有些人认为，最早的生命源于能够自我复制的分子，这些分子可以发生突变，甚至能够进化。但仅凭这一点或许还不够。

地球上几乎没有任何角落是生命未曾立足的。生物塑造着云层、气候，甚至岩石。然而，大约40亿年前，生命最初如何在一颗荒芜的行星上出现，仍是科学界最大的问题之一。许多研究人员认为，自我复制——可靠地储存和复制遗传信息的能力——是生命最核心的能力。如果真是这样，那么最早的生命形式想必需要今天生命用来储存和复制遗传信息的那类生物分子。

DNA分子是这一过程的主角；它编码蛋白质分子的形态，而蛋白质分子使细胞内的化学反应得以进行。为了把DNA中的遗传信息转化为蛋白质的化学结构，细胞会使用RNA。问题在于，在现代细胞中，蛋白质参与这一过程的每一个步骤：细胞分裂时，蛋白质复制DNA；蛋白质把DNA转录为RNA；蛋白质还帮助利用RNA制造更多蛋白质。这就造成了一个先有鸡还是先有蛋的问题：没有DNA，细胞就无法制造有用的蛋白质；但一开始制造DNA又需要蛋白质。

20世纪80年代末一项关于RNA的发现似乎打破了这一僵局。研究人员发现，除了帮助把遗传信息转化为蛋白质之外，有些RNA还能充当催化剂，促成化学反应。这些RNA被称为核酶（ribozyme），这个名字参照了被称为酶的蛋白质催化剂。核酶的存在表明，RNA既能携带遗传序列信息，又能充当催化剂，从而同时承担DNA和蛋白质的工作。这使得一种设想变得合理：在最早时期，生命——或者说生命出现之前的复杂化学——完全围绕RNA展开。根据这种由物理学家转行为生物学家的沃尔特·吉尔伯特所倡导的图景，生命始于一个“RNA世界”。

那么可以想象，在前生命地球上的某处，单个核苷酸分子出现，并自发地、随机地连接成链。偶然之间，在某个重大的一天，其中一条核苷酸链获得了正确的序列，成为一种核酶，能够帮助其他RNA形成。这样的前生命核酶甚至可以充当自催化剂，能够复制自身。1996年，当研究人员创造出一种确实能把单个核苷酸拼接起来形成RNA的核酶时，这一理论得到了推动。这提高了RNA能够自我复制的前景。

由于这种复制容易受到分子世界随机噪声的影响，错误就会发生。一些复制出的RNA序列会与其母体略有不同。有了这样的突变，达尔文式进化就成为可能：自然选择会青睐那些以更快速度进行复制的突变复制者。

这些原始的、不断进化的分子系统本身并不会是“活的”。然而，很容易想象，一些RNA分子如何能进化出催化代谢过程或制造其他复杂生物分子的形式——从那里，通往第一批真正有生命的原始细胞的道路便进入视野。

这个想法被称为“RNA世界”，理论上听起来不错。但这一假说存在问题。2019年，索尔克研究所的RNA生物学家杰拉尔德·乔伊斯及其同事正在探索一种在实验室中制造新核酶的方法。他们首先创造能够制造其他RNA的合成核酶。然后，他们稍微打乱这些核酶的序列，让它们进行人工进化。尽管他们最终找到了一种能够合成其“进化”来源RNA的核酶，但乔伊斯及其同事发现，每一轮进化中引入的突变往往会破坏催化行为。在连续每一代中，极少数突变体完全保留了构建其他RNA分子的能力。总而言之，这些实验表明，自我维持的RNA进化似乎很困难。

更重要的是，乔伊斯的所有核酶都很大，可能由几百个左右相连的核苷酸组成。然而，目前的实验只产生了相对很小的RNA的自发组装——大约10到15个核苷酸长。从小而零碎的RNA的随机组装，到能够形成大分子、更不用说复制和进化的RNA世界，这是一个巨大的跨越。像这样的功能分子随机组装起来，然后在某个原始汤池中自我维持，其概率似乎微乎其微。

但RNA世界的信徒们有理由保持希望。英国医学研究理事会分子生物学实验室的生物学家菲利普·霍利格及其同事最近的工作表明，自我复制的RNA不必像乔伊斯的核酶那么大。在他们自己的RNA人工进化实验中，霍利格的团队在小型RNA（长度在20到40个核苷酸之间）中寻找催化活性，并允许每个突变周期中长度发生微小变化。他们发现了一个45个核苷酸的分子，将其命名为QT45（“非常小”），它可以抓住另一条RNA链并复制它。霍利格说：“原则上，它可以复制任何序列。”他还补充说，自发获得一个45个核苷酸的分子“似乎并不是不合理的请求”。事实上，研究人员表示，即使QT45被分成两个片段，催化活性也可能得以维持，因为这些部分应该仍然能够各司其职。

研究人员还在大约10万亿个不同分子的起始池中发现了另外两个具有类似活性的、大小相当的小RNA。霍利格说，考虑到这么多分子只包含了这种长度的所有可能RNA序列的千亿分之一，这实际上是一个相当不错的命中率。这表明，小RNA中的这种自我复制能力可能足够常见，以至于这类分子可能在某种原始汤中的随机RNA中很容易出现。

这个“可能”承担了很大的分量。目前尚不清楚早期地球上是否存在过RNA世界的生态位，无论是在地理上还是时间上。霍利格及其同事已经表明，导致指数增长的RNA复制轮次，可以由酸度的周期性变化以及溶液冻结和解冻的循环来驱动——这在年轻地球的冰封两极是一种可能的情景。但任何潜在的栖息地都必须对生命友好足够长的时间，以便生命的火花得以点燃。

也许最重要的是，目前还不清楚RNA世界是否真正有生命。生命不仅仅是自我复制的遗传信息载体——它还需要更多成分，特别是某种形式的代谢，以从环境中获取能量并用其制造有用的分子。无论生命如何开始，它可能需要的不仅仅是一串核苷酸。

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