Bao bọc không có màng

Coacervate của Oparin

Các giọt polyester không màng

Các nhà nghiên cứu Tony Jia và Kuhan Chandru[322] đã đề xuất rằng các giọt polyeste không màng có thể có ý nghĩa quan trọng trong Nguồn gốc sự sống.[323] Do tính chất "lộn xộn" của hóa học tiền sinh học,[324][325] sự hình thành tự phát của những giọt tổ hợp này có thể đã đóng một vai trò trong quá trình phân bào sớm trước khi có sự đổi mới của túi lipid. Chức năng của protein bên trong và chức năng của RNA khi có một số giọt polyester nhất định được chứng minh là được bảo toàn trong các giọt. Ngoài ra, các giọt có khả năng dàn dựng, bằng cách cho phép các chất béo tập hợp xung quanh chúng có thể ngăn chặn sự rò rỉ vật liệu di truyền.

Các vi cầu proteinoid

Vào những năm 1960, Fox đã quan sát thấy rằng các proteinoid mà ông đã tổng hợp có thể hình thành các cấu trúc giống như tế bào được đặt tên là "vi cầu proteinoid ".[326]

Các amino acid đã kết hợp để tạo thành proteinoid, và các proteinoid đã kết hợp để tạo thành các hạt cầu nhỏ mà Fox gọi là "vi cầu". Proteinoids của ông không phải là tế bào, mặc dù chúng hình thành các khối và chuỗi gợi nhớ đến vi khuẩn lam, nhưng chúng không chứa acid nucleic chức năng hoặc bất kỳ thông tin mã hóa nào. Dựa trên những thí nghiệm như vậy, Colin Pittendrigh đã tuyên bố vào năm 1967 rằng "các phòng thí nghiệm sẽ tạo ra một tế bào sống trong vòng mười năm", một nhận xét phản ánh sự ngây thơ điển hình đương thời về sự phức tạp của cấu trúc tế bào.[327]

Thế giới lipid

Lý thuyết thế giới lipid giả định rằng vật thể tự nhân bản đầu tiên giống như lipid.[328][329] Người ta đã biết rằng các phospholipid tạo thành lớp kép lipid trong nước khi bị kích động – cấu trúc tương tự như trong màng tế bào. Những phân tử này đã không có mặt trên trái đất, nhưng khác amphiphilic phân tử chuỗi dài cũng tạo màng. Bên cạnh đó, các cơ quan này có thể mở rộng (bằng cách chèn các lipid bổ sung), và dưới mở rộng quá mức có thể trải qua tách tự phát mà bảo tồn cùng kích thước và thành phần lipid trong hai progenies. Ý tưởng chính trong lý thuyết này là thành phần phân tử của các thể lipid là cách sơ khai để lưu trữ thông tin, và sự tiến hóa đã dẫn đến sự xuất hiện của các thực thể polymer như RNA hoặc DNA có thể lưu trữ thông tin một cách thuận lợi. Các nghiên cứu về mụn nước từ các amphiphile tiền sinh học cho đến nay vẫn chỉ giới hạn trong các hệ thống chứa một hoặc hai loại amphiphiles. Điều này trái ngược với đầu ra của các phản ứng hóa học tiền sinh học được mô phỏng, thường tạo ra các hỗn hợp rất không đồng nhất của các hợp chất.[330] Trong giả thuyết về màng hai lớp lipid bao gồm một hỗn hợp của các hợp chất amphiphilic khác nhau, có khả năng xảy ra một số lượng lớn các kết hợp có thể có về mặt lý thuyết trong sự sắp xếp của các amphiphile này trong màng. Trong số tất cả những sự kết hợp tiềm năng này, một sự sắp xếp cục bộ cụ thể của màng sẽ có lợi cho việc tạo thành siêu vòng,[331][332] thực sự là một phản hồi tích cực bao gồm hai chất xúc tác lẫn nhau được đại diện bởi một vị trí màng và một hợp chất cụ thể bị mắc kẹt trong túi.. Các cặp vị trí/tổ hợp như vậy được truyền sang các túi con dẫn đến sự xuất hiện của các dòng khác biệt của các túi có thể cho phép chọn lọc tự nhiên Darwin can thiệp.[333]

Tế bào nguyên mẫu

Tế bào nguyên mẫu là một tập hợp lipid hình cầu, tự tổ chức, tự sắp xếp, được đề xuất như một bước đệm cho nguồn gốc của sự sống.[334] Một câu hỏi trọng tâm trong quá trình tiến hóa là các tế bào nguyên mẫu đơn giản hình thành lần đầu và khác nhau như thế nào trong việc đóng góp sinh sản cho thế hệ sau thúc đẩy sự tiến hóa của sự sống. Mặc dù vẫn chưa đạt được một tế bào nguyên hàm chức năng trong môi trường phòng thí nghiệm, nhưng có những nhà khoa học cho rằng mục tiêu này hoàn toàn có thể đạt được.[335][336][337]

Các túi tự lắp ghép là thành phần chủ yếu của tế bào nhân sơ.[338] Định luật thứ hai của nhiệt động lực học yêu cầu vũ trụ vận động theo hướng mà entropy tăng lên, tuy nhiên sự sống được phân biệt bởi mức độ tổ chức tuyệt vời của nó. Do đó, một ranh giới là cần thiết để tách các quá trình sống khỏi vật chất không sống.[339] Các nhà nghiên cứu Irene Chen và Szostak trong số những người khác, cho rằng các đặc tính hóa lý đơn giản của tế bào nguyên sinh cơ bản có thể làm phát sinh các hành vi thiết yếu của tế bào, bao gồm các hình thức sơ khai của cạnh tranh sinh sản khác biệt và tích trữ năng lượng. Những tương tác hợp tác như vậy giữa màng và các chất được bao bọc của nó có thể giúp đơn giản hóa quá trình chuyển đổi từ các phân tử tái tạo đơn giản sang các tế bào thực sự.[340] Hơn nữa, sự cạnh tranh đối với các phân tử màng sẽ tạo lợi thế cho các màng ổn định, cho thấy một lợi thế chọn lọc cho sự phát triển của các acid béo liên kết chéo và thậm chí cả các phospholipid ngày nay.[340] Sự bao bọc vi mô như vậy sẽ cho phép trao đổi chất bên trong màng, trao đổi các phân tử nhỏ nhưng ngăn cản sự di chuyển của các chất lớn qua màng.[341] Những ưu điểm chính của việc đóng gói bao gồm tăng khả năng hòa tan của hàng hóa chứa bên trong viên nang và tích trữ năng lượng ở dạng gradient điện hóa.

Một cách tiếp cận khác đối với khái niệm về tế bào nguyên mẫu liên quan đến thuật ngữ "chemoton" (viết tắt của "Chemical automaton") dùng để chỉ một mô hình trừu tượng cho đơn vị cơ bản của sự sống do nhà sinh học lý thuyết người Hungary Tibor Gánti đưa ra.[342] Nó là bản tóm tắt tính toán lâu đời nhất được biết đến của một tế bào nguyên mẫu. Gánti hình thành ý tưởng cơ bản vào năm 1952 và hình thành khái niệm này vào năm 1971 trong cuốn sách Các nguyên tắc của cuộc sống (ban đầu được viết bằng tiếng Hungary và chỉ được dịch sang tiếng Anh vào năm 2003). Ông phỏng đoán chemoton là tổ tiên ban đầu của tất cả các sinh vật, hoặc tổ tiên chung phổ quát cuối cùng.[343]

Giả thiết cơ bản của mô hình chemoton là sự sống về cơ bản và về cơ bản phải có ba đặc tính: trao đổi chất, tự sao chép và một màng kép.[344] Các chức năng trao đổi chất và sao chép cùng nhau tạo thành một hệ thống phụ tự xúc tác cần thiết cho các chức năng cơ bản của sự sống, và một màng bao bọc hệ thống con này để ngăn cách nó với môi trường xung quanh. Do đó, bất kỳ hệ thống nào có các đặc tính như vậy đều có thể được coi là còn sống, và nó sẽ chịu sự chọn lọc tự nhiên và chứa thông tin tế bào tự duy trì. Một số người coi mô hình này là một đóng góp đáng kể cho nguồn gốc của sự sống vì nó cung cấp một triết lý về các đơn vị tiến hóa.[345]

Tuy nhiên, một nghiên cứu năm 2012 do Mulkidjanian thuộc Đại học Osnabrück dẫn đầu, cho thấy rằng các vũng hơi địa nhiệt ngưng tụ và làm mát trong đất liền có những đặc điểm lý tưởng cho nguồn gốc của sự sống.[346] Vào năm 2002, các nhà khoa học đã xác nhận rằng bằng cách thêm đất sét montmorillonite vào dung dịch của các mixen acid béo (các quả cầu lipid), đất sét đã tăng tốc độ hình thành mụn nước lên gấp 100 lần.[347] Hơn nữa, các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng các hành động lặp đi lặp lại của quá trình mất nước và bù nước đã giữ lại các phân tử sinh học như RNA bên trong các tế bào lipid được tìm thấy trong các suối nước nóng và cung cấp các tiền đề cần thiết cho quá trình tiến hóa do chọn lọc tự nhiên.[348]

Sự hình thành túi lipid trong nước ngọt

Bruce Damer và David Deamer đã đi đến kết luận rằng màng tế bào không thể hình thành trong nước biển mặn, và do đó phải có nguồn gốc từ nước ngọt. Trước khi các lục địa hình thành, vùng đất khô hạn duy nhất trên Trái Đất sẽ là các đảo núi lửa, nơi nước mưa sẽ tạo thành các ao, nơi lipid có thể hình thành ở giai đoạn đầu tiên hướng tới màng tế bào. Những tiền thân của các tế bào thật này được cho là đã hoạt động giống như một siêu tổ chức hơn là các cấu trúc riêng lẻ, nơi các màng xốp chứa các phân tử sẽ lọt ra ngoài và xâm nhập vào các tế bào nguyên mẫu khác. Chỉ khi các tế bào thực sự tiến hóa, chúng mới dần dần thích nghi với môi trường mặn hơn và đi vào đại dương.[349]

Túi bao gồm hỗn hợp các chất sinh hóa giống RNA

Một mô hình tế bào nguyên mẫu khác là Jeewanu. Được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1963 từ các khoáng chất đơn giản và các chất hữu cơ cơ bản khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nó vẫn được ghi nhận là có một số khả năng trao đổi chất, sự hiện diện của màng bán thấm, amino acid, phospholipid, carbohydrate và các phân tử giống RNA.[350][351] Tuy nhiên, bản chất và đặc tính của Jeewanu vẫn phải được làm rõ.

Tương tác tĩnh điện gây ra bởi các peptide ngắn, tích điện dương, kỵ nước, chứa 7 amino acid có chiều dài hoặc ít hơn, có thể gắn RNA vào màng túi, màng tế bào cơ bản.[352][353]

Kết tủa kim loại-sulfide

William Martin và Michael Russell đã đề xuất

....rằng sự sống đã phát triển trong các kết tủa monosulfide sắt có cấu trúc trong một ụ nhiệt dung dịch tại vị trí thấm ở độ dốc oxy hóa khử, pH và nhiệt độ giữa chất lỏng thủy nhiệt giàu sulfide và nước chứa sắt (II) của đáy đại dương Hadean. Sự phát sinh tự nhiên, ngăn ba chiều được quan sát bên trong các kết tủa sulfide kim loại ở vị trí thấm hóa thạch cho thấy rằng những ngăn vô cơ này là tiền thân của thành tế bào và màng tế bào được tìm thấy ở sinh vật nhân sơ sống tự do. Khả năng đã biết của FeS và NiS để xúc tác quá trình tổng hợp acetyl-metylsulfide từ carbon monoxide và methylsulfide, các thành phần của chất lỏng thủy nhiệt, cho thấy rằng quá trình tổng hợp tiền sinh vật xảy ra ở bề mặt bên trong của các ngăn có vách kim loại-sulfide này..."[354]