深圳大学学者提出地球生命起源的纳米酶假说

天然矿物纳米酶在地球生命起源中的多重关键作用。版权所有 © 2025 永东镇。

示意性显示了在原始地球环境和大气条件下，纳米酶假说与框架下的地球自身是一个“一体化”的综合天然实验室，可孕育产生地球生命起源的最初益生元分子。版权所有 © 2025 永东镇。

地球生命起源中MN-酶的可能化学起源路线和进化家谱。版权所有 © 2025 永东镇。

（化石网cnfossil.com）据EurekAlert!：生命的起源是一个长期困扰人类的基本科学问题。早期地球上第一批生物聚合物及其前体构建模块的出现被认为是生命起源的关键时刻，但生命是如何从一堆史前惰性化学物质（气体）中开始启动并孕育产生早期的关键生命分子依然令人困惑；且对其真相的探索往往更加令人费解，因为完整的地球生命起源场景很难复现。在过去一个多世纪里，科学家提出了各种各样的合理生命起源假说，且大多集中在（地球或星际）化学起源/进化理论，但由于这些假设都只是建立在片面的经验数据及某些理论基础之上，因此一直争议不断且不具场景完整性。例如，许多解释（陆地）生命化学起源的理论，如代谢第一世界（Metabolism-first world, FeS world）、锌世界、硫酯世界、RNA世界、脂质世界等，它们中的每一个都只能解释整个生命起源场景中相对狭窄的部分。目前，还没有令人信服的“一体式”假设可以将它们统一起来，提供相对完整可信的生命起源场景，来更加信服地解释原始生命是如何从地球上的一堆惰性化学物质中自我产生的。

深圳大学医学部生物医学工程学院金永东教授为了统一现有的各种假说、使其能更好地覆盖和解释近乎整个场景，在对生命起源主题进行简短综述的基础上、提出了地球生命起源的“纳米酶假说”；该假说中，地球上最初的天然矿物纳米酶(mineral nanozymes, MN-酶)及其后来自我升级的有机/无机杂交纳米酶，在地球早期生命分子的最初出现中发挥了多重关键作用，特别是以原始地球条件下的“无机光合作用”方式。在该纳米酶假说中，天然矿物纳米酶的一些重要的物理和化学过程，如抗紫外线照射、物理/化学催化、自组装和(有序)自组织、自分隔和配对稳定等，在地球上最初生命的产生中发挥了关键作用（图1）。通过扮演这些多重角色，MN-酶不仅能够通过光、热和电等方式对自身进行物理调控，以启动益生元有机分子的化学进化过程，而且还能够将能量信息转化为能够被读取、书写和复制的分子(和实体)，而这一切对于生命系统的起源都是必不可少的。

  在生命诞生和进化的漫长历史长河中，地球本身完全有能力在其早期自身恶劣环境条件下从全无机的世界逐渐自我培育出有机生命与世界（自然发生论）。事实上，地球是一个天然的“一体化”综合化学实验室。如图2所示，在地球的不同深度和位置（从地幔到地壳），特别是在活火山和地热温泉的陆地边缘地带，天然压力梯度和温度梯度的存在、以及干-湿交替的主要反应场所，为高温/高压熔岩反应和热液反应生成初始MN-酶（如金属/贵金属、金属氧化物和硫化物NPs）、及早期生命分子的合成与稳定存续提供了丰富的条件。这些相似方法目前在世界各地的实验室中被广泛用于人工纳米酶的合成。这些原始MN-酶（酶库）在漫长的地球演化历史中缓慢迭代、自我更新（升级），有的甚至成为生物体的一部分，同时导致地球环境的逐渐改善和矿物演化 -这些都为益生元分子和原始生命更好的生存和进化提供了改善的条件。事实上，地球上的矿物纳米材料储量和种类丰富并在自然生态系统中随处流转，且多种自然现象(如：风化、水雾等)可自发地以比我们能想象的更多更有效的方式产生MN-酶（详见原文）。此外，自然光照条件和闪电现象也为原始天然纳米酶及其后续有机杂化纳米酶的迭代升级及量产、以及地球表面丰富的益生元分子的生成提供了充足的光催化和电催化反应条件。

在该纳米酶假说框架下，作者还首次提出了"Au World" 假说：认为在所有起作用的MN-酶中，单层保护的金纳米颗粒（AuNPs）因其独特和优越的多样性纳米酶特性，在地球生命起源的MN-酶家谱中参与并发挥了关键作用。虽然游离的AuNPs可能无法存在于最初的原始汤中（因为它们很难在没有有机分子表面涂层的情况下稳定存在），但在硫醇和胺等小分子（由其他MN-酶）产生并在某些位点富集后，可使其存活并在一定场景中发挥关键作用。图3显示的是地球生命起源中MN-酶的可能化学起源路线和进化家谱。

为便于读者更好理解该假说，Box 1 总结了假设的几个关键要点。尤为重要的，在该假设框架下，由于MN-酶种类及其催化性能的多样性、以及MN-酶自身的多种物理和化学关键作用，蛋白质、DNA和RNA可以在某个阶段几乎同时形成（已有初步证据和迹象，见原文）。此外，为了从物理和化学的角度更好地理解生命起源的基本要素与原理，作者进一步提出了地球生命起源中生命分子自然选择和生存的四个基本要素和条件，如Box 2所示，即干湿循环和分子两亲性、自组装和自组织、催化和原酶活性、配对共生和稳定。

除了纳米酶方面，作者还在文章中简要科学地讨论了纳米酶假说框架下，地球生命起源主题密切相关的几个基本和关键问题，如：水悖论及地球表面微-纳结构与独特的水的理化性质/干-湿交替水环境的重要性；生命初期的分子合作与共同进化；以及更多关于生命起源(包括生物分子手性起源)的物理贡献与独特见解。作者希望本文提出的纳米酶假说有助于澄清长期以来对地球生命起源各种假说的质疑与悖论、并助益最终揭开地球生命起源之谜；同时推动纳米酶在生命起源主题和方向的科学研究。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.1025