科学上最大的问题之一是生命如何首次在地球上出现。研究人员普遍认为，首批生物聚合物及其构建块的出现标志着生命起源（OoL）的关键一步。然而，科学家们依然不知道如何一组史前惰性化学物质（气体）转变为第一个生物系统。这一谜团难以解决，因为导致生命的完整事件序列无法被直接观察，并且极具挑战性地重建。在过去的一个世纪里，科学家提出了无数假设，其中大多数围绕着地球或太空中的化学演变进行。然而，每种解释都有其局限性，通常依赖于特定的实验发现和/或理论假设。几个众所周知的模型试图解释（陆地）化学的生命起源，包括代谢优先世界（FeS世界）、锌世界、硫酯世界、RNA世界和脂质世界。虽然每种模型提供了有价值的见解，但没有一种能够完整解释生命如何从非生命物质中出现。没有任何单一理论成功地将这一过程的所有方面整合成一个统一和令人信服的情景。一个围绕纳米酶构建的新框架 为了解决这一挑战，中国深圳大学生物医学工程学院的金永东教授提出了关于地球生命起源的“纳米酶假说”。该假说认为，原始自然矿物纳米酶（MN酶）以及后来的有机小分子杂化纳米酶，在生命的出现和演化中发挥了关键作用。根据这一理念，这些材料在生命发展的最早阶段特别重要，帮助从非生命物质中生成首批生物相关的分子。在原始地球条件下，MN酶可能通过化学（和物理）过程的结合，逐渐将史前惰性化学物质（气体）转变为越来越复杂的分子。作者提出，这一转变主要通过被描述为“无机光合作用”的过程发生。早期化学演变中的多重角色 纳米酶假说为自然MN酶分配了几种重要功能。这些包括（a）催化，（b）表面结合/限制，（c）抗紫外线辐射，（d）（光）选择，以及（e）能量流管理。通过承担这些角色，MN酶可能利用光、热和电等自然能源影响早期的化学反应。该假说进一步提出，它们帮助将能量转化为存储在分子（和实体）中的分子信息，这些信息可以被读取、写入和复制。这些能力被认为是生命系统出现的必备前提。地球作为一个巨大的自然实验室 该假说将地球自身视为能够在严酷的原始条件下逐渐从最初的全无机环境中产生有机世界的地方，这一想法与早期的自生物理论有广泛的一致性。根据这一框架，地球作为一个自然的“全方位”化学实验室，运行了数亿年的时间。整个星球的自然压力梯度和温度梯度（从地幔到地壳），特别是在活火山和地热温泉附近，可能提供了理想的条件，进行高温/高压岩浆反应和热液反应。这些环境能够产生最早的MN酶，包括金属/贵金属、金属氧化物和硫化物纳米颗粒。值得注意的是，今天在实验室中广泛使用类似的方法来合成人工纳米酶。经过数十亿年，这一原始的MN酶集合可能慢慢演变、更新和变得愈加复杂。其中一些甚至可能被纳入了生物体内。根据该假说，这一过程促进了矿物的演变和环境的逐步变化，从而改善了有机分子和原始生命的生存与发展条件。地球上的丰富矿物纳米颗粒 矿物纳米颗粒已经广泛存在于地球的自然环境中。每年，这些颗粒有成千上万的太克（1太克=10^12克）在生态系统中循环。一些纳米颗粒具有自然的酶样活性，因此被归类为MN酶。这些材料在海洋、水体、大气和土壤中被发现，在环境生物地球化学循环中发挥着重要作用。最近的发现也表明，自然可能比以前认为的更容易产生MN酶。研究表明，纳米颗粒可以通过在带电水微滴中自然矿物的风化或在紫外线辐射下自发形成。阳光和闪电可能进一步提供了支持大规模纳米酶合成所需的光催化和电催化条件。