التكوين التلقائي

بعد الانفجار العظيم بفترة وجيزة ، قبل حوالي 14 مليار سنة، كانت العناصر الكيميائية الوحيدة الموجودة في الكون هي الهيدروجين والهيليوم والليثيوم ، وهي أخف ثلاث ذرات في الجدول الدوري. تكثفت هذه العناصر تدريجيًا لتشكل سحبًا هائلة من الغاز، والتي انهارت تحت تأثير الجاذبية لتشكل أقراصًا نجمية أولية دوارة . أدى تراكم المادة بفعل الجاذبية في المراكز الساخنة والكثيفة لهذه الأقراص إلى تكوين النجوم الأولى من خلال اندماج الهيدروجين. [ ^{52 ] كانت} النجوم المبكرة ضخمة وقصيرة العمر، منتجةً جميع العناصر الأثقل من خلال التخليق النووي النجمي . يستمر تكوين هذه العناصر حتى يصل إلى أكثر عناصرها استقرارًا، وهو الحديد -56 . تشكلت العناصر الأثقل خلال المستعرات العظمى في نهاية دورة حياة النجم.

يُعدّ الكربون حاليًا رابع أكثر العناصر وفرةً في الكون، وقد تشكّل بشكل رئيسي في النجوم القزمة البيضاء . ^{[ 53 ]} وعندما وصلت هذه النجوم إلى نهاية دورة حياتها ، قذفت عناصر أثقل، بما في ذلك الكربون والأكسجين، في جميع أنحاء الكون. وقد سمح ذلك بتكوّن الكواكب الصخرية. ^{[ 54 ]}

وفقًا لفرضية السديم ، بدأ النظام الشمسي بالتشكل قبل 4.6 مليار سنة مع الانهيار الجذبي لجزء من سحابة جزيئية عملاقة . تجمعت معظم الكتلة المنهارة في المركز، مشكلة الشمس ، بينما تسطحت الكتلة المتبقية لتشكل قرصًا كوكبيًا أوليًا تشكلت منه الكواكب . ^{[ 55 ]}

يبلغ عمر الأرض 4.54 مليار سنة، وذلك وفقًا للتأريخ الإشعاعي للشوائب الغنية بالكالسيوم والألومنيوم في النيازك الكوندريتية الكربونية ، وهي أقدم مادة في النظام الشمسي. ^{[ 56 ] [ 57 ]} كانت الأرض، خلال حقبة الهاديان (منذ تكوينها وحتى 4.031 مليار سنة)، غير صالحة للحياة في البداية. خلال تكوينها، فقدت الأرض جزءًا كبيرًا من كتلتها الأولية، وبالتالي افتقرت إلى الجاذبية اللازمة لاحتواء الهيدروجين الجزيئي ومعظم الغازات الخاملة الأصلية. ^{[ 58 ]} بعد فترة وجيزة من التراكم الأولي للأرض عند 4.48 مليار سنة، يُعتقد أن اصطدامها بثيا ، وهو نيزك اصطدم بها، قد أدى إلى تكوين الحطام المقذوف الذي شكل القمر في النهاية. ^{[ 59 ]} أدى هذا الاصطدام إلى إزالة الغلاف الجوي الأساسي للأرض، تاركًا وراءه سحبًا من السيليكات اللزجة وثاني أكسيد الكربون. كان هذا الغلاف الجوي غير المستقر قصير الأجل، إذ سرعان ما تكثف ليشكل الأرض السيليكاتية، تاركًا وراءه غلافًا جويًا يتكون في معظمه من بخار الماء والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون ، مع كميات أقل من أول أكسيد الكربون والهيدروجين ومركبات الكبريت . ^{[ 60 ] [ 61 ]} ويُعتقد أن ذوبان ثاني أكسيد الكربون في الماء قد جعل البحار حمضية قليلاً ، حيث بلغ الرقم الهيدروجيني حوالي 5.5. ^{[ 62 ]}

يُعتقد أن تكثف الماء لتكوين محيطات سائلة قد حدث في وقت مبكر، ربما منذ اصطدام النيزك الذي شكّل القمر. ^{[ 63 ] [ 64 ]} يدعم هذا السيناريو تأريخ بلورات الزركون التي يعود تاريخها إلى 4.404 مليار سنة، والتي تتميز بقيم عالية لنظير الأكسجين ^-18 (δ18O )، والمستخرجة من الكوارتزيت المتحول في جبل نارير بغرب أستراليا. ^{[ 65 ] [ 66 ]} وُصِف الغلاف الجوي في حقبة الهاديان بأنه "مختبر كيميائي خارجي هائل وغني"، على غرار الغازات البركانية اليوم التي لا تزال تدعم بعض التفاعلات الكيميائية غير الحيوية. على الرغم من الزيادة المحتملة في النشاط البركاني نتيجة لحركة الصفائح التكتونية المبكرة، فربما كانت الأرض عالمًا مائيًا في الغالب بين 4.4 و4.3 مليار سنة مضت. ولا يزال الجدل قائمًا حول ما إذا كانت القشرة الأرضية مكشوفة فوق هذا المحيط. ^{[ 67 ]} مباشرة بعد اصطدام النيزك الذي شكّل القمر، من المحتمل أن الأرض كانت تمتلك قشرة قارية ضئيلة، إن وُجدت، وغلافًا جويًا مضطربًا، وغلافًا مائيًا يتعرض لأشعة فوق بنفسجية شديدة من شمس مرحلة تي تاوري . كما تأثرت بالإشعاع الكوني ، واستمرت اصطدامات الكويكبات والمذنبات . ^{[ 68 ]}

تفترض فرضية القصف الشديد المتأخر حدوث فترة من الاصطدامات المكثفة بين 4.1 و3.8  مليار سنة مضت خلال حقبة الهاديان وبداية حقبة الأركي . ^{[ 69 ] [ 70 ]} في البداية، كان يُعتقد أن القصف الشديد المتأخر كان حدث اصطدام كارثي واحد وقع قبل 3.9 مليار سنة؛ وكان من شأنه أن يُعقم الأرض عن طريق تبخير المحيطات السائلة وحجب ضوء الشمس اللازم لعملية التمثيل الضوئي، مما يؤخر ظهور الحياة في أقرب وقت ممكن. ^{[ 71 ]} شككت أبحاث أحدث في شدة القصف الشديد المتأخر وقدرته على التعقيم. فإذا لم يكن اصطدامًا هائلًا واحدًا، بل فترة من ارتفاع معدل الاصطدامات، لكانت قوته التدميرية أقل بكثير. ^{[ 72 ] [ 73 ]} وقد نشأ تاريخ 3.9 مليار سنة من تأريخ عينات بعثات أبولو التي جُمعت في الغالب بالقرب من حوض إمبريوم ، مما أدى إلى تحيز في عمر الاصطدامات المسجلة. ^{[ 74 ]} يكشف نمذجة اصطدام سطح القمر أنه بدلاً من حدث كارثي وقع قبل 3.9 مليار سنة، من المرجح أن تكون فترات قصف متعددة صغيرة النطاق وقصيرة الأمد قد حدثت. ^{[ 75 ]} تدعم البيانات الأرضية هذه الفكرة من خلال إظهار فترات متعددة من المقذوفات في السجل الصخري قبل وبعد علامة 3.9 مليار سنة، مما يشير إلى أن الأرض المبكرة كانت عرضة لاصطدامات مستمرة ذات تأثير أقل على الانقراض. ^{[ 76 ]}

إذا تطورت الحياة في المحيط على أعماق تزيد عن عشرة أمتار، لكانت محمية من كلٍّ من الصدمات المتأخرة ومستويات الأشعة فوق البنفسجية العالية آنذاك من الشمس. تبلغ الطاقة المتاحة أقصى حد لها عند درجات حرارة تتراوح بين 100 و150  درجة مئوية، وهي درجات الحرارة التي تعيش عندها البكتيريا المحبة للحرارة الشديدة والعتائق المحبة للحرارة والحموضة . ^{[ 77 ]}

استنادًا إلى الأدلة المستقاة من السجل الجيولوجي ، يُرجّح أن الحياة نشأت على الأرض بين 4.32 و3.48 مليار سنة مضت. في عام 2017، أُبلغ عن أقدم دليل مادي على وجود حياة، وهو عبارة عن ميكروبايت في حزام نوفواغيتوك غرينستون في شمال كيبيك، ضمن صخور تكوين الحديد المخططة التي يعود تاريخها إلى 3.77 مليار سنة مضت على الأقل، وربما إلى 4.32 مليار سنة مضت. يُحتمل أن تكون هذه الكائنات الدقيقة قد عاشت داخل رواسب الفتحات الحرارية المائية، بعد فترة وجيزة من تكوّن المحيطات خلال حقبة الهاديان قبل 4.4 مليار سنة. تُشبه هذه الميكروبات بكتيريا الفتحات الحرارية المائية الحديثة، مما يدعم فكرة أن نشأة الحياة بدأت في مثل هذه البيئة. ^{[ 78 ]} وقد شككت أبحاث لاحقة في هذا التفسير للبيانات، مشيرةً إلى أن هذه الملاحظات قد تُفسّر بشكل أفضل من خلال عمليات غير حيوية في المياه الغنية بالسيليكا، ^{[ 79 ] أو} "الحدائق الكيميائية"، ^{[ 80 ]} أو السوائل الحرارية المائية المتداولة، ^{[ 81 ]} أو المقذوفات البركانية. ^{[ 82 ]}

عُثر على الجرافيت الحيوي في صخور رسوبية متحولة عمرها 3.7 مليار سنة من جنوب غرب جرينلاند ^{[ 83 ]} ، وفي أحافير الحصائر الميكروبية من صخور الصوان التي  يعود تاريخها إلى 3.49 مليار سنة في منطقة بيلبارا بغرب أستراليا ^{[ 84 ]} . وقد أظهرت أدلة على وجود حياة مبكرة في صخور من جزيرة أكيليا ، بالقرب من حزام إيسوا فوق القشري في جنوب غرب جرينلاند، والتي يعود تاريخها إلى 3.7 مليار سنة، نظائر الكربون الحيوية ^{[ 85 ]} . وفي أجزاء أخرى من حزام إيسوا فوق القشري، ترتبط شوائب الجرافيت المحتجزة داخل بلورات العقيق بعناصر الحياة الأخرى: الأكسجين والنيتروجين، وربما الفوسفور على شكل فوسفات ، مما يوفر دليلاً إضافياً على وجود حياة قبل 3.7 مليار سنة. ^{[ 86 ]} في منطقة بيلبارا بغرب أستراليا، عُثر على أدلة دامغة على وجود حياة مبكرة في الحجر الرملي الحامل للبيريت في شاطئ متحجر، حيث احتوت على خلايا أنبوبية مستديرة قامت بأكسدة الكبريت عن طريق التمثيل الضوئي في غياب الأكسجين. ^{[ 87 ] [ 88 ]} تشير نسب نظائر الكربون في شوائب الجرافيت من زركون جاك هيلز إلى أن الحياة ربما كانت موجودة على الأرض منذ 4.1 مليار سنة. ^{[ 89 ]} استنتجت دراسة أجريت عام 2024 أن عمر السلف المشترك الأخير (LUCA) يبلغ حوالي 4.2 مليار سنة (4.09-4.33 مليار سنة) من خلال تحليل نسخ الجينات السابقة للسلف المشترك الأخير، مع معايرة من الكائنات الحية الدقيقة الأحفورية، أي بعد نشأة الحياة بفترة أقصر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. ^{[ 90 ]} 

تضم منطقة بيلبارا في غرب أستراليا تكوين دريسر، الذي يعود تاريخ صخوره إلى 3.48 مليار سنة، بما في ذلك تراكيب طبقية تُسمى ستروماتوليت . وتتكون نظائرها الحديثة بواسطة كائنات دقيقة تقوم بعملية التمثيل الضوئي، بما في ذلك البكتيريا الزرقاء . ^{[ 91 ]} تقع هذه التكوينات ضمن طبقات رسوبية حرارية مائية غير مشوهة؛ ويشير نسيجها إلى أصل بيولوجي. تحتفظ أجزاء من تكوين دريسر بينابيع حارة على اليابسة، بينما يبدو أن مناطق أخرى كانت بحارًا ضحلة. ^{[ 92 ]} ويشير تحليل الساعة الجزيئية إلى أن السلف المشترك الأخير (LUCA) ظهر قبل 3.9 مليار سنة. ^{[ 93 ]}

تُعدّ الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAH) أكثر الجزيئات متعددة الذرات شيوعًا ووفرةً في الكون المرئي ، وهي مخزون رئيسي للكربون. ^{[ 99 ] [ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]} ويبدو أنها تشكلت بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم، ^{[ 110 ] [ 108 ] [ 109 ]} وترتبط بالنجوم الجديدة والكواكب الخارجية . ^{[ 99 ]} ومن المحتمل أن تكون مكونًا من مكونات بحر الأرض البدائي. ^{[ 110 ] [ 108 ] [ 109 ]} وقد تم رصد الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات في السدم ، ^{[ 111 ]} وفي الوسط بين النجوم ، وفي المذنبات، وفي النيازك. ^{[ 99 ]}

يُحيط بنجم يُدعى HH 46-IR، يُشبه الشمس في بدايات حياته، قرصٌ من مادة تحتوي على جزيئات تشمل مركبات السيانيد والهيدروكربونات وأول أكسيد الكربون. ويمكن تحويل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات الموجودة في الوسط بين النجوم، عبر الهدرجة والأكسدة والهيدروكسيل ، إلى مركبات عضوية أكثر تعقيدًا تُستخدم في الخلايا الحية. ^{[ 112 ]}

يمكن للمركبات العضوية التي تصل إلى الأرض عبر جزيئات الغبار بين النجوم أن تُسهم في تكوين جزيئات معقدة، وذلك بفضل خصائصها التحفيزية السطحية الفريدة . ^{[ 113 ] [ 114 ]} من المرجح أن يكون اليوراسيل، وهو أحد مكونات الحمض النووي الريبوزي (RNA)، والجزيئات ذات الصلة، بما في ذلك الزانثين ، في نيزك مورشيسون ، قد تشكلت خارج كوكب الأرض، كما تشير دراسات نسب نظائر الكربون ^-12 / الكربون ^-13 . ^{[ 115 ]} تشير دراسات ناسا للنيازك إلى أن جميع قواعد الحمض النووي الأربعة (الأدينين، والجوانين، والجزيئات العضوية ذات الصلة) قد تشكلت في الفضاء الخارجي. ^{[ 113 ] [ 116 ] [ 117 ]} يحتوي الغبار الكوني المنتشر في الكون على مواد عضوية معقدة ("مواد صلبة عضوية غير متبلورة ذات بنية عطرية - أليفاتية مختلطة ") يمكن أن تتكون بسرعة بواسطة النجوم. ^{[ 118 ]} تم الكشف عن جزيء غليكول ألدهيد ، وهو جزيء سكري وسلائف الحمض النووي الريبي، في مناطق من الفضاء تشمل محيط النجوم الأولية وعلى النيازك. ^{[ 119 ] [ 120 ]}

أظهر ألكسندر بوتليروف في عام 1861 أن تفاعل الفورموز ينتج سكريات تشمل التتروزات والبنتوزات والهكسوزات عند تسخين الفورمالديهايد في ظروف قاعدية مع أيونات فلزية ثنائية التكافؤ مثل الكالسيوم. واقترح ر. بريسلو في عام 1959 أن التفاعل ذاتي التحفيز. ^{[ 124 ]}

يمكن تصنيع القواعد النيتروجينية، مثل الجوانين والأدينين، من مصادر بسيطة للكربون والنيتروجين، مثل سيانيد الهيدروجين (HCN) والأمونيا. ^{[ 125 ]} في بدايات الأرض، يُرجح أن سيانيد الهيدروجين كان يُستمد عبر الإنتاج الكيميائي الضوئي في جو عابر شديد الاختزال بعد اصطدامات كبيرة. ^{[ 126 ]} ينتج الفورماميد ، من تفاعل الماء مع سيانيد الهيدروجين، جميع النيوكليوتيدات الريبية الأربعة عند تسخينه مع المعادن الأرضية. ^{[ 127 ] [ 128 ]} يمكن أن يساهم سيانيد الهيدروجين في عمليات كيميائية مثل تخليق الحمض الأميني جليسين. ^{[ 61 ]}

يمكن تصنيع مكونات الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبوزي RNA، بما في ذلك اليوراسيل والسيتوزين والثايمين، في ظروف الفضاء الخارجي، باستخدام مواد كيميائية أولية مثل البيريميدين من النيازك. وقد يكون البيريميدين قد تشكل في النجوم العملاقة الحمراء ، أو الغبار بين النجوم، أو السحب الغازية، أو على الأرض عبر مركبات أولية مثل سيانوأسيتيلين عقب اصطدامات الكويكبات. ^{[ 129 ] [ 130 ]} ويمكن تصنيع جميع قواعد الحمض النووي الريبوزي RNA الأربعة من الفورماميد في أحداث ذات كثافة طاقة عالية مثل اصطدامات الأجسام الفضائية. ^{[ 131 ]} وقد تم تصنيع العديد من النيوكليوتيدات الريبوزية لتكوين الحمض النووي الريبوزي RNA في بيئة مختبرية تحاكي الظروف ما قبل الحيوية عبر تفاعل الفورموز المحفز ذاتيًا . ^{[ 132 ]}

تم الإبلاغ عن مسارات أخرى لتخليق القواعد من مواد غير عضوية. ^{[ 133 ]} تساعد درجات حرارة التجميد على تخليق البيورينات، من خلال تركيز السلائف الرئيسية مثل سيانيد الهيدروجين. ^{[ 134 ]} ومع ذلك، فبينما يتطلب الأدينين والجوانين ظروف التجميد، قد يتطلب السيتوزين واليوراسيل درجات حرارة الغليان. ^{[ 135 ]} تشكلت سبعة أحماض أمينية وأحد عشر نوعًا من القواعد النيتروجينية في الجليد عندما تُرك الأمونيا والسيانيد في مجمد لمدة 25 عامًا. ^{[ 136 ] [ 137 ]} يمكن تخليق S- تريازينات (قواعد نيتروجينية بديلة)، والبيريميدينات بما في ذلك السيتوزين واليوراسيل، والأدينين عن طريق تعريض محلول اليوريا لدورات من التجميد والذوبان في جو اختزالي مع تفريغ شراري. ^{[ 138 ]} تحدث هذه التفاعلات منخفضة الحرارة بسرعة بسبب التجميد اليوتكتيكي ، الذي يحشد الشوائب في جيوب مجهرية من السائل داخل الجليد. ^{[ 139 ]}

قد يكون تخليق الببتيدات ما قبل الحيوية قد حدث عبر عدة مسارات. يركز بعضها على ظروف درجات الحرارة/التركيز العالية التي يصبح فيها التكثيف مفضلاً من الناحية الطاقية، بينما يستخدم البعض الآخر عوامل تكثيف ما قبل حيوية محتملة. ^{[ 140 ]}

تُعزز الأدلة التجريبية على تكوين الببتيدات في بيئات ذات تركيز فريد من خلال دراسات تشير إلى أن دورات الترطيب والتجفيف ووجود أملاح محددة يمكن أن تزيد بشكل كبير من التكثيف التلقائي للجليسين إلى سلاسل متعددة الجليسين. ^{[ 141 ]} وتشير دراسات أخرى إلى أنه في حين أن أسطح المعادن، مثل أسطح البيريت والكالسيت والروتيل، تحفز تكثيف الببتيدات، فإنها تحفز أيضًا تحللها المائي. ويقترح الباحثون أن التنشيط الكيميائي أو الربط الإضافي سيكون ضروريًا لإنتاج الببتيدات بتراكيز كافية. وبالتالي، فإن التحفيز السطحي للمعادن، على الرغم من أهميته، ليس كافيًا وحده لتخليق الببتيدات. ^{[ 142 ]}

تم تحديد العديد من العوامل المكثفة/المنشطة المحتملة في الظروف ما قبل الحيوية، بما في ذلك ما يلي: السياناميد، ثنائي السياناميد، ثنائي سياناميد، ثنائي أمينومالونيتريل، اليوريا، ثلاثي ميتافوسفات، كلوريد الصوديوم، كلوريد النحاس _{الثنائي ، كبريتيد النيكل والحديد، أول} أكسيد الكربون، كبريتيد الكربونيل ، _ثاني كبريتيد الكربون _{، ثاني} أكسيد الكبريت ، وفوسفات ثنائي الأمونيوم. ^{[ 140 ]}

استخدمت تجربة أجريت عام 2024 ركيزة من الياقوت الأزرق ذات شبكة من الشقوق الدقيقة تحت تدفق حراري، تحاكي فتحات أعماق المحيط ، لتركيز اللبنات الأساسية ذات الصلة بالحيوية من خليط مخفف بما يصل إلى ثلاثة أضعاف. قد يساعد هذا في تكوين البوليمرات الحيوية مثل الببتيدات. ^{[ 143 ]} وقد اقتُرح دور مماثل للطين، ^{[ 144 ]} على الرغم من أن هذا التخمين لم يُدعم بأدلة تجريبية.

يُعدّ التخليق الحيوي الأولي للببتيدات من جزيئات أبسط مثل ثاني أكسيد الكربون والأمونيا _{والكربون} ، متجاوزًا خطوة تكوين الأحماض الأمينية، فعالًا للغاية أيضًا. ^{[ 145 ] [ 146 ]}

ربما تكون الأحافير الدقيقة المبكرة قد أتت من عالم حار مليء بالغازات السامة، مثل الميثان والأمونيا وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين ، وهي غازات سامة لكثير من الكائنات الحية الحالية. ^{[ 223 ]} يُظهر تحليل شجرة الحياة أن البكتيريا والعتائق المحبة للحرارة والمفرطة الحرارة أقرب إلى الجذر، مما يشير إلى أن الحياة ربما تطورت في بيئة حارة. ^{[ 224 ]} تفترض نظرية أعماق البحار أو الفتحات الحرارية المائية القلوية أن الحياة بدأت في فتحات حرارية مائية تحت سطح البحر. ^{[ 225 ] [ 226 ]} اقترح ويليام مارتن ومايكل راسل أن ذلك ربما كان في حجيرات ذات جدران من كبريتيد المعادن، تعمل كسلائف لجدران الخلايا. ^{[ 42 ]}

تتشكل هذه الفتحات حيث تنبثق السوائل الغنية بالهيدروجين من أسفل قاع البحر، نتيجةً لعملية التمعدن السربنتيني للأوليفين فوق المافي مع مياه البحر وسطح التماس الحمضي مع مياه المحيط الغنية بثاني أكسيد الكربون. تُشكل هذه الفتحات مصدرًا مستدامًا للطاقة الكيميائية المُستمدة من تفاعلات الأكسدة والاختزال، حيث تتفاعل مانحات الإلكترونات (الهيدروجين الجزيئي) مع مستقبلات الإلكترونات (ثاني أكسيد الكربون)؛ انظر نظرية العالم الحديدي الكبريتي . هذه تفاعلات طاردة للحرارة . ^{[ 225 ] [ ب ]}

أثبت راسل أن الفتحات القلوية تُنشئ تدرجًا كيميائيًا أسموزيًا لقوة دافعة بروتونية غير حيوية ، ^{[ 42 ]} وهو مثالي لتكوين الحياة. توفر حجيراتها المجهرية "وسيلة طبيعية لتركيز الجزيئات العضوية"، المكونة من معادن الحديد والكبريت مثل الماكيناويت ، مما منح هذه الخلايا المعدنية الخصائص التحفيزية التي تصورها غونتر فاخترشاوزر . ^{[ 227 ]} تعتمد حركة الأيونات عبر الغشاء على عاملين: ^{[ 162 ]}

1. قوة الانتشار الناتجة عن تدرج التركيز - تنتشر جميع الجسيمات، بما في ذلك الأيونات، من التركيز الأعلى إلى التركيز الأقل. ^{[ 162 ]}
2. القوة الكهروستاتيكية الناتجة عن تدرج الجهد الكهربائي - تنتشر الكاتيونات مثل البروتونات H ⁺ مع الجهد الكهربائي، بينما تنتشر الأنيونات في الاتجاه المعاكس. ^{[ 162 ]}

يمكن التعبير عن هذين التدرجين معًا كتدرج كيميائي كهربائي، مما يوفر الطاقة اللازمة للتخليق الحيوي. تقيس قوة دافعة البروتون الطاقة الكامنة المخزنة على شكل تدرجات البروتون والجهد عبر الغشاء (الاختلافات في تركيز البروتون والجهد الكهربائي). ^{[ 162 ]}

تتمتع أسطح الجسيمات المعدنية داخل الفتحات الحرارية المائية في أعماق المحيط بخصائص تحفيزية مماثلة لتلك الخاصة بالإنزيمات، ويمكنها إنتاج جزيئات عضوية بسيطة، مثل الميثانول (CH3OH ₎ وحمض الفورميك وحمض الأسيتيك وحمض البيروفيك من ثاني أكسيد الكربون المذاب _في الماء، إذا تم تحفيزها بواسطة جهد كهربائي مطبق أو عن طريق التفاعل مع الهيدروجين _أو كبريتيد _{الهيدروجين} . ^{[ 228 ] [ 229 ]}

ابتداءً من عام 1981، اقترح الباحثون أن الحياة ربما بدأت في الفتحات الحرارية المائية، ^{[ 230 ] [ 231 ] [ 232 ]} وأن التفاعلات الكيميائية التلقائية في قشرة الأرض، والناجمة عن تفاعلات الصخور والماء في حالة عدم التوازن الديناميكي الحراري، دعمت نشأة الحياة، ^{[ 233 ] [ 234 ]} وأن السلالات المؤسسة للعتائق والبكتيريا كانت كائنات ذاتية التغذية تعتمد على _{الهيدروجين} وتستخدم ثاني أكسيد الكربون _{كمستقبل} نهائي للطاقة. ^{[ 235 ]} في عام 2016، أشار مارتن إلى أن السلف المشترك الأخير "ربما اعتمد بشكل كبير على الطاقة الحرارية الأرضية للفتحة للبقاء على قيد الحياة". ^{[ 10 ]} في العام نفسه، تم إنتاج الحمض النووي الريبوزي (RNA) في مداخن حرارية مائية قلوية اصطناعية تحاكي الفتحات الحرارية في أعماق البحار. ^{[ 236 ]} تمكن الباحثون من توليد قليل الوحدات من الحمض النووي الريبوزي يصل طولها إلى 4 وحدات. تم تصنيع هذا الحمض النووي الريبي باستخدام النيوكليوتيدات الريبية المنشطة. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن تصنيع هذه النيوكليوتيدات قليلة الوحدات من الحمض النووي الريبي إلا في ظل ظروف معينة. ^{[ 237 ]}

يُعتقد أن المسام الموجودة في الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار كانت تحتوي على حجيرات محاطة بأغشية، مما عزز التفاعلات الكيميائية الحيوية. ^{[ 238 ] [ 239 ]} يمكن أن تحدث الوسائط الأيضية في دورة كريبس، وتكوين الجلوكوز، ومسارات التخليق الحيوي للأحماض الأمينية، وتحلل الجلوكوز، ومسار فوسفات البنتوز، بما في ذلك السكريات مثل الريبوز، وسلائف الدهون، بشكل غير إنزيمي في ظروف مشابهة لتلك الموجودة في الفتحات الحرارية المائية القلوية في أعماق البحار. ^{[ 240 ]}

إذا كان الموقع هو البيئة الحرارية المائية في أعماق البحار، فمن الممكن أن تكون الحياة قد نشأت في وقت مبكر مثل4.0–4.2  مليار سنة مضت . إذا تطورت الحياة في المحيط على أعماق تزيد عن عشرة أمتار، لكانت محمية من الصدمات ومن مستويات الأشعة فوق البنفسجية الشمسية المرتفعة آنذاك. تبلغ الطاقة المتاحة في الفتحات الحرارية المائية أقصى حد لها عند درجات حرارة تتراوح بين 100 و150  درجة مئوية، وهي درجات الحرارة التي تعيش فيها البكتيريا المحبة للحرارة الشديدة والعتائق المحبة للحرارة والحموضة . ^{[ 241 ] [ 242 ]}

قد يكون التكيّف مع درجات الحرارة المرتفعة ناتجًا عن تطور تقاربي في البكتيريا والعتائق؛ إلا أن البيئة المعتدلة الحرارة تُعتبر أكثر ترجيحًا. ^{[ 243 ] [ 244 ]}

يُقدّر إنتاج المركبات العضوية ما قبل الحيوية في الفتحات الحرارية المائية بـ١٠⁸ كجم/ سنة  . ^{[ ٢٤٥ ]} توجد مركبات ما قبل حيوية رئيسية، مثل الميثان، بتراكيز أقل بكثير في الفتحات الحرارية مقارنةً ببيئة تجربة ميلر-يوري. من المعروف الآن أن بعض المركبات العضوية قد تشكلت بفعل عمليات جيولوجية أخرى وانتقلت إلى الفتحات الحرارية. على سبيل المثال، من المرجح أن يكون الميثان ناتجًا عن شوائب سائلة متسربة تشكلت في أعماق القشرة المحيطية من الكربون الصهاري ^{. [ ٢٤٦ ] [ ٢٤٥ ] [ ٢٤٧ ]}

لا تُركّز الفتحات الحرارية المائية المواد ما قبل الحيوية، نظرًا لتخفيفها الشديد بمياه البحر. يُعيد هذا النظام المفتوح تدوير المركبات عبر معادن الفتحات، مما يُقلل من وقت بقائها للتراكم. ^{[ 248 ]} تعتمد جميع الخلايا الحديثة على الفوسفات لتكوين العمود الفقري للنيوكليوتيدات والبوتاسيوم لتكوين البروتينات، مما يُرجّح أن أشكال الحياة الأولى كانت تشترك في هذه الوظائف. لم تكن هذه العناصر متوفرة بكميات كبيرة في محيطات العصر الأركي. مع ذلك، يُمكن تركيز الفوسفات في البحيرات، كما هو الحال في بحيرة لاست تشانس الحديثة . ^{[ 249 ]} لا تُساعد الفتحات الحرارية المائية تحت سطح البحر على تفاعلات التكثيف اللازمة لبلمرة الجزيئات الكبيرة. ^{[ 250 ] [ 251 ]}

كانت إحدى الحجج القديمة أن البوليمرات الرئيسية تُغلّف في حويصلات بعد التكثيف، وهو ما يُفترض أنه لا يحدث في الماء المالح. ومع ذلك، فبينما تُثبّط الملوحة تكوين الحويصلات من مخاليط الأحماض الدهنية منخفضة التنوع، ^{[ 252 ]} فإن تكوين الحويصلات من مزيج أوسع وأكثر واقعية من الأحماض الدهنية وأنواع 1-ألكانول يكون أكثر مرونة. ^{[ 253 ] [ 252 ]}

لم تتمكن أي دراسات من إثبات تخليق السكريات أو الأحماض الأمينية أو النيوكليازات أو النيوكليوسيدات أو النيوكليوتيدات أو الأحماض الدهنية المكونة للأغشية تجريبياً في ظل ظروف التهوية المعقولة. ^{[ 254 ]}

معظم السلالات المتفرعة محبة للحرارة أو شديدة الحرارة، مما يجعل من المحتمل أن يكون الكائن الحي الأخير المشترك (LUCA) والأشكال الحية السابقة له محبة للحرارة أيضًا. تتشكل الينابيع الساخنة نتيجة تسخين المياه الجوفية بفعل النشاط الحراري الأرضي. يسمح هذا التداخل بتدفق المواد من المياه العميقة المتغلغلة ومن جريان المياه السطحية الذي ينقل الرواسب القارية المتآكلة. تخلق أنظمة المياه الجوفية المترابطة آلية لتوزيع الحياة على مساحة أوسع. ^{[ 241 ]}

يجادل مولكيدجانيان وزملاؤه بأن البيئات البحرية لم توفر التوازن الأيوني والتركيب الموجودين عالميًا في الخلايا، أو الأيونات اللازمة للبروتينات والريبوزيمات الأساسية، لا سيما فيما يتعلق بنسبة البوتاسيوم/الصوديوم العالية، ^{وتركيزات} المنغنيز ^{والزنك والفوسفات} . ^{ويشيرون} إلى أن البيئات الوحيدة التي توفر ذلك هي الينابيع الساخنة المشابهة لتلك الموجودة في كامتشاتكا. ^{[ 257 ]} تتميز الرواسب المعدنية في هذه البيئات، في ظل جو خالٍ من الأكسجين، بدرجة حموضة مناسبة، وتحتوي على رواسب من معادن الكبريتيد المحفزة ضوئيًا التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية الضارة، وتخضع لدورات ترطيب وتجفيف تُركز محاليل الركائز بدرجة كافية لتكوين البوليمرات الحيوية تلقائيًا ^{[ 258 ] [ 259 ]} ، والتي تتكون بفعل التفاعلات الكيميائية في البيئة الحرارية المائية، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية أثناء انتقالها من الفتحات الحرارية إلى البرك المجاورة. ^{[ 260 ]} تشبه البيئات المفترضة لما قبل الحياة الفتحات الحرارية المائية، مع مكونات إضافية تساعد في تفسير خصائص السلف المشترك الأخير. ^{[ 257 ] [ 181 ]}

أظهر تحليلٌ جينيٌّ وجيوكيميائيٌّ للبروتينات التي يُحتمل أن تكون من أصل السلف المشترك الأخير (LUCA) أن التركيب الأيوني لسائله الخلويّ الداخليّ مُطابقٌ لتركيب الينابيع الحارّة. ومن المُرجَّح أن السلف المشترك الأخير كان يعتمد على المواد العضوية المُصنَّعة لنموه. ^{[ 257 ]} تُشير التجارب إلى إمكانية تصنيع بوليمرات شبيهة بالحمض النووي الريبي (RNA) من خلال دورات الترطيب والتجفيف والتعرّض للأشعة فوق البنفسجية. وقد تم تغليف هذه البوليمرات في حويصلات بعد التكثيف. ^{[ 252 ]} ربما تكون مصادر المواد العضوية في الينابيع الحارّة قد نُقلت بواسطة جزيئات الغبار بين الكواكب، أو المقذوفات الفضائية، أو التخليق الجويّ أو الجيوكيميائيّ. وربما كانت الينابيع الحارّة وفيرة في الكتل الأرضية البركانيّة خلال حقبة الهاديان. ^{[ 181 ]}

انبثقت فرضية بدء الحياة في بيئة معتدلة الحرارة على المسطحات المائية السطحية من مفهوم داروين عن " البركة الصغيرة الدافئة " وفرضية أوبارين-هالدين . إذ يمكن للمسطحات المائية العذبة في المناطق ذات المناخ المعتدل أن تُراكم مواد ما قبل الحياة، مع توفيرها ظروفًا بيئية ملائمة لظهور أشكال الحياة البسيطة. أما مناخ العصر الأركي، فلا يزال غير مؤكد. وتشير عمليات إعادة بناء الغلاف الجوي، استنادًا إلى المؤشرات الجيوكيميائية والنماذج، إلى وجود كميات كافية من غازات الدفيئة للحفاظ على درجات حرارة سطحية تتراوح بين 0 و40  درجة مئوية. وإذا صحّ ذلك، فإن درجة الحرارة كانت مناسبة لبدء الحياة. ^{[ 261 ]}

تشمل الأدلة على وجود الكائنات المحبة للحرارة المعتدلة، والمستقاة من الدراسات الجزيئية الحيوية ، مقياس غالتير لنسبة النيوكليوتيدات G+C . تكون نسبة G+C أعلى في الكائنات المحبة للحرارة نظرًا لزيادة استقرارها بفضل رابطة هيدروجينية إضافية غير موجودة بين نيوكليوتيدات A+T. ويُظهر تسلسل الحمض النووي الريبوزي (rRNA) للكائنات الحية الحديثة أن محتوى G+C المُعاد بناؤه في السلف المشترك الأخير للكائن الحي (LUCA ) كان على الأرجح مؤشرًا على درجات حرارة معتدلة. ^{[ 244 ]}

قد يكون تنوع الكائنات المحبة للحرارة اليوم نتاجًا للتطور التقاربي والانتقال الأفقي للجينات، وليس سمة موروثة من السلف المشترك الأخير (LUCA). ^{[ 262 ]} يوجد إنزيم توبويزوميراز العكسي حصريًا في الكائنات المحبة للحرارة والكائنات المحبة للحرارة الشديدة، لأنه يسمح بتكوين التفاف الحمض النووي (DNA). ^{[ 263 ]} يتطلب هذا الإنزيم جزيء ATP المعقد ليعمل. إذا افترضنا أن أصل الحياة يتضمن كائنًا بسيطًا لم يكن قد طور غشاءً بعد، ناهيك عن ATP، فإن هذا يجعل وجود إنزيم الجيراز العكسي أمرًا مستبعدًا. علاوة على ذلك، تُظهر الدراسات التطورية أن إنزيم الجيراز العكسي نشأ في العتائق، وانتقل إلى البكتيريا عن طريق الانتقال الأفقي للجينات، مما يعني أنه لم يكن موجودًا في السلف المشترك الأخير (LUCA). ^{[ 264 ]}

تفترض نظريات البداية الباردة وجود مناطق شاسعة مغطاة بالجليد. وتتوقع نماذج تطور النجوم أن سطوع الشمس كان أقل بنحو 25% مما هو عليه اليوم. ويذكر فيولنر أنه على الرغم من أن هذا الانخفاض الكبير في الطاقة الشمسية كان سيؤدي إلى تكوين كوكب جليدي، إلا أن هناك أدلة قوية على وجود ماء سائل، ربما بفعل ظاهرة الاحتباس الحراري. وهذا يعني أن الأرض في بداياتها كانت تحتوي على محيطات سائلة وأقطاب جليدية. ^{[ 265 ]}

تُشكّل ذوبانات الجليد الناتجة عن ذوبان الصفائح الجليدية أو الأنهار الجليدية بركًا من المياه العذبة، وهي بيئة أخرى قادرة على دورات الترطيب والجفاف. وبينما تتعرض البرك السطحية لأشعة فوق بنفسجية مكثفة، فإن المسطحات المائية داخل الجليد وتحته تكون محمية، مع بقائها متصلة بالمناطق المكشوفة عبر شقوق الجليد. ويسمح ذوبان الجليد الناتج عن الاصطدام بتدفق المياه العذبة والنيازك، مما يُنتج مكونات ما قبل الحياة. ^{[ 266 ]} وتُزعزع مستويات كلوريد الصوديوم القريبة من مستويات مياه البحر استقرار التجميع الذاتي لأغشية الأحماض الدهنية، مما يجعل بيئات المياه العذبة جذابة للحياة الغشائية المبكرة. ^{[ 267 ]}

في البيئات الجليدية، تُستبدل معدلات التفاعل الأسرع التي تحدث في البيئات الدافئة بزيادة الاستقرار وتراكم البوليمرات الأكبر حجمًا. ^{[ 268 ]} وقد نجحت تجارب تحاكي ظروفًا شبيهة بظروف أوروبا عند درجة حرارة ≈20  درجة مئوية في تخليق الأحماض الأمينية والأدينين، مما يُظهر إمكانية حدوث تفاعلات من نوع ميلر-يوري في درجات حرارة منخفضة. ^{[ 137 ]} في عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA) ، كان للريبوزيم وظائف أكثر مما هو عليه في عالم الحمض النووي الريبوزي-الحمض النووي الريبوزي-البروتين اللاحق. ولكي يؤدي الحمض النووي الريبوزي وظيفته، يجب أن يكون قادرًا على الطي، وهي عملية تعيقها درجات الحرارة التي تزيد عن 30  درجة مئوية. وبينما يكون طي الحمض النووي الريبوزي في الكائنات المحبة للبرودة أبطأ، فإن التحلل المائي يكون أبطأ أيضًا، لذا يكون الطي أكثر نجاحًا. ولن تتأثر النيوكليوتيدات الأقصر بارتفاع درجات الحرارة. ^{[ 269 ] [ 270 ]}