最終更新日: 2025 年 9 月 11 日

原始的なスープ: 陸生生物の化学ゆりかご

スタンレー・ミラー・エクスペリエンス — *有機分子が豊富な原始的な海洋の芸術的表現。画像出典:astronoo.com*

起源と定義

という仮説原始スープは、炭素分子が豊富な水性混合物がプレバイオティクス化学の開始媒体を構成すると提案しています。 1924年から、アレクサンドル・オパリン（1894-1980）そして独立して、ジョン・ホールデーン(1892-1964) は、初期の地球には CH\(_4\)、NH\(_3\)、H\(_2\)、H\(_2\)O などの化合物が太陽からの紫外線や放電の下で反応できる還元環境があったと示唆しました。

創業の経験

1953年に、スタンリー・ミラー(1930-2007) およびハロルド・ユーリー(1893-1981) は、原始大気を模倣した閉鎖系内で、放電の作用下でアミノ酸が合成できることを実証しました。この象徴的な実験は、今でも研究のマイルストーンです。プレバイオティクスプロセス。

物理的および熱力学的制約

複雑な分子の生成では、熱力学の第 2 法則を尊重する必要があります。局所的に分子の温度を下げるには、外部エネルギーの流れが必要です。エントロピ。熱水噴出孔付近の温度勾配、または大気中の落雷がこの流れをもたらした可能性があります。分子が粘土や鉱物の細孔に閉じ込められることに伴う局所的な濃度は、均一に希釈された海洋よりもはるかに高い閾値に達し、化学反応を促進したと考えられます。

注： :
L'エントロピは、システムがアクセスできる微視的な状態の数を反映する熱力学量であり、孤立したシステムでは、総エントロピーは増加するだけです。原始的なスープでは、外部エネルギー源が全体のエントロピーの増加を補う場合にのみ、複雑な化学反応が自発的に進行します。言い換えれば、熱力学の第 2 法則を尊重しながら局所的な秩序を維持するには、エネルギー (UV、雷、温度勾配) の供給が必要です。 \(\Delta S_\text{universe} > 0\)。

単純な分子から複雑なシステムへ: 原始スープの起源

海原始スープに関する主な仮説と実験
仮説・実験	提案	年	参考・コメント
オパーリン & ホールデン	還元性雰囲気と有機物の蓄積	1924 / 1929	オパリン A.I.、1924 年 / ハルダン J.B.S.、1929 年。基礎仮説。
ミラー・ユーリーの実験	還元性混合物からの放電下でのアミノ酸の合成	1953年	ミラー S.、ユーリー H.、科学1953 — プレバイオティクス合成の実験的実証。
熱水噴出孔（地表・海底）	熱勾配および化学勾配 > ミネラルによって触媒される反応	1980年代～現在	Wachtershauser G. (代謝表面)、熱水噴出孔に関する研究。エネルギーと触媒作用を提供します。
RNAワールド（RNAワールド）	RNAはタンパク質やDNAに先行し、触媒および情報伝達体として機能します。	1960 年代～1980 年代	リボザイムの発見によって仮説が裏付けられる - インビトロで部分的な自己複製が可能。
脂質の世界 / プロトセル	脂質集合体は、濃縮と進化を促進するコンパートメント (小胞) を形成します。	1990年代～現在	自発的な小胞形成と機能性分子のカプセル化を示す実験。
パンスペルミア / 体外からの摂取	隕石、彗星、塵によってもたらされる有機分子（または生物）	20世紀。 - ここ	アミノ酸と有機化合物を示す炭素質隕石 (Murchison) の分析。
衝撃とプラズマによる合成	衝撃衝撃、プラズマ、フラッシュ加熱 > 有機化合物の迅速な合成	1990年代～現在	衝撃実験とモデリングは、有機前駆体の合成と変換を引き起こします。
鉱物表面の光化学	UV + ミネラル (粘土、硫化物) が分子の合成と保護を触媒します。	2000年代～現在	酸化物および粘土に対する光触媒作用。濃度と分子配向に対する表面の役割。
冷凍マトリックス / 「コールドオリジン」	氷中の前駆体（氷のマトリックス、彗星）の反応と保存	1970年代～現在	低温での保存と反応。加水分解速度の低下、モノマーの保護。
表面代謝 (Wachtershauser)	硫化鉄の表面化学 > プロト触媒代謝経路	1988 年～現在	Wachtershauser G.、原始的な代謝経路の構築につながる表面化学モデル。

出典と推奨読書:科学、自然、マーチソン隕石の分析、G. Wachtershauser の記事、RNA の世界に関するレビュー、および Miller-Urey の実験研究。

原始的なスープ: 陸生生物の化学ゆりかご

起源と定義

創業の経験

物理的および熱力学的制約

単純な分子から複雑なシステムへ: 原始スープの起源

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