在40多亿年前的地球早期，由于受到小行星或微行星的撞击，或许形成了短暂的还原性大气层，大气被富含甲烷和有机物的防紫外线烟雾染成橙色，与土卫六的大气相似。高浓度的溶解铁或许使海洋呈现出绿色（冥古宙海洋的空间范围和持续时间尚不清楚，但其存在得到了锆石颗粒氧同位素资料的扶持）。中心火山作用、板块边界的相互作用以及大规模撞击事情或许会将陆地块抬升到海洋表面之上，从而扶持许多前生命化学模型所请求的干湿循环。与此另外，外部作用，如太阳耀斑和阳光中更高的紫外线通量等，也或许作用地球的大气和表面化学。
已知最初的微体化石保存在太古代的岩石中，可以追溯到大约35亿年前。可是，即使是如此古老的微生物也有祖先，再往前追溯约6亿年，它们所留下的生物促销痕迹或许就保存在地质记录中，变成某种化学“化石”。本周全面荣耀Magic，业内人士这样看地球上第一批生物究竟在何时呈现，以什么样的方式呈现，依然是难以回答的科学难题。但是，有一个核心事实是确定的：生命呈现的最初阶段与地球最初期生态的化学和物理条件的演变紧密交织在一起。
持久以来，各异领域的科学家们一直在思索一个难题：生命是如何从非生物起源的化合物（即前生物分子）进展而来的？但是，迄今为止所评测的前生命化学条件，含有特定种类的分子及其周围生态等，都未被证明能够在现实的行星条件下发挥作用。知晓地球最初的化学生态，将有助于确定最后形成生命的非生物化学途径。由于这一知识空白，以及在早期海洋、大气和大陆的地质、地球物理和地球化学等方面的详情上还存在诸多未知因素，当下科学家还无法将合成最初期生物分子的评测岗位与阐明早期地球条件的岗位之间联系起来。
传统上，对生命起源的探究往往是在界限分明的领域中开展的。如今，探究者们着手兴办确认地球的早期岩石记录，并经由数值模拟获得新的见解。地球最初期的化学生态越来越受到探究人员的留意，在生命起源的探究中，更为跨学科的方法正变得越来越有前景。
早期地球各异生态之间相互关联的性质，水-岩界面上发生的化学演变，以及生命的化学构造块与承载这些分子的局部地质条件之间的相互作用，都是生命起源探究的核心。针对探究生命起源基础难题的人来说，越来越繁琐的昨天快速iPad，知情人透露内情早期地球全球和局部生态演化模型已然变成重大的探究目标之一。所以，在必要的生态背景下探索生命的起源，必须有前生命化学家、生物地球化学家、天体生物学家、大气科学家、地质学家、地球物理学家、天文学家和行星科学家的通力兴办。
联系和协调这些探究团队是一项相当重大的任务，需要科学家们走出舒适圈，并在跨学科兴办的过程中积累经验。
年轻太阳照耀下的地球
这里展示了一个潜在的早期地球生态，显示了由微行星撞击导致的短暂的、富含甲烷的大气层。在这种大气中，由于年轻太阳形成的紫外线通量更高，导致光化学反应增强，从而形成沉淀在地球表面的大分子有机凝析物。在新形成的一个较小的撞击坑内，水经由温度梯度循环，将活性金属和其他离子从溶解的岩石输送到近地表。
在当下的太阳演化模型中，太阳系刚诞生不久时，早期太阳的有些成长，生活不会辜负认真的人总能量输出（光度）被限制在当前水平的70%左右。即便如此，经由观测其他恒星系中察觉的相似年轻太阳的天体，科学家察觉早期太阳的紫外线输出或许高于如今的水平。这些相似天体不只表现出高能量的释放，也形成了更频繁的日冕物质抛射事情。
假如年轻太阳表现出相似的活跃程度，那么早期地球大气中的二氧化碳、甲烷、水和含氮物种（如氮气分子）将以高于今日的速率开展光确认（与光发生相互作用而裂解）。地球表面的紫外线通量也会更大，或许会作用前生物化合物的合成、降解和转化。另外，这些分子的强光解作用或许贡献了某些核心成分，合作开启了原始的化学合成代谢，含有那些运用一氧化碳和氮氧化物（NOx）所开展的代谢。经由计算方法，或者运用早期似太阳天体的观测探究所兴办的早期太阳光谱的精确模型，是开发早期地球大气光化学模型的核心。
早期地球的大气和海洋
这是另一种或许的早期地球生态，天空呈现蓝色，表明大气较少被还原，或许首要由二氧化碳和分子氮组成。新爆发的火山喷出的火山灰云将玻璃、粘土和其他矿物质沉积到液态水池中。热液泉中的水由于溶解了铁而呈现绿色，与来自各异水池的淡水混合，形成了化学梯度，这种化学梯度或许在前生命化学和早期生命演化中至关重大。蒸发和降水补给（即干湿循环）导致了一个动向生态，驱动了在许多前生命化学场景中相当重大的化学反应。冥古宙时期地磁场的存在和强度，或许若干屏蔽了太阳耀斑及其高能带电粒子的作用。
来自固体地球的挥发性排放在很大程度上组成了早期的地球大气，其他因素——如小行星和微行星的频繁和较大规模的撞击——的作用仍存在风波。撞击事情导致的化学相互作用或许形成了甲烷和氢分子等还原性气体，而早期的火山促销或许形成了二氧化碳和氮气等相对氧化性的气体。
这些气体在大气层中随时间和空间的分布，确定了前生命化学过程中所必需的化学反应物的可得性。在太阳能输入或许减弱，以及大规模日冕物质抛射期间或许呈现的高紫外线辐射状况下，这些气体还有助于调节地表温度和宜居性。地磁场也是备受留意和辩论的主题，其存在和强度会进一步调节气体在大气层的滞留和逃逸。
来自最古老锆石的地球化学资料表明，早先在液态水存在时已被改变的地壳物质在冥古宙（即从地球诞生到大约40亿年前）期间发生了早期再循环。这一观测结局为水文循环提供了证据，并表明当时地表温度相对较低；早期地壳分异形成富硅岩；乃至在这一时期，初始板块发生了边界相互作用，或许含有俯冲作用。此前觉得，冥古宙时期温度太高，地球表面不或许存在液态水。如今，有关该时期或许存在早期海洋的观点已然使地球最初期生态的研究转向一个共识，即这些生态条件或许有利于生命的呈现。
尽管探究者们在理论上获得了进展，但冥古宙海洋的组成及其在地球历史最初几亿年间的演变在很大程度上仍是未知的，我们乃至不知晓液态水是否一直存在，或者普遍存在。现代海洋中的氧化化合物，如硫酸盐等，很或许在冥古宙海洋中并不存在；当时的海洋或许是酸性的，富含还原铁，这是大气层富含二氧化碳，另外缺少氧气的结局。冥古宙海洋主体的化学过程、水-岩相互作用和热液作用等，确定了所有近地表和深海海洋流体的性质，另外有助于调节气候，并设定前生物反应或许发生的条件。
构造板块和微行星撞击
这一假想的地球早期海底场景描绘了一个大洋中脊扩张中心，“黑烟囱”在这里释放高温热液，金属离子和硫化物（黄点）与较冷的海水相互作用，在海底形成沉淀物。图中还显示了“白烟囱”排放的冷却液体，各类碳酸盐和蛇纹石矿物组合从中沉淀下来，并或许形成氢，有助于有机化合物的非生物合成。由于溶解铁的存在，海洋首要呈绿色。上部水柱中的光化学作用导致溶解的铁氧化为不溶的铁相，如图所示为赤铁矿（红点）或“绿锈”（绿点）。
另一个重大的难题是地壳何时出如今海洋表面之上。一些构造模型表明，冥古宙时期或许呈现了有利于新生大陆形成的条件。中心的火山促销和大规模撞击事情也或许导致了高出海平面的地形高地。
除了作用陆地的呈现，构造过程还会作用海洋和大气组成、地球气候，以及或许塑造前生命化学的各类热液景观。例如，原始地壳的风化作用会下降大气中的二氧化碳水平，抑制全球温室效应，改变海洋化学成分。随着更多的陆地暴露在海平面以上，风化的速度也会加快。
暴露的陆地也或许是前生命化学演变的核心。暴露在大气中的陆地历程了干湿循环，使化合物蒸发、浓缩。这些过程或许驱动了细胞基础构件的组装，如形成封闭囊泡的类脂化合物，使遗传信息的封装和代谢联网的兴办变成或许。相似的过程也或许扶持这些前体逐步向自我维持的特性操控系统过渡。但是，尽管陆地在一些有关前生命全球的观点中处于中心地位，但冥古宙时期是否有或许呈现陆地，当下依然没有确切的结论。
在早期地球的天空、海洋和地壳发生演变的过程中，地球也受到了小行星和微行星的撞击。早期的撞击或许破坏了近地表生态，但也或许向地球提供了核心的前生命化合物，如氨基酸、糖、嘌呤（构成现代DNA和RNA基础的含氮有机化合物）和活性磷。还有探究者觉得，这些撞击创造了一个短暂的、高度还原性的大气层，与今日高度氧化性的大气层迥然各异。大多数前生命化学模型都觉得，还原条件是形成基础前生命化合物的最或许途径。
撞击事情除了输入或形成必要的有机分子外，还或许以其他方式合作了生命的起源，尤其是经由刺激热液促销。早期撞击事情形成的各类结局，或许既有利于生命的起源，也对生命的起源构成考验。这依然是一个重大的探究课题。
兴办填充空白
与生命起源有关的探究和假说充满了不确定性和争论，这并不令人惊讶，毕竟科学家们追溯了40多亿年的时间跨度，期盼拼凑出这些高度繁琐的过程。与这些过程有关的不确定性、作用和相互关系，都需要进一步加以探究。
事实上，这里所研究的过程或假说都不能孤立存在。迄今为止，各异的探究团体都各自对生命起源和地球早期生态展开探究，并且通常只开展表面上的跨学科兴办和互动。针对一些相当艰难的难题，他们都没有获得里程碑式的进展。美国全国航空航天局（NASA）天体生物学打算提出了新的“前生命化学和早期地球生态（PCE3）探究协调联网（RCN）”，目的就是以便填补这一空白。这是一个探究联盟，旨在经由加强地球科学家和前生命化学家之间的跨学科交流，来改变生命起源的探究现状。
PCE3的首要目标是培养一种新的探究文化，在这种文化中，我们将在现实的行星条件下评测潜在的前生命化学途径，并将早期地球生态的动力学和限制条件完全纳入起源假说。例如，在化学合成信息聚合物的过程中，此类评测的产物往往定义了下一步的探究步骤，很少或根本没有考虑导致顺利反应的条件（如盐度、pH、氧化状态、溶解物质等）是否或许存在于早期的地球生态中。考虑到我们已然对冥古宙的状况有所知晓，有关的地球科学知识能够并且应该为这项岗位的下一步提供合作。在新的兴办计划中，我们可以经由缩减假设并提升生态合理性，来对或许的前生命化学场景开展筛选。
新的研究和方向
PCE3探究协调联网的成员来自一个不断壮大的群体，其中含有许多方才着手职业生涯的科学家，他们已然筹备好将早期地球的生态知识与前生命化学模型更好地结合起来。2020年秋季，来自各异学科的科学家参与了PCE3的研讨会，主题含有地球的行星形成；地壳与挥发性储层的相互作用；生命基础构件的性质、来源和数量；早期地球的地质生态；或许导致越来越繁琐的前生命分子的反应途径；以及如何经由对现代生物化学的探究，来追溯地球生命起源的方法。
研讨会参与者研究了早期地球生态及其与前生命化学关系探究中的核心未知因素，对每个主题中最重大的启动性难题开展了汇总。他们尤其感兴趣的课题含有前生命化学模型和评测所必需的化学和物理条件，以及或许存在于行星现实之外的前生命化学情景。例如，有与会者强调了局部生态动向特性的若干方面为“核心的未知因素”，这些方面含有干湿循环、温度-压力梯度、冻融循环、核心分子的大气生成速率、氧化还原波动和火山排气等。与会者还确定矿物表面和溶液中金属离子的成分和浓度为重大的未知因素；这些因素或许作用了局部生态中前生命化学反应的类型、速率和繁琐性。
尽管对地球历史及其共同进化的生物圈的探究获得了巨大的提升，但生命的起源依然是未解之谜。前生命化学领域的评测需要阐释当下在全球和局部尺度上对早期地球的理解，并且将我们对冥古宙的理解转化为这些评测的精细边界条件。与此另外，科学家们必须质疑以往的假说，并重新审视有关早期地球的未知因素，并将这些不确定性整合到他们的评测和模型中。
生命是如何着手的，这是人类经验中一个不可或缺的核心难题，它与一个更大的难题——我们宇宙中是否是寂寞的——有着内在的联系。随着人类对行星宜居性、其他行星和卫星上的生命以及太阳系外行星系的探索逐步透彻，早期地球探究的重大性也被放大。在这项探究中，确定导致生命呈现的特定生态条件和化学途径，无疑是最为重大的目标之一。