生活实质的短暂场景
一旦接受了生命源于物质实体之间有组织关系的动态信息处理，就有必要确定这些实体是什么以及它们如何组合在一起。正如我们所知，生命源于四个明确的操作：分隔，新陈代谢，操纵和记忆。前两种操作主要由小分子（碳基和包含几十个原子）进行，而后两种由大分子（核酸和蛋白质，由有限数量的结构单元构成）进行。对于这些操作，我们必须添加两个基本定律，互补性及其主要后果，编码（只是提出作为生命的关键）。
制作细胞
区室
生命的原子是细胞，细胞产生细胞：“omnis cellula e cellula” [10]。与该视图相关的明显功能是单元格在内部和外部之间分离。1935年，James Danielli向Hugh Davson提出，该实施方案是通过形成由两亲脂质分子制成的双层来实现的[11]。这个过程是熵驱动的（生命属于物理学，它不是与热力学第二原理的斗争），利用水分子的全球分布作为驱动力，将脂质分配成细胞样结构（种类繁多，甚至在细菌中[12]）。膜还含有蛋白质作为必需成分。理解蛋白质与膜脂质相互作用的方式花了很长时间，而我们在该领域的知识还远未完成。存在许多描述操作的模型（包括关于双层的不对称性，其局部变化和脂筏的想法）。探索蛋白质插入膜的方式的工作是一个蓬勃发展的研究领域[13]。
膜具有多种功能，如运输，传感，保护或支撑运动。它们还通过离子的矢量传输（通常是质子）参与能量产生。能量的运输和管理意味着在细胞内部和外部之间建立的电化学梯度的操纵（特别是与迷人的纳米运动ATP合成酶[14]）。膜组件老化和浪费：这意味着维护。最后，存在特定需要以允许分裂，而膜的作用在生长和非生长状态期间不同。前者意味着膜的结构功能。蛋白质是该功能的效应物，其关键操作是允许蛋白质插入膜内。
研究脂质囊泡自发进化的研究表明，它们分裂，融合，内化并形成复杂的内部网络[15]。除脂质外，多肽形成凝聚层，也允许区室化[16]。理解该过程的主要困难是膜蛋白必须在二维（2D）双层内折叠。这意味着在2D结构内管理构建和维持，而在细胞质中发展并产生膜及其蛋白质的构建块的代谢以三维（3D）表示。在两个区室中匹配合成并不是一件小事，因为相应合成速率的适当调整取决于合成化合物将占据的体积。值得注意的是，这种障碍在真核生物中更容易解决，而不是在原核生物中，它们的内质网是一种膜结构，在细胞质内折叠成Peano表面，从而解决了2D / 3D困境。[17]与肽代谢相结合。
最后，区室化的一个基本特征是更微妙的：细胞必须生出另一个细胞。这意味着它的包络容易受到增长和分裂的影响。总之，这种生命的早期关键功能与蛋白质的存在密不可分，或者至少与蛋白质相关的化学化合物不可分割。
代谢
生活不是一成不变的。我们在微生物孢子或植物种子中发现的休眠是生与死之间的中间状态。但只有当一系列有组织的动态过程 - 新陈代谢开始展开时，它才会与生命联系在一起。正如其希腊名称所暗示的，新陈代谢是一种（化学）通量状态。它驱动分子从较小的部分（合成代谢）构建，并将较大的分子分解成较小的部分（分解代谢），构建活机器的各个组件，以及运行它所需的能量。代谢遵循一个逻辑，这个逻辑解释了为什么保留了一小部分原子和分子的原因[18]。长话短说，生命的原子必须在宇宙中丰富，并在300 K水中形成稳定的共价键。为了携带尽可能多的信息，生命的基石必须能够聚合并形成大分子。同样，如果选择过程将大分子保留在特定隔室中，则可以通过熵增加在水中驱动。生命起源的表面代谢可能是利用这种无处不在的热力学特性的最简单方法。Samuel Granick很早就评论了过渡金属在生物过程中的重要作用。他进一步注意到，现存的新陈代谢是围绕着生物合成链发展起来的常见矿物组织的，这延伸了他对实验方法的看法[19]。。后来，Wächtershäuser对这一观点进行了改进，并提出铁硫中心是组织矿物[20]。尽管做了一些努力，但我们仍然缺乏实验，这会引发一种令人信服的新陈代谢矿物来源。缺乏实验证据可能是由于我们目前对表面代谢的反应是由碳化学驱动的，而如下所述，氮可用性问题可能是益生元情景的核心限制。作为必须考虑的化学约束，蛋白质，氨基酸的构建块根本不是随机收集的。在外太空中重复发现一个子集（例如甘氨酸，甚至在彗星中发现最小的氨基酸[21]和陨石含有丙氨酸和天冬氨酸以及许多其他常见的蛋白质氨基酸[22]。
已经提出了许多其他益生元化学方案。大多数都依赖于普遍存在的益生元汤的观点，它允许使用活性气体分子，如HCN或H 2 S，进一步被紫外线激活[23]。连续合成核糖将是一个难以解决的挑战，并且首次研究描述了阿拉伯糖氨基恶唑啉的可能情况。最近由同一作者及其同事[24]提出了合成核糖氨基恶唑啉的解决方案。。然而，尽管这些合成可能在相对温和的条件下与火山爆发的化合物一起运行，但它们仍然需要通过有利于聚合的熵驱动过程来补充。交替的干燥和湿润事件可能提供有效的机制，但这涉及表面以直接的方式。此外，将益生元过程与选择性步骤联系起来仍然是必要的，这些步骤仅保留将进一步发展成生物材料的化合物。表面再次是一种自然的前进方式。总之，最可能形成第一代谢途径的化合物是具有一至三个碳原子的带电化合物，氨基酸和多种肽或相关化合物，当然不是RNA [25]。
选择在水中具有显着亚稳态的磷酸盐作为表面附着基团和参与能量交换的第一单元[26]。交替干燥步骤之后是降雨或洪水导致磷酸盐部分在许多原始化合物上缩合。这些包括作为丝氨酸磷酸的丝氨酸和作为天冬氨酰磷酸酯保护免于环化的天冬氨酸（图1）。这产生了一系列带电代谢物，它们会粘附在表面上并相互接触，促进各种反应。生殖表面代谢的第一阶段易于产生肽的带电变体。在携带第一（基于）肽的代谢途径的矿物质中，人们发现铁硫簇（黄铁矿）[20]和多磷酸盐[27]。显然，选择的肽将是第一种益生元结构单元和化合物的一部分，表现出一系列混杂的催化活性。这包括水解自降解（蛋白水解）。有趣的是，这种活性不是在代谢的早期阶段反对无处不在的多肽存在，而是开启了抵抗蛋白水解作用的互补功能。这产生了必需的选择性步骤，其利用有限的稳定活性肽和衍生化合物的子集来富集代谢途径。最后，表面选择倾向于有利于特定的空间形状。对称是一种不稳定的条件，对称性破坏了规则[28]。必须打破建筑聚合物的氨基酸选择，正如我们必须在右侧或左侧驾驶以防止碰撞或交通拥堵。任何意外的局部富集特定形状都会破坏对称性。这种偶然的选择直接解释了蛋白质中一类立体异构体L-氨基酸的普遍存在。
值得注意的是，大多数辅酶 - 代谢的必需效应物，其存在是任何可能的起源情形的先决条件 - 今天由简单的碳分子和氨基酸合成。其中，4'-磷酸泛酰巯基乙胺（与泛酸盐缩合的半胱氨酸，缬氨酸合成的衍生物和作为带电基团的磷酸盐）具有在巯基催化位点之间运输各种硫酯底物的摆臂的显着作用（图2）。它很可能参与其自身的合成以及涉及酰基的各种化合物（脂质，对于区室化至关重要[29]），如今在脂肪酸合成中的各种（异）肽，非核糖体多肽和聚酮化合物[30]。Segré及其同事以令人信服的方式记录了硫酯在原始代谢中的参与，早于磷酸盐的系统输入[31]。可能由这种摆臂硫酯依赖性催化产生的其他辅酶可能是核苷酸的前体，核酸是核酸的基本构件。事实上，现存的核苷酸生物合成（基于嘌呤和嘧啶碳 - 氮芳族杂环）基于在核苷酸前体核心中掺入氨基酸。嘧啶核苷酸生物合成使用天冬氨酸并将普遍存在的分子，水，二氧化碳，铵和磷酸盐结合在一起（形成氨基甲酰磷酸，也是精氨酸的前体，在益生元代谢的最初步骤中不存在氨基酸），而嘌呤生物合成结合甘氨酸和天冬氨酸，与核糖的磷酸化衍生物一起。
这些途径开启了一项重大的化学挑战。核糖是一种非常不稳定的代谢物。任何在生命起源上推进核苷酸（甚至更多RNA）的情况都应该能够解释这种分子的稳定合成。顺便说一句，这也强烈反对涉及高温的起源，因为热量大大增加了核糖的不稳定性[32]。关于核糖晚期出现的另一个论点是：合成代谢的糖基本上是D-异构体类型。这是由于早期基本过程中涉及与L-氨基酸竞争的选择性进化[33]。因此，我们可以相当确信核糖和核苷酸在基于（iso）肽的代谢之后出现是常见的。
诸如蝶呤和核黄素的辅助因子普遍存在于生物体中。这些必需化合物的前体可以通过硫酯摆臂途径合成并被多磷酸磷酸化。值得注意的是，在活细胞中，这些途径将嘌呤和嘧啶之间的相互转换联系起来[34,35]。此外，富氮中间体5-氨基-6-（D-核糖基氨基）尿嘧啶包含通常在益生元条件下发现的结构单元。一旦被磷酸化（如前所述，通过干和湿条件的交替），该分子将被还原成含有5-磷酸氨基氨基的化合物。简单的步骤最终会在焦磷酸盐存在下浓缩甲酸盐，导致磷酸化的鸟苷，而不需要事先合成核糖。唯一的具体要求是某些催化作用允许氧化还原反应（这是细胞代谢的一般要求，涉及许多代谢步骤，即使不是不可能，仅使用RNA来实现也是困难的）。作为结果，图3）。这种情况当然是一个大胆的猜想，但它说明了基于硫酯活性[36]和表面结合摆臂的合成如何产生多种代谢物。