Sejarah Bumi
Hipotesis lain yang bertahan cukup lama mengatakan bahwa kehidupan awal terdiri dari molekul protein. Asam amino, blok yang membangun protein mudah disintesis dalam kondisi prebiotik, seperti peptida kecil (polimer asam amino) yang membuat katalis yang baik.:295-297 Serangkaian percobaan dimulai pada tahun 1997 menunjukkan bahwa asam amino dan peptida bisa terbentuk dengan adanya karbon
monoksida dan hidrogen sulfida, dengan besi sulfida dan nikel sulfida sebagai katalis. Sebagian besar langkah tersebut membutuhkan suhu 100 °C dan tekanan yang sedang, meskipun ada satu tahap yang memerlukan suhu 250 °C dan tekanan yang setara dengan tekanan bebatuan pada kedalaman 7 kilometer. Oleh karena tempat yang memungkinkan terjadinya sintesis protein mandiri berada di dekat lubang hidrotermal.
Kesulitan yang dihadapi dalam membuat skenario metabolisme pertama adalah menemukan cara bagi organisme tersebut untuk berkembang. Tanpa kemampuan untuk mereplikasi sebagai individu, agregat molekul akan memiliki "genom komposisi" (jumlah spesies molekular dalam agregat) sebagai sasaran seleksi alam. Namun, model percobaan terbaru menunjukkan bahwa sistem tersebut tidak dapat berkembang sebagai respon terhadap seleksi alam.
Gelembung lipid berdinding ganda seperti yang membentuk membran sel luar dianggap sebagai langkah awal yang penting. Percobaan yang mensimulasikan kondisi awal Bumi diketahui telah mampu membentuk lipid, dan secara spontan membentuk liposom-gelembung berdinding ganda-yang mampu memperbanyak diri. Meskipun tidak secara intrinsik membawa informasi seperti asam nukleat, namun liposom ini
akan mengalami seleksi alam yang menentukan umur dan kemampuan reproduksi. Asam nukleat seperti RNA lebih mudah terbentuk di dalam liposom daripada di luar liposom.
Beberapa tanah liat, terutama montmorilonit, memiliki sifat yang menjadikannya akselerator yang memungkinkan munculnya dunia RNA: mereka tumbuh dengan mereplikasi diri pola garis kristal mereka, menjadi bagian dari seleksi alam, dan dapat mengkatalisis pembentukan molekul RNA. Meskipun ide ini belum menjadi konsensus ilmiah, namun banyak ilmuwan yang mendukung ide ini.:150-158
Penelitian pada tahun 2003 melaporkan bahwa montmorilonit juga bisa mempercepat konversi asam lemak ke dalam "gelembung", dan bahwa gelembung bisa membungkus RNA melekat pada tanah liat. Gelembung tersebut kemudian dapat tumbuh dengan menyerap lipid tambahan dan membelah. Pembentukan awal sel kemungkinan terjadi melalui proses yang serupa.
Hipotesis serupa mengatakan replikasi diri tanah liat yang kaya zat besi sebagai nenek moyang nukleotida, lipid dan asam amino.
Ilmuwan meyakini bahwa dari keanekaragaman protosel ini, hanya satu garis keturunan yang berhasil selamat. Bukti filogeni saat ini menunjukkan bahwa nenek moyang terakhir (LUCA) hidup pada awal eon arkean, yang diperkirakan 3.5 miliar tahun yang lalu atau sebelumnya. LUCA merupakan nenek moyang dari semua kehidupan di bumi saat ini.
Diperkirakan LUCA merupakan sebuah Prokariota yang memiliki membran sel dan kemungkinan sebuah ribosom, tapi kurang memiliki inti sel atau ikatan membran organel seperti mitokondria atau kloroplas. Seperti semua sel modern, LUCA menggunakan DNA sebagai kode genetik, RNA untuk transfer informasi dan sintesis protein, dan enzim untuk mengkatalisis reaksi. Beberapa ilmuwan percaya
bahwa bukan organisme tunggal yang menjadi nenek moyang terakhir kehidupan, melainkan ada populasi organisme yang bertukar gen melalui transfer gen horizontal.
Eon Proterozoikum berlangsung dari 2.5miliar hingga 542juta tahun yang lalu.:130 Dalam rentang waktu tersebut, kraton berkembang menjadi benua-benua dengan ukuran mutakhir. Perubahan atmosfer yang kaya oksigen juga merupakan perkembangan krusial. Kehidupan berkembang dari prokariota menjadi eukariota dan bentuk multiseluler. Pada Proterozoikum terjadi dua zaman es parah yang
disebut bumi bola salju. Setelah Bumi Bola Salju terakhir usai sekitar 600juta tahun lalu, evolusi kehidupan di Bumi terjadi secara cepat. Sekitar 580tahun lalu, biota Ediakara menjadi pendahuluan bagi Ledakan Kambrium.
Sel-sel purba menyerap energi dan makanan dari lingkungan di sekitarnya. Mereka menggunakan fermentasi (pemecahan senyawa lebih kompleks menjadi senyawa kurang kompleks dengan sedikit energi) dan menggunakan energi yang dibebaskan untuk tumbuh dan berkembang biak. Fermentasi hanya dapat terjadi dalam lingkungan anaerobik (tanpa oksigen). Evolusi fotosintesis memungkinkan sel-sel untuk membuat makanannya sendiri.:377
Sebagian besar kehidupan yang berada di permukaan Bumi bergantung secara langsung atau tak langsung pada fotosintesis. Bentuk yang paling umum, yaitu fotosintesis oksigen, mengubah karbon dioksida, air, dan cahaya matahari menjadi makanan. Dalam proses tersebut terjadi penangkapan energi cahaya Matahari ke dalam molekul kaya energi seperti ATP, yang kemudian menyediakan energi untuk
menciptakan gula. Untuk menyuplai elektron dalam prosesnya, maka hidrogen dipisahkan dari air, sehingga oksigen dibuang. Sejumlah organisme, seperti bakteri ungu dan bakteri belerang hijau, mengadakan fotosintesis tanpa oksigen yang menggunakan pengganti hidrogen dari air sebagai pendonor elektron; contohnya hidrogen sulfida, belerang, dan besi. Organisme macam itu hidup di lingkungan ekstrem seperti mata air panas dan lubang hidrotermal.:379-382
Bentuk anoksigenik yang lebih sederhana muncul sekitar 3.8miliar tahun lalu, tak lama setelah munculnya kehidupan. Masa permulaan fotosintesis oksigenik lebih kontroversial; bukti memastikan kemunculannya sekitar 2.4miliar tahun lalu, namun sejumlah peneliti menyatakan masa yang lebih jauh lagi sekitar 3.2miliar tahun lalu. Masa yang labih jauh "mungkin
meningkatkan produktivitas global setidaknya dua atau tiga kali lipat." Fosil stromatolit merupakan salah satu sisa-sisa makhluk hidup penghasil oksigen tertua di dunia.
Pada awalnya, oksigen yang dilepas ke udara terikat dengan kapur, besi, dan mineral lainnya. Besi teroksidasi tampak sebagai lapisan merah dalam lapisan geologis yang disebut formasi besi terangkai yang terbentuk dalam kelimpahan selama periode Siderium (antara 2500juta tahun lalu dan 2300juta tahun lalu).:133 Saat sebagian besar mineral teroksidasi,
akhirnya oksigen mulai terakumulasi di atmosfer. Meskipun tiap sel hanya menghasilkan oksigen dalam jumlah kecil, kombinasi metabolisme dari banyak sel dalam waktu lama mengubah atmosfer Bumi menjadi seperti saat ini. Atmosfer tersebut merupakan atmosfer bumi ketiga.:50-51:83-84.116-117
Beberapa oksigen terstimulasi oleh radiasi ultraviolet sehingga membentuk ozon, yang berkumpul di lapisan dekat bagian atas atmosfer. Lapisan ozon menyerap jumlah radiasi ultraviolet signifikan yang memasuki atmosfer Bumi. Hal tersebut memungkinkan sel-sel untuk hidup di permukaan samudra dan kemudian di daratan: tanpa lapisan ozon, radiasi ultraviolet yang menghujani daratan dan lautan akan mengakibatkan mutasi tak terkendali pada sel-sel yang terekspos.:219-220
Fotosintesis juga memiliki peran besar. Oksigen bersifat racun; sebagian besar kehidupan awal di Bumi mati karena level oksigen meningkat dalam peristiwa yang dikenal sebagai bencana oksigen. Makhluk yang resistan bertahan hidup dan berkembang, dan beberapa darinya mengembangkan kemampuan pemanfaatan oksigen untuk peningkatan metabolisme dan memperoleh lebih banyak energi dari makanan yang sama.
Evolusi alami menyebabkan Matahari semakin terang selama eon Arkean dan Proterozoikum; kecerahan Matahari bertambah sebanyak 6% setiap miliaran tahun.:165 Akibatnya, Bumi mulai menerima kehangatan dari Matahari pada eon Proterozoikum. Meski demikian, Bumi tidak serta-merta menghangat. Sebaliknya, rekaman geologis mengindikasikan bahwa Bumi mendingin drastis selama