮汐锁相系外行星的宜居性

一、元素起源与核合成

1. 宇宙大爆炸与初始元素

宇宙大爆炸后的17分钟内，通过核合成（Nucleosynthesis）形成了约75%的氢（H）、25%的氦（He）（按质量计）以及微量锂（Li）。这些轻元素为后续复杂化学演化奠定了基础（Catling & Zahnle, 2020）^[1]。

2. 恒星核合成与重元素生成

在恒星内部，通过核聚变（Nuclear Fusion）合成了铁（Fe）及更轻的元素（如碳、氧、镁）。其中，56Ni（镍）是核心核聚变的最终产物，但其半衰期仅6天，迅速衰变为56Fe（Astrobiology Primer 3.0）。

3. 超新星核合成与元素扩散

超新星爆发通过核心塌缩超新星（Core-collapse Supernova）释放巨大能量，驱动吸热反应生成比镍更重的元素（如金、铀）。同时，爆炸产生的宇宙射线裂解重核，生成锂、铍、硼等轻元素（Astrobiology Primer 2.0）。

1: The explosive energy can drive the endothermic nucleosynthesis reactions required to form elements heavier than Ni.

2: The additional shocks accelerates some particles to close to the speed of light, making cosmic rays, which are energetic enough to break apart heavier nuclei. It is responsible for large fractions of Li，Be, B.

Eject the products of nucleosynthesis built up over the star’s lifetime. Most carbon, oxygen, and magnesium, for example, are made before the core collapse, and the explosion distributes these elements into space.

Most of the materials of our Earth was created inside stars that die before the birth of our Sun. We are “star stuff”.

关键结论：地球上的元素主要源于早期恒星与超新星，人类本质上是“星尘”（Star Stuff）（Science, 2019）。

二、生命必需元素与化学环境

1. 细胞中的元素组成

生命体主要由H、C、N、O、P、S六种元素构成（占原子数的97%），其中水（H₂O）占生物体质量的70%以上（Science, 2019）。

S. Maruyama et al. Geoscience Frontiers, 2019, 10,1337
Mulkidjanian et al. PNAS，2012, E821

2. 磷酸盐问题（Phosphate Problem）

早期地球磷酸盐生物可利用性低，制约了核酸与脂质的合成。可能的解决方案包括火山活动释放磷矿物（如磷灰石）或深海热泉中的磷酸盐富集（Maruyama et al., 2019）。

3. 原始地球环境争议

大气组成：早期大气可能以CO₂、N₂为主，而非传统假设的强还原性（H₂、CH₄、NH₃）。火山喷发与陨石撞击是气体来源（Catling & Zahnle, 2020）。
海洋环境：原始海洋的pH、温度与盐度仍不明确，但可能存在局部富集有机分子的“热泉”或浅水环境（NASA Astrobiology Strategy, 2015）。

三、有机分子与生物大分子合成

1. 氨基酸的预生物合成

Miller-Urey实验（1953）模拟还原性大气，通过电火花激发自由基反应生成氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸）。后续研究表明，氢氰酸（HCN）与醛类中间体是合成关键前体（Miller, 1953; Science, 1953）。

Strecker合成途径：HCN与醛、氨反应生成氨基腈，水解后形成氨基酸（如丙氨酸）（Orgel, 1961）。

2. 碳水化合物的Formose反应

甲醛（CH₂O）在碱性条件下自催化生成糖类（如核糖、葡萄糖）。但反应非特异性，产物复杂且核糖不稳定，硼酸盐矿物（如硼砂）可稳定核糖（Benner, 2012）。

3. 核酸碱基的合成

嘌呤（Purines）：HCN四聚体缩合生成腺嘌呤（Oro, 1961）。
嘧啶（Pyrimidines）：丙炔腈与尿素缩合生成胞嘧啶（Orgel, 1971）。

4. 脂质的自组装

脂肪酸与甘油通过疏水作用形成双层膜结构，磷酸盐或磷酸酯头部基团的引入是膜功能化的关键步骤（Fiore & Strazewski, 2016）。

四、生物大分子聚合与RNA世界假说

1. 聚合反应的挑战

水环境中缩合反应需克服水解倾向。可能的解决途径包括：

热泉干燥-湿润循环：促进氨基酸或核苷酸脱水缩合（Fox & Harada, 1958）。
矿物催化：蒙脱石黏土催化RNA寡聚物形成（Huang & Ferris, 2006）。

2. RNA世界假说

核酶（Ribozymes）：RNA兼具遗传信息存储与催化功能（Cech, 1982; Altman, 1983）。
自我复制机制：模板指导的非酶促聚合或RNA聚合酶核酶催化（Gilbert, 1986）。
局限性：RNA稳定性差（易水解）、催化多样性有限，可能源于更简单的“前RNA世界”（Orgel, 2003）。

RNA 会是最初的自我复制者吗？ 1：非酶模板定向聚合。例如，预先存在的核酸链可利用活化的单核苷酸促进互补链的合成。 2：RNA 聚合是由一般的 RNA 聚合酶核糖酶（或复制酶）催化复制模板链，从而形成模板的互补序列。 3：发展分子网络，催化网络中其他特定序列的形成，从而使整个网络相互自催化。