科學界最重大的問題之一是生命最初是如何在地球上出現的。研究人員普遍認為，第一個生物聚合物及其構建模塊的出現標誌著生命起源（OoL）的關鍵一步。然而，科學家們仍然不知道史前惰性化學物質（氣體）的集合是如何確切地轉變成第一個生命系統的。
這個謎團仍然難以解決，因為導致生命出現的完整事件序列無法直接觀察，且極難重現。在過去的一個世紀裡，科學家們提出了無數假說，其中大多數都集中在地球上或太空中發生的化學演化。然而，每種解釋都有其局限性，通常依賴於特定的實驗發現和/或理論假設。
幾個知名的模型試圖解釋（陸地的）化學生命起源，包括新陳代謝優先世界（FeS世界）、鋅世界、硫酯世界、RNA世界和脂質世界。雖然每個模型都提供了寶貴的見解，但沒有一個能完整解釋生命如何從非生命物質中出現。沒有一個單一的理論能夠成功地將該過程的所有方面整合到一個統一且令人信服的場景中。
圍繞納米酶構建的新框架
為了應對這一挑戰，中國深圳大學生物醫學工程學院的金永東教授提出了地球生命起源的「納米酶假說」。
該假說認為，原始的天然礦物納米酶（MN-zymes）以及後來的有機小分子混合納米酶，在生命出現和演化中起到了核心作用。根據這一觀點，這些材料在生命發展的最早階段尤為重要，有助於從無生命物質中產生第一個具有生物學意義的分子。
在原始地球條件下，MN-zymes 可能通過化學（和物理）過程的組合，逐漸將史前惰性化學物質（氣體）轉化為越來越複雜的分子。作者提出，這種轉化主要通過一種被描述為「無機光合作用」的過程發生。
早期化學演化的多重作用
納米酶假說賦予天然 MN-zymes 幾項重要功能。這些功能包括（a）催化、（b）表面結合/約束、（c）抗紫外線輻射、（d）（光）選擇和（e）能量流管理。
通過執行這些角色，MN-zymes 可能利用自然能量來源（如光、熱和電）影響了早期的化學反應。該假說進一步認為，它們有助於將能量轉化為儲存在分子（和實體）中的分子信息，這些信息可以被讀取、寫入和複製。這些能力被認為是生命系統出現的基本先決條件。
該假說將地球本身視為在惡劣的原始條件下，能夠在漫長的時間裡，從最初的全無機環境中逐漸產生有機世界的。這一觀點與早期的自然發生概念大致一致。
在這個框架下，地球充當了一個天然的「一體式」化學實驗室，在極長的時間尺度上運作。地球各處的自然壓力梯度和溫度梯度（從地幔到地殼），尤其是在活躍的火山和地熱溫泉附近，可能為高溫/高壓熔岩反應和熱液反應提供了理想條件。
這些環境可能產生了最早的 MN-zymes，包括金屬/貴金屬、金屬氧化物和硫化物納米粒子。值得注意的是，類似的方法今天在實驗室中廣泛用於合成人工納米酶。
經過數十億年的演變，這批原始的 MN-zymes 可能緩慢演化、自我更新，並變得越來越複雜。有些甚至可能被納入生物體內。根據該假說，這一過程促進了礦物演化和環境的逐步改變，從而改善了原始分子和早期生命的生存和發展條件。
地球上豐富的礦物納米粒子
礦物納米粒子已經廣泛分佈於地球的自然環境中。每年，數千特拉克（Tg）（1 Tg = 10^12 克）的這些粒子在生態系統中循環。有些具有天然的酶樣活性，因此被歸類為 MN-zymes。
這些材料存在於海洋、水體、大氣和土壤中，在環境生物地球化學循環中發揮著重要作用。
最近的發現也表明，大自然產生 MN-zymes 可能比以前想像的更容易。研究表明，納米材料可以在帶電水微滴中或在紫外線照射下，通過天然礦物的風化自發形成。陽光和閃電可能進一步提供了支持大規模生產原始納米酶和後來的有機混合納米酶所需的催化和電催化條件，同時也為地球表面提供了豐富的原始分子供應。
該假說中一個特別值得注意的方面涉及單層保護的金納米粒子（AuNPs）。
作者認為，這些粒子可能是最有效的 MN-zymes 之一，並可能在地球生命起源過程中納米酶的演化史上佔據核心地位。他將這一概念稱為「金世界」。
儘管 AuNPs 在今天通常被視為人工納米酶，但該假說認為它們在地質上是可能存在的，並且在各種天然地球條件下都可能形成。
在原始湯中，遊離的 AuNPs 可能難以保持穩定，因為它們通常需要有機表面塗層。然而，一旦小分子（如硫醇和胺）被產生（由其他 MN-zymes）並在特定位置積累，AuNPs 就可能以（硫醇/胺）單層保護的形式存在。通過這種方式，它們可能參與了促進生命出現的更廣泛的反應網絡。
生命分子的四個關鍵條件
為了進一步解釋生命分子是如何被自然選擇和穩定的，作者確定了與地球生命起源相關的四個基本要素和條件：
1. **催化活性：** 納米酶提供催化中心，加速化學反應。
2. **表面結合/約束：** 納米粒子提供表面，將反應物聚集在一起，增加反應效率。
3. **抗紫外線輻射：** 納米粒子（如金納米粒子）可以吸收紫外線，保護脆弱的分子。
4. **能量轉換：** 納米酶可以利用光、熱或電能，為化學反應提供動力。
這些因素共同被認為是早期生命相關分子生存和演化的基本要求。
該綜述不僅探討了納米酶本身，還探討了與地球生命起源相關的幾個其他主要問題。這些問題包括水悖論、地球表面微納結構的重要性，以及水和乾濕循環環境獨特的物理化學性質可能對原始化學產生的影響。
作者還討論了生命起源早期階段的分子協同作用和共同演化，以及生命起源的其他物理學觀點，包括與生物分子手性起源相關的觀點。
最終，納米酶假說旨在提供一個更廣泛的框架，以幫助調和長期以來在相互競爭的生命起源理論之間存在的爭議。作者希望它能為科學界最持久的謎團之一帶來新的啟示，同時也鼓勵進一步研究納米酶在地球生命起源中可能扮演的角色。
