生命の起源

ビッグバン直後、およそ140億年前、宇宙に存在していた化学元素は、周期表で最も軽い3つの原子である水素、ヘリウム、リチウムのみでした。これらの元素は徐々に巨大なガス雲に凝縮し、重力によって回転する原始星円盤に崩壊しました。これらの円盤の高温高密度の中心部での物質の重力による集積により、水素の核融合によって最初の星が形成されました。^{[ 52 ]}初期の星は質量が大きく寿命が短く、恒星核合成によってより重い元素をすべて生成しました。このような元素形成は、最も安定な元素である鉄-56まで続きます。より重い元素は、星のライフサイクルの終わりに起こる超新星爆発で形成されました。

炭素は現在、宇宙で4番目に豊富な元素であり、主に白色矮星で形成されました。^{[ 53 ]}これらの星が寿命を終えると、炭素や酸素などのより重い元素を宇宙全体に放出しました。これにより、岩石惑星の形成が可能になりました。^{[ 54 ]}

星雲説によれば、太陽系は46億年前に巨大分子雲の一部が重力崩壊して形成され始めた。崩壊した質量の大部分は中心部に集まり太陽を形成し、残りは原始惑星系円盤に平らになり、そこから惑星が形成された。^{[ 55 ]}

地球の年齢は、太陽系で最も古い物質である炭素質コンドライト隕石中のカルシウム・アルミニウムに富む包有物の放射年代測定により、4.54 Gya であることが判明した。 ^{[ 56 ] [ 57 ]}冥王代 (形成から 4.031 Gya まで)の間、地球は当初生命にとって不向きな環境であった。形成中に地球は初期質量の大部分を失い、分子状水素と元の不活性ガスの大部分を保持する重力がなかった。 ^{[ 58 ]} 4.48 Gya の地球の初期集積後まもなく、仮説上の衝突天体であるテイアとの衝突により、最終的に月を形成する破片が放出されたと考えられている。^{[ 59 ]}この衝突により地球の一次大気が除去され、粘性のあるケイ酸塩と二酸化炭素の雲が残された。この不安定な大気は短命で、すぐに凝縮して地球の大部分のケイ酸塩を形成し、水蒸気、窒素、二酸化炭素を主成分とし、少量の二酸化炭素、水素、硫黄化合物を含む大気を残しました。^{[ 60 ] [ 61 ]}二酸化炭素が水に溶けたことで、海はわずかに酸性になり、pHは約5.5になったと考えられています。^{[ 62 ]}

液体の海を形成する凝縮は、月形成衝突と同じくらい早い時期に起こったと理論づけられている。^{[ 63 ] [ 64 ]}このシナリオは、西オーストラリアのマウント・ナリエールの変成石英岩から採取された、 δ ¹⁸ O値の高い4.404 Gya のジルコン結晶の年代測定によって裏付けられている。 ^{[ 65 ] [ 66 ]}冥王代の大気は、現在でも非生物的化学反応を支えている火山ガスに似た「巨大で生産的な屋外化学実験室」として特徴づけられている。初期のプレートテクトニクスによる火山活動の増加が見込まれるにもかかわらず、地球は 4.4 ～ 4.3 Gya の間は主に水の世界であった可能性がある。この海の上に地殻が露出していたかどうかは議論の余地がある。^{[ 67 ]}月形成衝突直後、地球には大陸地殻がほとんど、あるいは全くなく、大気は乱流で、水圏はT タウリ段階の太陽からの強い紫外線にさらされていたと考えられる。また、宇宙放射線や小惑星や彗星の衝突も続いた。^{[ 68 ]}

後期重爆撃 仮説は、冥王代と始生代初期の4.1 ～ 3.8 億年前に激しい衝突の期間があったと仮定している。^{[ 69 ] [ 70 ]}当初、後期重爆撃は 3.9 億年前に発生した単一の大災害衝突イベントであると考えられていた。これは、液体の海を揮発させ、光合成に必要な太陽光を遮断することで地球を不毛にし、生命の最も初期の出現を遅らせる可能性があった。^{[ 71 ]}最近の研究では、後期重爆撃の強度と不毛化の可能性に疑問が呈されている。それが単一の巨大な衝突ではなく、衝突頻度が高まった期間であった場合、破壊力ははるかに低かっただろう。^{[ 72 ] [ 73 ]} 3.9 億年という年代は、主にインブリウム盆地付近で収集されたアポロ計画のサンプルリターンの年代測定から得られたものであり、記録された衝突の年代に偏りがある。^{[ 74 ]}月面の衝突モデリングによると、3.9 Gya に大災害が発生したのではなく、小規模で短期間の衝突が複数回発生した可能性が高いことが明らかになった。^{[ 75 ]}地球のデータもこの考えを裏付けており、3.9 Gya マーカーの前後に岩石記録に複数の噴出物期間があることを示し、初期の地球は絶滅への影響は少ないものの、継続的な衝突にさらされていたことを示唆している。^{[ 76 ]}

生命が水深10メートル以上の海中で進化していたとしたら、後期の衝突と当時の太陽からの高レベルの紫外線放射の両方から守られていただろう。利用可能なエネルギーは100～150  ℃で最大となり、これは超好熱性細菌と好熱性好酸性古細菌が生息する温度である。^{[ 77 ]}

地質記録の証拠に基づくと、生命は地球上で4.32～3.48億年前に出現した可能性が最も高い。2017年には、生命の最古の物理的証拠は、ケベック州北部のヌヴアギットゥク・グリーンストーン・ベルトにある、少なくとも3.77億年前、場合によっては4.32億年前の縞状鉄鉱層岩中の微生物岩であると報告された。これらの微生物は、冥王代の4.4億年前の海洋形成直後に、熱水噴出孔の沈殿物の中に生息していた可能性がある。これらの微生物は現代の熱水噴出孔細菌に似ており、生命の起源がそのような環境で始まったという見解を裏付けている。^{[ 78 ]その後の研究では、このデータの解釈に異議を唱え、これらの観察結果は、シリカに富む水中の非生物的プロセス[ 79 ]} 、 「ケミカルガーデン」^{[ 80 ]}、循環する熱水流体^{[ 81 ]} 、または火山噴出物によってよりよく説明できる可能性があると述べた。^{[ 82 ]}

生物起源のグラファイトは、グリーンランド南西部の 3.7 Gya の変成堆積岩^{[ 83 ]}や、西オーストラリア州ピルバラ地域の3.49 Gyaのチャートの微生物マット化石から発見されている。^{[ 84 ]}グリーンランド南西部のイスア超地殻帯近くのアキリア島の岩石（3.7 Gya に遡る）には、初期生命の証拠として生物起源の炭素同位体が見られる。^{[ 85 ]}イスア超地殻帯の他の部分では、ガーネット結晶内に閉じ込められたグラファイト包有物が、酸素、窒素、そしておそらくリン酸塩の形でリンといった生命の他の元素と結びついており、3.7 Gya の生命のさらなる証拠となっている。^{[ 86 ]}西オーストラリアのピルバラ地域では、化石化した海岸の黄鉄鉱を含む砂岩から、酸素がない状態で光合成によって硫黄を酸化する丸い管状細胞が見つかり、初期生命の有力な証拠となった。[ ^{87 ] [ 88 ]ジャック}ヒルズのジルコンのグラファイト包有物の炭素同位体比から、地球上に生命が41億年前から存在していた可能性が示唆されている。^{[ 89 ]} 2024年の研究では、化石微生物からの較正を用いて、LUCA以前の遺伝子重複を分析し、LUCAの年齢を約42億年前（40億9000万～43億3000万年前）と推定しており、これは生命の起源からこれまで考えられていたよりもずっと早い時期である。^{[ 90 ]}  

西オーストラリア州のピルバラ地域には、ストロマトライトと呼ばれる層状構造を含む、34.8億年前の岩石からなるドレッサー層が存在する。現代のストロマトライトは、シアノバクテリアなどの光合成微生物によって作られる。^{[ 91 ]}これらは変形していない熱水堆積層の中にあり、その構造は生物起源を示している。ドレッサー層の一部には陸上の温泉が保存されているが、他の地域は浅い海であったようだ。^{[ 92 ]}分子時計分析によると、LUCAは39億年前より前に出現したと示唆されている。^{[ 93 ]}

多環芳香族炭化水素(PAH) は、観測可能な宇宙で最も一般的で豊富な多原子分子であり、炭素の主要な貯蔵庫です。^{[ 99 ] [ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]}これらはビッグバンの直後に形成されたと考えられており、^{[ 110 ] [ 108 ] [ 109 ]}新しい星や系外惑星と関連付けられています。^{[ 99 ]}これらは地球の原始海の構成要素である可能性が高いです。^{[ 110 ] [ 108 ] [ 109 ]} PAH は星雲^{[ 111 ]}や星間物質、彗星、隕石で検出されています。^{[ 99 ]}

初期には太陽に似た恒星HH 46-IRは、シアン化合物、炭化水素、一酸化炭素などの分子を含む物質の円盤に囲まれています。星間物質中のPAHは、水素化、酸素化、水酸化によって、生細胞で使用されるより複雑な有機化合物に変換される可能性があります。^{[ 112 ]}

星間塵粒子によって地球にもたらされた有機化合物は、その特異な表面触媒活性のおかげで、複雑な分子の形成を助けることができる。 ^{[ 113 ] [ 114 ]}マーチソン隕石中のRNA成分ウラシルおよびキサンチンを含む関連分子は、 ^12C / ^13C同位体比の研究から示唆されるように、地球外で形成された可能性が高い。[ ^{115 ] NASA}の隕石の研究では、4つのDNAヌクレオ塩基（アデニン、グアニンおよび関連有機分子）すべてが宇宙空間で形成されたことが示唆されている。^{[ 113 ] [ 116 ] [ 117 ]}宇宙に浸透している宇宙塵には、星によって急速に生成される可能性のある複雑な有機物（「芳香族-脂肪族構造が混在する非晶質有機固体」）が含まれている。^{[ 118 ]}糖分子でありRNAの前駆体であるグリコールアルデヒドは、原始星周辺や隕石を含む宇宙領域で検出されている。^{[ 119 ] [ 120 ]}

アレクサンダー・ブトレロフは1861年に、ホルムアルデヒドをカルシウムなどの二価金属イオンとともに塩基性条件下で加熱すると、ホルモース反応によってテトロース、ペントース、ヘキソースなどの糖が生成されることを示した。R. ブレスローは1959年に、この反応は自己触媒的であると提唱した。^{[ 124 ]}

グアニンやアデニンなどの核酸塩基は、シアン化水素（HCN）やアンモニアなどの単純な炭素源や窒素源から合成できます。^{[ 125 ]}初期の地球では、HCNは大きな衝突後の一時的な高還元性大気中で光化学反応によって供給されたと考えられます。^{[ 126 ]}水とHCNの反応から生じるホルムアミドは、地球の鉱物で温められると、4つのリボヌクレオチドすべてを生成します。^{[ 127 ] [ 128 ]} HCNは、アミノ酸グリシンの合成などの化学プロセスに寄与することができます。^{[ 61 ]}

ウラシル、シトシン、チミンなどのDNAおよびRNA成分は、隕石由来のピリミジンなどの出発物質を用いて、宇宙空間の条件下で合成することができる。ピリミジンは、赤色巨星、星間塵、ガス雲、または小惑星衝突後のシアノアセチレンなどの前駆物質を介して地球上で形成された可能性がある。 ^{[ 129 ] [ 130 ]} 4つのRNA塩基はすべて、地球外衝突のような高エネルギー密度イベントでホルムアミドから合成される可能性がある。^{[ 131 ]} RNA形成のためのいくつかのリボヌクレオチドは、自己触媒ホルモース反応を介して生命前駆条件を再現する実験室環境で合成されている。^{[ 132 ]}

無機物から塩基を合成する他の経路も報告されている。^{[ 133 ]}凍結温度は、HCN などの主要な前駆体を濃縮することにより、プリンの合成を助ける。^{[ 134 ]}しかし、アデニンとグアニンは凍結条件を必要とするが、シトシンとウラシルは沸騰温度を必要とする場合がある。^{[ 135 ]}アンモニアとシアン化物を冷凍庫に 25 年間放置すると、氷の中に 7 つのアミノ酸と 11 種類の核酸塩基が形成された。 ^{[ 136 ] [ 137 ]} S-トリアジン(代替核酸塩基)、シトシンとウラシルを含むピリミジン、およびアデニンは、還元雰囲気下でスパーク放電を伴う凍結融解サイクルを尿素溶液にかけることによって合成できる。^{[ 138 ]}これらの低温反応は、共晶凝固により急速に進行し、不純物が氷の中の微細な液体のポケットに密集する。^{[ 139 ]}

前生物ペプチドの合成は、いくつかの経路で起こり得た。高温・高濃度の条件下では凝縮がエネルギー的に有利になるという経路もあれば、前生物的な凝縮剤を用いる経路もある。^{[ 140 ]}

特異的に濃縮された環境でのペプチド形成の実験的証拠は、湿潤乾燥サイクルと特定の塩の存在がグリシンのポリグリシン鎖への自発的縮合を大幅に増加させることを示唆する研究によって強化されている。^{[ 141 ]}他の研究では、黄鉄鉱、方解石、ルチルなどの鉱物表面がペプチド縮合を触媒する一方で、加水分解も触媒することを示唆している。著者らは、十分な濃度でペプチドを生成するには、追加の化学的活性化またはカップリングが必要になると示唆している。したがって、鉱物表面触媒作用は重要ではあるが、ペプチド合成にはそれだけでは十分ではない。^{[ 142 ]}

生命誕生以前の段階で存在しうる凝縮/活性化剤として、シアナミド、ジシアナミド、ジシアンジアミド、ジアミノマレオニトリル、尿素、トリメタリン酸塩、NaCl、CuCl _2、 (Ni,Fe)S、CO、カルボニル硫化物(COS)、二硫化炭素(CS ₂ ) _、 SO _2、リン酸二アンモニウム(DAP)など、多くのものが特定されている。^{[ 140 ]}

2024年の実験では、深海の熱水噴出孔を模倣した熱流の下にある、網状の細い亀裂を持つサファイア基板を使用して、希薄な混合物から生命誕生以前の構成要素を最大3桁濃縮しました。これは、ペプチドなどの生体高分子の生成に役立つ可能性があります。^{[ 143 ]}粘土についても同様の役割が示唆されていますが、^{[ 144 ]}この推測は実験的証拠によって裏付けられていません。

_{CO、NH 3} 、Cなどのより単純な分子からペプチドを合成する前生物的合成は、アミノ酸形成の段階を省略して非常に効率的である。^{[ 145 ] [ 146 ]}

初期の微化石は、メタン、アンモニア、二酸化炭素、硫化水素などのガスが充満した高温の世界から来た可能性があり、これらのガスは現在の多くの生物にとって有毒である。^{[ 223 ]}生命の系統樹の分析では、好熱性および超好熱性の細菌と古細菌が根元に最も近い位置にあり、生命は高温環境で進化してきた可能性があることを示唆している。^{[ 224 ]}深海またはアルカリ性熱水噴出孔説は、生命は海底熱水噴出孔で始まったと仮定している。^{[ 225 ] [ 226 ]}ウィリアム・マーティンとマイケル・ラッセルは、これが細胞壁の前駆体として機能する金属硫化物壁の区画で起こった可能性があると示唆している。^{[ 42 ]}

これらは、超苦鉄質カンラン石が海水で蛇紋岩化し、二酸化炭素を多く含む海水とのpH界面が形成された結果、水素を多く含む流体が海底から噴出する場所で形成されます。これらの噴出孔は、電子供与体（分子状水素）が電子受容体（二酸化炭素）と反応する酸化還元反応から得られる持続的な化学エネルギー源を形成します。鉄硫黄世界理論を参照してください。これらは発熱反応です。^{[ 225 ] [ b ]}

ラッセルは、アルカリ性噴出孔が非生物起源のプロトン駆動力化学浸透勾配を作り出すことを実証した^{[ 42 ]} 。これは生命の起源に理想的である。これらの微細な区画は「有機分子を濃縮する自然な手段を提供する」ものであり、マッキナワイトなどの鉄硫黄鉱物で構成されており、これらの鉱物細胞にギュンター・ヴェヒターシャウザーが想定した触媒特性を与えている^{[ 227 ]}。この膜を横切るイオンの移動は、2つの要因に依存する^{[ 162 ]。}

1. 濃度勾配によって生じる拡散力—イオンを含むすべての粒子は高濃度から低濃度へと拡散する。 ^{[ 162 ]}
2. 電気ポテンシャル勾配によって生じる静電気力—陽イオン（プロトンH ⁺など）は電気ポテンシャルに沿って拡散し、陰イオンは反対方向に拡散する。^{[ 162 ]}

これら2つの勾配は合わせて電気化学勾配として表現でき、非生物的合成のためのエネルギーを提供する。プロトン駆動力は、膜を横切るプロトンと電圧勾配（プロトン濃度と電位の差）として蓄えられたポテンシャルエネルギーを測定する。^{[ 162 ]}

深海熱水噴出孔内部の鉱物粒子の表面は、酵素と同様の触媒特性を持ち、印加電圧またはH₂_またはH₂S_との反応によって、水中の溶解CO₂から_{メタノール}（ CH₃OH _）やギ酸、酢酸、ピルビン酸などの単純な有機分子を生成することができる。^{[ 228 ] [ 229 ]}

1981 年以降、研究者たちは生命は熱水噴出孔で始まった可能性があると提唱し、^{[ 230 ] [ 231 ] [ 232 ]}地球の地殻における岩石と水の相互作用による熱力学的に不均衡な自発的な化学反応が生命の起源を支えたと提唱し、^{[ 233 ] [ 234 ]}古細菌と細菌の創始系統は CO2 をエネルギー代謝の最終受容体として利用する H2 依存性の独立栄養生物であったと_提唱した。[ ₂₃₅ ^{] 2016年}、マーティンは LUCA が「生存するために噴出孔の地熱エネルギーに大きく依存していた可能性がある」と示唆した。^{[ 10 ]}同年、深海噴出孔をシミュレートした合成アルカリ性熱水チムニーで RNA が生成された。^{[ 236 ]}研究者たちは最大 4 単位の長さの RNA オリゴマーを生成することができた。このRNAは活性化リボヌクレオチドを用いて合成された。さらに、これらのRNAオリゴマーは特定の条件下でのみ合成可能であった。^{[ 237 ]}

深海の熱水噴出孔の孔は、生化学反応を促進する膜結合区画で満たされていたと考えられている。^{[ 238 ] [ 239 ]}クレブス回路、糖新生、アミノ酸生合成経路、解糖、ペントースリン酸経路の代謝中間体、リボースなどの糖類、脂質前駆体は、深海のアルカリ性熱水噴出孔に関連する条件下で非酵素的に生成される可能性がある。^{[ 240 ]}

深海の熱水環境がその場所だったとすれば、生命は早くも誕生した可能性がある。4.0～4.2 億年前。生命が10メートル以上の深さの海で進化していたとしたら、衝突と当時の高いレベルの太陽紫外線放射の両方から守られていただろう。熱水噴出孔で利用可能なエネルギーは100～150  ℃で最大となり、これは超好熱性細菌と好熱好酸性古細菌が生息する温度である。^{[ 241 ] [ 242 ]}

超好熱性は細菌と古細菌の収斂進化の結果である可能性があり、中温環境の方が可能性が高いとされている。^{[ 243 ] [ 244 ]}

熱水噴出孔における前生物有機化合物の生成量は推定で10 ⁸  kg/年。^{[ 245 ]}メタンなどの主要な生命前駆物質は、ミラー・ユーリー実験環境よりも噴出孔でははるかに低い濃度で存在します。一部の有機化合物は、他の地質学的プロセスによって形成され、噴出孔に受け継がれたことが現在では理解されています。たとえば、メタンは、マグマ炭素から海洋地殻のより深い部分で形成された溶出流体包有物に由来する可能性が高いです。^{[ 246 ] [ 245 ] [ 247 ]}

海水による強い希釈のため、熱水噴出孔は前生物物質を濃縮しません。この開放系では化合物が噴出孔の鉱物を通して循環するため、蓄積する滞留時間がほとんどありません。^{[ 248 ]}すべての現代の細胞はヌクレオチドの骨格にリン酸、タンパク質の形成にカリウムに依存しているため、最初の生命体もこれらの機能を共有していた可能性が高いです。これらの元素は太古代の海洋には大量には存在しませんでした。しかし、リン酸は現代のラストチャンス湖のように湖に濃縮されることがあります。^{[ 249 ]}海底熱水噴出孔は高分子を重合させる凝縮反応には適していません。^{[ 250 ] [ 251 ]}

以前の議論では、主要なポリマーは凝縮後に小胞にカプセル化されるが、これは塩水では起こらないと考えられていた。しかし、塩分は低多様性の脂肪酸混合物からの小胞形成を阻害するが、^{[ 252 ]}より広範で現実的な脂肪酸と 1-アルカノール種の混合物からの小胞形成はより強固である。^{[ 253 ] [ 252 ]}

これまでの研究では、想定される熱水噴出孔の条件下で糖類、アミノ酸、ヌクレアーゼ、ヌクレオシド、ヌクレオチド、または膜形成脂肪酸の合成を実験的に実証できたものはない。^{[ 254 ]}

ほとんどの分岐系統樹は好熱性または超好熱性であり、LUCAとそれ以前の生命体も同様に好熱性であった可能性がある。温泉は地熱活動による地下水の加熱によって形成される。この交差点により、深く浸透する水と、侵食された大陸堆積物を運ぶ地表流出水からの物質の流入が可能になる。相互接続された地下水系は、生命をより広い地域に分布させるメカニズムを作り出す。^{[ 241 ]}

ムルキジャニアンと共著者らは、海洋環境では細胞に普遍的に見られるイオンバランスと組成、あるいは必須タンパク質やリボザイムに必要なイオン、特に高いK ⁺ /Na ⁺比、Mn2 ⁺、Zn2 ⁺、リン酸塩濃度が満たされていないと主張している。彼らは、このような環境はカムチャツカの温泉に似た温泉だけだと主張している。^{[ 257 ]}嫌気性雰囲気のこれらの環境にある鉱床は適切なpHを持ち、有害な紫外線を吸収する光触媒硫化物鉱物の沈殿物を含み、熱水環境における化学反応と、噴出口から隣接するプールへの輸送中の紫外線への曝露の両方によって生成される生体高分子の自発的な形成に十分な基質溶液を濃縮する湿潤乾燥サイクルがある^だろう。^{[ 258 ]} [ ^{259 ] [ 260 ]}仮説上の生命前環境は熱水噴出孔に似ており、LUCAの特異性を説明するのに役立つ追加の要素がある。^{[ 257 ] [ 181 ]}

LUCAに由来すると考えられるタンパク質の系統ゲノム解析と地球化学分析によると、その細胞内液のイオン組成は温泉のイオン組成と同一であることが示されています。LUCAは成長のために合成有機物に依存していたと考えられます。^{[ 257 ]}実験では、RNA様ポリマーは湿潤乾燥サイクルと紫外線照射によって合成できることが示されています。これらのポリマーは凝縮後に小胞にカプセル化されました。^{[ 252 ]}温泉の有機物の潜在的な供給源は、惑星間塵粒子、地球外の飛来物、または大気または地球化学合成によって運ばれた可能性があります。温泉は冥王代の火山性陸塊に豊富にあった可能性があります。^{[ 181 ]}

水面における中温性起源説は、ダーウィンの「暖かい小さな池」の概念とオパーリン・ホールデン仮説から発展した。温帯気候下の淡水域は、単純な生命体に適した環境条件を提供しながら、生命の前駆物質を蓄積することができる。太古代の気候は不確かである。地球化学的指標とモデルによる大気復元では、地表温度を0～40  ℃に保つのに十分な温室効果ガスが存在していたことが示唆されている。もしそうであれば、その温度は生命の誕生に適していたことになる。^{[ 261 ]}

生体分子研究による中温性の証拠には、ガルティエのG+Cヌクレオチド温度計が含まれる。G+Cは、A+Tヌクレオチド間には存在しない追加の水素結合による安定性が加わるため、好熱菌でより豊富である。現代の生命体のrRNA配列解析は、 LUCAの再構築されたG+C含有量が中程度の温度を反映していた可能性が高いことを示している。 ^{[ 244 ]}

今日の好熱菌の多様性は、LUCAから受け継がれた形質ではなく、収斂進化と水平遺伝子伝達の結果である可能性がある。^{[ 262 ]}逆ジャイレーストポイソメラーゼは、DNAの巻き込みを可能にするため、好熱菌と超好熱菌にのみ見られる。^{[ 263 ]}この酵素は、機能するために複雑な分子ATPを必要とする。生命の起源が、膜はおろかATPさえ進化させていない単純な生物を含むと仮定すると、逆ジャイレースの存在はありそうもない。さらに、系統発生学的研究は、逆ジャイレースが古細菌に起源を持ち、水平遺伝子伝達によって細菌に伝達されたことを示しており、LUCAには存在しなかったことを示唆している。^{[ 264 ]}

コールドスタート理論は、広大な氷に覆われた領域を前提としている。恒星進化モデルは、太陽の光度が現在よりも約25%弱かったと予測している。フューエルナーは、この太陽エネルギーの大幅な減少によって氷の惑星が形成されたであろうが、温室効果によってもたらされた可能性のある液体の水の存在を示す強力な証拠があると述べている。これは、初期の地球には液体の海と氷の極の両方があったことを意味する。^{[ 265 ]}

氷床や氷河の融解によって形成される氷の融解は淡水プールを作り出し、湿潤と乾燥のサイクルが可能な別のニッチとなる。表面のプールは強い紫外線にさらされるが、氷の中や下の水域は遮蔽され、氷の亀裂を通して露出した領域とつながっている。衝突による融解は淡水と隕石の流入を可能にし、生命の前駆的な要素を作り出す。^{[ 266 ]}海水に近いレベルの塩化ナトリウムは脂肪酸膜の自己組織化を不安定化させ、淡水環境は初期の膜生命にとって魅力的なものとなる。^{[ 267 ]}

氷のような環境では、暖かい環境で起こるより速い反応速度と引き換えに、より大きなポリマーの安定性と蓄積が増加するだろう。^{[ 268 ]}約20℃のエウロパのような条件をシミュレートした実験では 、アミノ酸とアデニンが合成され、ミラー・ユーリー型の合成が低温で起こり得ることが示されている。^{[ 137 ]} RNAワールドでは、リボザイムは後のDNA-RNA-タンパク質ワールドよりもさらに多くの機能を持っていたであろう。RNAが機能するためには、折り畳むことができなければならないが、このプロセスは30  ℃を超える温度によって阻害される。好冷性生物ではRNAの折り畳みは遅いが、加水分解も遅いため、折り畳みはより成功する。短いヌクレオチドは高温の影響を受けないだろう。^{[ 269 ] [ 270 ]}