现在我们可以提供一些关于两个地球物理条件的更多细节,这两个地球物理条件已被提议作为有利于生命起源的替代地点。水热通风口于1977年被发现[6]并很快被提议成为生命开始的可能场所[7-10]。当海水与由大洋中脊下面的岩浆加热的岩石接触时,会产生被称为黑烟囱的热液喷口。热水溶解岩石中的矿物成分,然后通过海底出现,矿物溶质从溶液中排出,形成特征烟囱,发出沉淀的金属硫化物颗粒的黑烟。
2001年发现了第二种类型的热液喷口[11],它不依赖于火山活动。相反,当海水与海底橄榄岩中的矿物成分发生反应时形成这种过程,这一过程称为蛇纹石化。该反应产生氢气和饱和碳酸盐的强碱性(pH 9-11)热介质。当温暖的流体接触较冷的海水时,碳酸钙和其他矿物质沉淀形成白色的烟囱结构。
溶解在碱性排出流体中的氢气是降低能量的潜在来源。某些微生物已经为此目的使用氢,因此热液排泄假说提出,在益生元土壤上氢可能会将二氧化碳减少为有机化合物,然后将其纳入原始代谢[12]。莱恩和马丁[13]注意到碱性排气矿物具有多孔结构,可以作为具有矿物膜作为边界的细胞区室。假设膜可以将强碱性介质与温和酸性的Hadean海水分开,这表明原始形式的化学能量转换可能为原始生命形式提供化学能。Weiss等。[14]使用排气微生物的基因组分析来测试最后一个普遍共同祖先(LUCA)可能起源于热液喷口的可能性。
Huber和Wächtershäuser [15,16]对用于热液喷口的铁硫化学进行了测试,他们用加入各种反应物的铁和硫化镍的沸腾混合物模拟排放条件。他们报道了在这些条件下可以合成乙酸,氨基酸和肽键,并声称“这些结果支持了化学自养的生命起源理论,具有CO驱动的,(Fe,Ni)S依赖的原始代谢。 ”
最近Herschy等人。[17]通过将磷酸钾,硅酸钠和硫化钠(pH 11)溶液注入氯化亚铁,碳酸氢钠和氯化镍(pH 5)的第二溶液中来模拟水热排放条件。目的是确定在这些条件下是否可以还原二氧化碳(以10mM碳酸氢钠形式存在),并且它们能够检测到约50μM的甲酸。在碱性热液喷口的类似实验室模拟中,Burcar等人。[18]使用质谱法检测由培养基中循环的腺苷一磷酸产生的少量二聚体。
另一种假设:生命始于陆地淡水
虽然今天地球上的大部分水都是含盐的海水,但是一小部分(约1%)以淡水的形式存在,这些淡水是从海洋中蒸发出来的,并作为降水落在大陆陆块上。Hadean地球没有大陆,但可能有火山类似于火星上仍然可见的同一时代的火山。与这些岛屿有关的火山活动表明我们将其称为热液场的另一个热液场。冰岛是今天地球上的一个类似地点,有几个活跃的火山和相关的热液区,由降水提供,并以温泉和间歇泉活动为主。与热液喷口的单一岩石 - 水界面相比,热液场具有更复杂的三个界面阵列,其中矿物质,
波动的热液场假说已被用作聚合反应的模型,其中诸如氨基酸和单核苷酸的单体形成生物相关聚合物的肽键和酯键。蒸发和热能驱动聚合的想法是显而易见的,并且是多年前首次提出的[19]。拉哈夫和怀特[20]采用该方法并证明可以使用粘土作为催化剂生产肽键。随着RNA世界情景的出现,这种方法在很大程度上被抛弃了,这种情景提出了一种从解决方案开始的生命方式,而不是蒸发到干燥。然而,在水性介质中的聚合需要单体的化学活化,并且到目前为止还没有明显的机理可以发生活化。最近的研究已经将蒸发作为一种驱动聚合反应的方法[21,22]。
在这方面使用蒸发有几个优点。首先,简单地浓缩潜在的反应物会为可用于驱动缩合反应的系统增加显着的自由能[23]。此外,如果存在两亲化合物,它们可以在二维平面内组织和浓缩反应物,结果聚合得到增强[24,25]。
水热场假设已经在实验室模拟中进行了测试。例如,已经产生了肽键[26,27],并且已经显示干燥和再水化的循环驱动单核苷酸的聚合[22,28,29]。因为所得聚合物可以包封在脂质囊泡中,所以已经提出所得到的原始细胞是组合选择的候选者和进化的第一步[30]。