Nguồn gốc sự sống

Các dạng sống được biết đến sớm nhất trên Trái đất là các vi sinh vật hóa thạch giả định, được tìm thấy trong các kết tủa thủy nhiệt, có thể tồn tại từ 4,28 tỷ năm trước, tương đối sớm sau khi các đại dương hình thành 4,41 tỷ năm trước và không lâu sau khi hình thành Trái đất 4,54 tỷ năm trước.

Nguồn gốc của sự sống (abiogenesis), là quá trình tự nhiên mà sự sống phát sinh từ vật chất không sống, chẳng hạn như các hợp chất hữu cơ đơn giản. Mặc dù các chi tiết của quá trình này vẫn chưa được biết, giả thuyết khoa học phổ biến là sự chuyển đổi từ các thực thể không sống sang các thực thể sống không phải là một sự kiện đơn lẻ, mà là một quá trình tăng dần độ phức tạp liên quan đến việc tự sao chép phân tử, tự lắp ráp, tự sinh và sự xuất hiện của màng tế bào. Mặc dù sự xuất hiện của nguồn gốc sự sống là không gây tranh cãi giữa các nhà khoa học, nhưng không có mô hình duy nhất được chấp nhận cho nguồn gốc của sự sống, và bài viết này trình bày một số nguyên tắc và giả thuyết về cách nguồn gốc sự sống có thể xảy ra.

Các nhà nghiên cứu nghiên cứu nguồn gốc sự sống thông qua sự kết hợp của sinh học phân tử, cổ sinh vật học, sinh vật học, hải dương học, sinh lý học, địa hóa học và hóa sinh, và nhằm mục đích xác định các phản ứng hóa học trước khi có sự sống đã tạo ra sự sống như thế nào. Nghiên cứu về nguồn gốc sự sống có thể là địa vật lý, hóa học hoặc sinh học, với các phương pháp gần đây hơn đang cố gắng tổng hợp cả ba môn khoa học trên, khi sự sống nảy sinh trong những điều kiện khác biệt so với những điều kiện trên Trái đất ngày nay. Sự sống hoạt động thông qua hoạt động hóa học chuyên biệt của carbon và nước và xây dựng phần lớn dựa trên bốn họ hóa chất chính: lipit (thành tế bào mỡ), carbohydrat (đường, cellulose), axit amin (chuyển hóa protein) và axit nucleic (DNA và RNA tự sao chép). Bất kỳ lý thuyết thành công của nguồn gốc sự sống phải giải thích nguồn gốc và tương tác của các lớp phân tử này. Nhiều phương pháp tiếp cận nguồn gốc sự sống điều tra làm thế nào các phân tử trên tự sao chép, hoặc các thành phần của chúng ra đời như thế nào. Các nhà nghiên cứu thường nghĩ rằng cuộc sống hiện tại trên Trái đất bắt nguồn từ một thế giới RNA, mặc dù cuộc sống dựa trên RNA có thể không phải là sự sống đầu tiên tồn tại.

Thí nghiệm Urey-Miller cổ điển năm 1952 và các nghiên cứu tương tự đã chứng minh rằng hầu hết các axit amin, thành phần hóa học của protein được sử dụng trong tất cả các sinh vật sống, có thể được tổng hợp từ các hợp chất vô cơ trong các điều kiện mô phỏng trạng thái của Trái đất sơ khai. Các nhà khoa học đã đề xuất các nguồn năng lượng bên ngoài khác nhau có thể đã kích hoạt các phản ứng này, bao gồm sét và bức xạ. Các cách tiếp cận khác (giả thuyết "trước tiên về trao đổi chất" tập trung vào việc tìm hiểu cách xúc tác trong các hệ thống hóa học trên Trái đất sơ khai có thể đã cung cấp các phân tử tiền chất cần thiết cho quá trình tự sao chép. Các phân tử hữu cơ phức tạp xuất hiện trong Hệ Mặt trời và trong không gian giữa các vì sao, và các phân tử này có thể đã cung cấp nguyên liệu ban đầu cho sự phát triển của sự sống trên Trái đất.

Hóa sinh của sự sống có thể đã bắt đầu ngay sau Vụ Nổ Lớn, 13,8 tỷ năm trước, trong một kỷ nguyên có thể ở được khi tuổi của vũ trụ chỉ còn 10 đến 17 triệu năm. Giả thuyết panspermia cho thấy sự sống siêu nhỏ được bụi vũ trụ, thiên thạch, tiểu hành tinh và các vật thể trong Hệ Mặt trời nhỏ khác đưa đến Trái Đất sơ khai và sự sống có thể tồn tại trong vũ trụ. Giả thuyết panspermia cho rằng sự sống bắt nguồn từ bên ngoài Trái Đất, nhưng không giải thích dứt khoát về nguồn gốc của nó.

Tuy nhiên, Trái đất vẫn là nơi duy nhất trong vũ trụ được biết đến với sự sống, và bằng chứng hóa thạch từ Trái đất tạo điều kiện hầu hết các nghiên cứu về nguồn gốc sự sống. Tuổi của Trái đất là khoảng 4,54 tỷ năm; bằng chứng không thể chối cãi sớm nhất về sự sống trên Trái đất có từ ít nhất 3,5 tỷ năm trước, và có thể sớm nhất là từ kỷ Đại Tiền Thái cổ (từ 3,6 đến 4,0 tỷ năm trước đây), sau khi lớp vỏ địa chất bắt đầu hóa cứng sau Hadean Eon nóng chảy. Vào tháng 5 năm 2017, các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng có thể về sự sống ban đầu trên đất liền ở geyserite 3,48 tỷ năm tuổi và các mỏ khoáng sản liên quan khác (thường được tìm thấy xung quanh suối nước nóng và mạch nước phun) được phát hiện ở Pilbara Craton, Tây Úc. Tuy nhiên, một số khám phá cho thấy sự sống có thể đã xuất hiện trên Trái đất thậm chí sớm hơn. Tính đến năm 2017, microfossils, hoặc các vi sinh vật hóa thạch, trong các kết tủa thủy nhiệt với tuổi từ 3,77 đến 4,28 tỷ năm tuổi được tìm thấy ở Quebec, trong các hòn đá Canada có thể chứa đựng kỷ lục sống lâu đời nhất trên Trái Đất, cho thấy sự sống bắt đầu ngay sau khi hình thành đại dương 4,4 tỷ năm trước. Theo nhà sinh vật học Stephen Blair Hedges, "Nếu sự sống phát sinh tương đối nhanh trên Trái Đất thì nó có thể phổ biến trong vũ trụ".

Sách tham khảo

• Altermann, Wladyslaw (2009). “Introduction: A Roadmap to Fata Morgana?”. Trong Seckbach, Joseph; Walsh, Maud. From Fossils to Astrobiology: Records of Life on Earth and the Search for Extraterrestrial Biosignatures. Cellular Origin, Life in Extreme Habitats and Astrobiology 12. Dordrecht, the Netherlands; London: Springer Science+Business Media. ISBN 978-1-4020-8836-0. LCCN 2008933212. 
• Bada, Jeffrey L.; Lazcano, Antonio (2009). “The Origin of Life”. Trong Ruse, Michael; Travis, Joseph. Evolution: The First Four Billion Years. Foreword by Edward O. Wilson. Cambridge: Belknap Press of Harvard University Press. ISBN 978-0-674-03175-3. LCCN 2008030270. OCLC 225874308. 
• Barton, Nicholas H.; Briggs, Derek E.G.; Eisen, Jonathan A. và đồng nghiệp (2007). Evolution. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 978-0-87969-684-9. LCCN 2007010767. OCLC 86090399. 
• Bastian, H. Charlton (1871). The Modes of Origin of Lowest Organisms. London; New York: Macmillan and Company. LCCN 11004276. OCLC 42959303. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2015. 
• Bernal, J.D. (1951). The Physical Basis of Life. London: Routledge & Kegan Paul. LCCN 51005794. 
• Bernal, J.D. (1960). “The Problem of Stages in Biopoesis”. Trong Florkin, M. Aspects of the Origin of Life. International Series of Monographs on Pure and Applied Biology. Oxford, UK; New York: Pergamon Press. ISBN 978-1-4831-3587-8. LCCN 60013823. 
• Bernal, J.D. (1967) [Reprinted work by A.I. Oparin originally published 1924; Moscow: The Moscow Worker]. The Origin of Life. The Weidenfeld and Nicolson Natural History. Translation of Oparin by Ann Synge. London: Weidenfeld & Nicolson. LCCN 67098482. 
• Bock, Gregory R.; Goode, Jamie A. biên tập (1996). Evolution of Hydrothermal Ecosystems on Earth (and Mars?). Ciba Foundation Symposium 202. Chichester, UK; New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-96509-1. LCCN 96031351. 
• Bondeson, Jan (1999). The Feejee Mermaid and Other Essays in Natural and Unnatural History. Ithaca, NY: Cornell University Press. ISBN 978-0-8014-3609-3. LCCN 98038295. 
• Bryson, Bill (2004). A Short History of Nearly Everything. London: Black Swan. ISBN 978-0-552-99704-1. OCLC 55589795. 
• Calvin, Melvin (1969). Chemical Evolution: Molecular Evolution Towards the Origin of Living Systems on the Earth and Elsewhere. Oxford, UK: Clarendon Press. ISBN 978-0-19-855342-7. LCCN 70415289. OCLC 25220. 
• Chaichian, Masud; Rojas, Hugo Perez; Tureanu, Anca (2014). “Physics and Life”. Basic Concepts in Physics: From the Cosmos to Quarks. Undergraduate Lecture Notes in Physics. Berlin; Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-642-19597-6. LCCN 2013950482. OCLC 900189038. doi:10.1007/978-3-642-19598-3_12. 
• Chang, Thomas Ming Swi (2007). Artificial Cells: Biotechnology, Nanomedicine, Regenerative Medicine, Blood Substitutes, Bioencapsulation, and Cell/Stem Cell Therapy. Regenerative Medicine, Artificial Cells and Nanomedicine 1. Hackensack, NJ: World Scientific. ISBN 978-981-270-576-1. LCCN 2007013738. OCLC 173522612. 
• Dalrymple, G. Brent (2001). “The age of the Earth in the twentieth century: a problem (mostly) solved”. Trong Lewis, C.L.E.; Knell, S.J. The Age of the Earth: from 4004 BC to AD 2002. Geological Society of London, Special Publications. Geological Society Special Publication 190 (1) (London: Geological Society of London). tr. 205–221. Bibcode:2001GSLSP.190..205D. ISBN 978-1-86239-093-5. LCCN 2003464816. OCLC 48570033. doi:10.1144/gsl.sp.2001.190.01.14. 
• Darwin, Charles (1887). Darwin, Francis, biên tập. The Life and Letters of Charles Darwin, Including an Autobiographical Chapter 3 (ấn bản 3). London: John Murray. OCLC 834491774. 
• Davies, Geoffrey F. (2007). “Chapter 2.3 Dynamics of the Hadean and Archaean Mantle”. Trong van Kranendonk, Martin J.; Smithies, R. Hugh; Bennett, Vickie C. Earth's Oldest Rocks. Developments in Precambrian Geology 15. Amsterdam; Boston: Elsevier. tr. 61–73. ISBN 978-0-444-52810-0. LCCN 2009525003. doi:10.1016/S0166-2635(07)15023-4. 
• Davies, Paul (1999). The Fifth Miracle: The Search for the Origin of Life. London: Penguin Books. ISBN 978-0-14-028226-9. 
• Dawkins, Richard (1996). The Blind Watchmaker . New York: W.W. Norton & Company. ISBN 978-0-393-31570-7. LCCN 96229669. OCLC 35648431. 
• Dawkins, Richard (2004). The Ancestor's Tale: A Pilgrimage to the Dawn of Evolution. Boston: Houghton Mifflin. ISBN 978-0-618-00583-3. LCCN 2004059864. OCLC 56617123. 
• Dobell, Clifford (1960) [Originally published 1932; New York: Harcourt, Brace & Company]. Antony van Leeuwenhoek and His 'Little Animals'. New York: Dover Publications. LCCN 60002548. 
• Dyson, Freeman (1999). Origins of Life . Cambridge, UK; New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-62668-2. LCCN 99021079.  Bảo trì CS1: Văn bản dư (link)
• Eigen, M.; Schuster, P. (1979). The Hypercycle: A Principle of Natural Self-Organization. Berlin; New York: Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-09293-5. LCCN 79001315. OCLC 4665354. 
• Fesenkov, V.G. (1959). “Some Considerations about the Primaeval State of the Earth”. Trong Oparin, A.I. và đồng nghiệp. The Origin of Life on the Earth. I.U.B. Symposium Series 1. Edited for the International Union of Biochemistry by Frank Clark and R.L.M. Synge . London; New York: Pergamon Press. ISBN 978-1-4832-2240-0. LCCN 59012060. Truy cập ngày 3 tháng 6 năm 2015.  International Symposium on the Origin of Life on the Earth (held at Moscow, 19–24 August 1957)
• Hazen, Robert M. (2005). Genesis: The Scientific Quest for Life's Origin. Washington, DC: Joseph Henry Press. ISBN 978-0-309-09432-0. LCCN 2005012839. OCLC 60321860. 
• Huxley, Thomas Henry (1968) [Originally published 1897]. “VIII Biogenesis and Abiogenesis [1870]”. Discourses, Biological and Geological. Collected Essays VIII . New York: Greenwood Press. LCCN 70029958. 
• Kauffman, Stuart (1993). The Origins of Order: Self-Organization and Selection in Evolution. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-507951-7. LCCN 91011148. OCLC 23253930. 
• Kauffman, Stuart (1995). At Home in the Universe: The Search for Laws of Self-Organization and Complexity. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-509599-9. LCCN 94025268. 
• Klyce, Brig (22 tháng 1 năm 2001). Kingsley, Stuart A.; Bhathal, Ragbir, biên tập. Panspermia Asks New Questions. The Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) in the Optical Spectrum III 4273. Bellingham, WA: SPIE. ISBN 0-8194-3951-7. LCCN 2001279159. doi:10.1117/12.435366. Truy cập ngày 9 tháng 6 năm 2015.  Proceedings of the SPIE held at San Jose, CA, 22–24 January 2001
• Lane, Nick (2009). Life Ascending: The 10 Great Inventions of Evolution (ấn bản 1). New York: W.W. Norton & Company. ISBN 978-0-393-06596-1. LCCN 2009005046. OCLC 286488326. 
• Lankenau, Dirk-Henner (2011). “Two RNA Worlds: Toward the Origin of Replication, Genes, Recombination and Repair”. Trong Egel, Richard; Lankenau, Dirk-Henner; Mulkidjanian, Armen Y. Origins of Life: The Primal Self-Organization. Heidelberg: Springer. ISBN 978-3-642-21624-4. LCCN 2011935879. OCLC 733245537. doi:10.1007/978-3-642-21625-1. 
• Lennox, James G. (2001). Aristotle's Philosophy of Biology: Studies in the Origins of Life Science. Cambridge Studies in Philosophy and Biology. Cambridge, UK; New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-65976-5. LCCN 00026070. 
• Michod, Richard E. (1999). Darwinian Dynamics: Evolutionary Transitions in Fitness and Individuality. Princeton, NJ: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-02699-2. LCCN 98004166. OCLC 38948118. 
• Oparin, A.I. (1953) [Originally published 1938; New York: The Macmillan Company]. The Origin of Life. Translation and new introduction by Sergius Morgulis (ấn bản 2). Mineola, NY: Dover Publications. ISBN 978-0-486-49522-4. LCCN 53010161. 
• Orgel, Leslie E. (1987). “Evolution of the Genetic Apparatus: A Review”. Evolution of Catalytic Function. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology 52. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. tr. 9–16. ISBN 978-0-87969-054-0. OCLC 19850881. doi:10.1101/SQB.1987.052.01.004.  "Proceedings of a symposium held at Cold Spring Harbor Laboratory in 1987"
• Raven, Peter H.; Johnson, George B. (2002). Biology (ấn bản 6). Boston: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-112261-0. LCCN 2001030052. OCLC 45806501. 
• Ross, Alexander (1652). Arcana Microcosmi. Book II. London. Truy cập ngày 7 tháng 7 năm 2015. 
• Shapiro, Robert (1987). Origins: A Skeptic's Guide to the Creation of Life on Earth. Toronto; New York: Bantam Books. ISBN 978-0-553-34355-7. 
• Sheldon, Robert B. (22 tháng 9 năm 2005). Hoover, Richard B.; Levin, Gilbert V.; Rozanov, Alexei Y. và đồng nghiệp, biên tập. Historical Development of the Distinction between Bio- and Abiogenesis (PDF). Astrobiology and Planetary Missions 5906. Bellingham, WA: SPIE. ISBN 978-0-8194-5911-4. LCCN 2005284378. doi:10.1117/12.663480. Truy cập ngày 13 tháng 4 năm 2015.  Proceedings of the SPIE held at San Diego, CA, 31 July–2 August 2005
• Tyndall, John (1905) [Originally published 1871; London; New York: Longmans, Green & Co.; D. Appleton and Company]. Fragments of Science 2 (ấn bản 6). New York: P.F. Collier & Sons. OCLC 726998155. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2015. 
• Vartanian, Aram (1973). “Spontaneous Generation”. Trong Wiener, Philip P. Dictionary of the History of Ideas IV. New York: Charles Scribner's Sons. ISBN 978-0-684-13293-8. LCCN 72007943. 
• Voet, Donald; Voet, Judith G. (2004). Biochemistry 1 (ấn bản 3). New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-19350-0. LCCN 2003269978. 
• Woodward, Robert J. biên tập (1969). Our Amazing World of Nature: Its Marvels & Mysteries. Pleasantville, NY: Reader's Digest Association. ISBN 978-0-340-13000-1. LCCN 69010418. 
• Yarus, Michael (2010). Life from an RNA World: The Ancestor Within. Cambridge, MA: Harvard University Press. ISBN 978-0-674-05075-4. LCCN 2009044011. 
• Arrhenius, Gustaf O.; Sales, Brian C.; Mojzsis, Stephen J. và đồng nghiệp (21 tháng 8 năm 1997). “Entropy and Charge in Molecular Evolution – the Case of Phosphate” (PDF). Journal of Theoretical Biology 187 (4): 503–522. PMID 9299295. doi:10.1006/jtbi.1996.0385. 
• Cavalier-Smith, Thomas (tháng 6 năm 2006). “Cell evolution and Earth history: stasis and revolution”. Philosophical Transactions of the Royal Society B 361 (1470): 969–1006. PMC 1578732. PMID 16754610. doi:10.1098/rstb.2006.1842. 
• Fernando, Chrisantha T.; Rowe, Jonathan (7 tháng 7 năm 2007). “Natural selection in chemical evolution”. Journal of Theoretical Biology 247 (1): 152–167. PMID 17399743. doi:10.1016/j.jtbi.2007.01.028. 
• Gross, Michael (19 tháng 12 năm 2016). “How life can arise from chemistry”. Current Biology 26 (24): R1247–R1249. doi:10.1016/j.cub.2016.12.001. 
• Horgan, John (tháng 2 năm 1991). “In the Beginning..”. Scientific American 264 (2): 116–125. Bibcode:1991SciAm.264b.116H. doi:10.1038/scientificamerican0291-116. 
• Ignatov, Ignat; Mosin, Oleg V. (2013). “Modeling of Possible Processes for Origin of Life and Living Matter in Hot Mineral and Seawater with Deuterium”. Journal of Environment and Earth Science 3 (14): 103–118. Truy cập ngày 29 tháng 6 năm 2015. 
• Jortner, Joshua (tháng 10 năm 2006). “Conditions for the emergence of life on the early Earth: summary and reflections”. Philosophical Transactions of the Royal Society B 361 (1474): 1877–1891. PMC 1664691. PMID 17008225. doi:10.1098/rstb.2006.1909. 
• Klotz, Irene (24 tháng 2 năm 2012). “Did Life Start in a Pond, Not Oceans?”. Discovery News (Silver Spring, MD: Discovery Communications). Truy cập ngày 29 tháng 6 năm 2015. 
• NASA Astrobiology Institute: Harrison, T. Mark; McKeegan, Kevin D.; Mojzsis, Stephen J. “Earth's Early Environment and Life: When did Earth become suitable for habitation?”. Bản gốc lưu trữ ngày 17 tháng 2 năm 2012. Truy cập ngày 30 tháng 6 năm 2015. 
• NASA Specialized Center of Research and Training in Exobiology: Arrhenius, Gustaf O. (11 tháng 9 năm 2002). “Arrhenius”. Bản gốc lưu trữ ngày 21 tháng 12 năm 2007. Truy cập ngày 30 tháng 6 năm 2015. 
• “The physico-chemical basis of life”. What is Life. Spring Valley, CA: Lukas K. Buehler. Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2005. 
• Pitsch, Stefan; Krishnamurthy, Ramanarayanan; Arrhenius, Gustaf O. (6 tháng 9 năm 2000). “Concentration of Simple Aldehydes by Sulfite-Containing Double-Layer Hydroxide Minerals: Implications for Biopoesis”. Helvetica Chimica Acta 83 (9): 2398–2411. PMID 11543578. doi:10.1002/1522-2675(20000906)83:9<2398::AID-HLCA2398>3.0.CO;2-5. 
• Pons, Marie-Laure; Quitté, Ghylaine; Fujii, Toshiyuki và đồng nghiệp (25 tháng 10 năm 2011). “Early Archean Serpentine Mud Volcanoes at Isua, Greenland, as a Niche for Early Life”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108 (43): 17639–17643. Bibcode:2011PNAS..10817639P. PMC 3203773. PMID 22006301. doi:10.1073/pnas.1108061108. 
• Russell, Michael J.; Hall, A.J.; Cairns-Smith, Alexander Graham và đồng nghiệp (10 tháng 11 năm 1988). “Submarine hot springs and the origin of life”. Nature 336 (6195): 1569–1572. Bibcode:1988Natur.336..117R. doi:10.1038/336117a0. 
• Shock, Everett L. (25 tháng 10 năm 1997). “High-temperature life without photosynthesis as a model for Mars” (PDF). Journal of Geophysical Research 102 (E10): 23687–23694. Bibcode:1997JGR...10223687S. doi:10.1029/97je01087.