Alcuni aminoacidi sono stati trovati nei meteoriti. Così sembra che siano stati già presenti nella nebulosa da cui il sistema planetario si è condensato. Molecole organiche complesse sono stati trovate anche in nubi molecolari interstellari. Ci sono anche stati misure che sembrano di rilevare l'aminoacido più semplice, la glicina, ma i risultati sono controversi. Il passo successivo, mettendo i blocchi di base insieme per formare le moecole di DNA o di RNA, è molto più difficile. Questo appare come il paradosso del pollo e delle uova: le informazioni contenute nel DNA sono necessarie per produrre le proteine, e le proteine sono necessarie per la catalizzare la produzione dei nucleotidi, che sono gli elementi costitutivi degli acidi nucleici. Così chi è venuto prima? Nel 1980 Sidney Altman e Thomas Cech trovarono che alcune molecole di RNA possono agire come catalizzatori. Poichè l'RNA assomiglia al DNA, può memorizzare materiale genetico in una certa misura. Quindi non vi è alcuna necessità di DNA e proteine. Anche i frammenti di RNA non possono essere sintetizzati facilmente, ma agiscono come enzimi e possono replicarsi, e si assume che l'evoluzione chimica iniziale all'origine conduca a molecole di RNA brevi e relativamente semplici. Alla fine alcuni poi si sono combinati per formare RNA più complesso, alcuni dei quali sono stati meglio adattati all'ambiente o per replicarsi più velocemente o per essere più durevole. Così la selezione naturale ha iniziato a produrre più complesse molecole; questa evoluzione chimica stava lavorando già prima che la vita reale è emersa.
Le prime strutture cellulari potrebbero essere evolute da molecole asimmetriche o lipidi, un'estremità delle quali che attirano acqua e l'altra estremità respinge l'acqua. In acqua tali molecole tendono a formare membrane a due strati con la parte esterna idrofila e la parte interna idrofoba. Inoltre su tali membrane si formano spontaneamente vescicole sferiche. Se è successo che l'RNA sia riuscito ad entrare in una tale membrana, potrebbe essere stato protetto dall'ambiente, e potrebbe essere stato contenuto all'interno del proprio ambiente chimico. In alcuni casi questo avrebbe potuto migliorare la sua replicazione e aver quindi condotto ad aumentare ulteriormente la sua concentrazione entro le vescicole.
Attualmente è ipotizzato che le prime forme di vita primitiva erano RNA vivi. L'RNA ha, tuttavia, alcuni inconvenienti. Non è stabile come DNA e la replicazione è non è accurata come la replicazione mediata da proteina del DNA. L'evoluzione dell' RNA ha portato infine alla comparsa di molecole di DNA. Dal momento che il DNA è superiore a RNA causa alla sua stabilità, presto ha assunto il ruolo di trasmettitore di informazioni. Attualmente l'energia della luce solare è utilizzata dalle piante e alcuni batteri nella fotosintesi, che produce carboidrati da acqua e anidride carbonica. Vi sono anche organismi che non hanno bisogno di luce solare, ma possono utilizzare l'energia chimica per la produzione di materia organica con un processo chiamato chemiosintesi. Tali organismi sono stati trovati per esempio nei pressi di sorgenti idrotermali sulle dorsali oceaniche. Queste aperture espellono acqua calda ricca di minerali nell'oceano. Anche se la temperatura può essere alta come 400° C, l'alta pressione impedisce all'acqua di bollire. Anche se questa acqua è troppo calda per la vita, ci sono regioni attorno alle aperture dove la temperatura è adatta per i termofili. Potrebbero essere state le prime forme di vita, nel qual caso la vita non è emersa in uno stagno caldo darwiniano ma in un bollitore caldo a pressione.
Questo tipo di approccio dal basso verso l'alto cerca di costruire vita dai semplici componenti già disponibili nello spazio interstellare. Un altro approccio, il metodo dall'alto verso il basso cerca di rintracciare la vita indietro nel tempo, per quanto possibile. Le più antiche rocce di sedimenti sulla Terra, trovati in Isua nella Groenlandia occidentale, sono vecchie di 3,8 Ga. Dal momento che contengono sedimenti, depositati da acqua, e lave a cuscino, formata in acqua, la temperatura in quel momento non poteva avere un valore molto diverso da quello attuale. La luminosità solare era inferiore rispetto al giorno d'oggi, ma la differenza era compensata da una maggiore quantità di decadimento di materiali radioattivi e calore emesso dalla Terra appena nata. I più vecchi segni di vita sono, però, solo rapporti di isotopi che possono essere interpretati come risultato di vita batterica. L'isotopo di carbonio 12C è di circa 100 volte più abbondante del più pesante isotopo 13C. L'isotopo più leggero è più reattivo e tende ad essere arricchito in organismi viventi. Nelle rocce Isua ci sono sedimenti con un piccolo eccesso di 12C, che potrebbe indicare la presenza di vita.
Nel Gruppo Warrawoona in Australia ci sono vecchie formazioni di 3,5 Ga che assomigliano a stromatoliti, cumuli costituiti da strati di cellule microbiche e carbonato di calcio. Se sono realmente stromatoliti, essi possono sono state formate da cianobatteri, ma questo è ancora materia di dibattito. Nei primi tempi, almeno per un miliardo di anni, la fotosintesi era anossigenica. I cianobatteri sono stati forse i primi organismi in grado di fotosintesi ossigenica. Hanno cominciato a produrre ossigeno, ma inizialmente è stato disciolto in acqua e consumato in diversi reazioni di ossidazione. Infine anche la quantità di ossigeno atmosferico iniziò a salire, e 2,2 Ga fa ha raggiunto il 10% del valore corrente, vale a dire circa il 2% della abbondanza totale nell'atmosfera.
I primi eucarioti sono apparsi nei reperti fossili 2.1 miliardi di anni fa e gli organismi multicellulari 1,5 miliardi di anni fa. Le prove fossili diventano più chiare verso la fine del Era Proterozoica. La fauna di Ediacara, che è di circa 600 milioni di anni, contiene i più antichi fossili di grandi animali complessi. Questi erano gli animali con il corpo molle. Alla fine del periodo Cambriano 543 milioni di anni fa le tracce della fauna Ediacara scompaiono e vengono sostituite da una grande varietà di nuovi animali, molti con scudi di protezione. Questo aumento nella varietà delle forme di vita si chiama l'esplosione del Cambriano.
| Tutte le forme di vita utilizzano codici genetici simili, il che indica che hanno la stessa origine. Questo antenato di tutta la vita è chiamata LUCA (Last Universal Common Ancestor) l'ultimo antenato comune universale. I rapporti degli esseri viventi possono essere studiati dal confronto del loro DNA o RNA. Più le molecole di due specie differiscono, più distante le specie sono in senso evolutivo. Queste distanze possono essere tracciate come una mappa, chiamato albero filogenetico. L'albero filogenetico, come lo conosciamo oggi, ha tre rami, i domini degli Archea, dei Batteri e degli Eucarioti. Gli organismi più vicini alla radice sono i termofili che vivono vicino a sorgenti idrotermali o in acqua calda. Ovviamente, il LUCA viveva in un ambiente caldo. Tuttavia, le molecole di RNA non rimangono intatte in tali ambienti caldi. Se la prima vita era vita su RNA, dovrebbe essere evoluto in un ambiente più fresco. Al momento non conosciamo il vero luogo di nascita della vita. Anche se l'albero con tre punti filogenetici ha un comune origine, ci possono essere state altre partenze, ma la selezione naturale ha eliminato i successori perchè erano meno competitivi. |  |