Yaşam
Köken

Ana madde: Abiyogenez
Dünya'nın yaşı yaklaşık 4,54 milyar yıldır. Kanıtlar, Dünya'daki yaşamın en az 3,5 milyar yıldır var olduğunu ve en eski fiziksel yaşam izlerinin 3,7 milyar yıl öncesine dayandığını göstermektedir; ancak Geç Dönem Ağır Bombardıman gibi bazı hipotezler, Dünya'daki yaşamın 4,1-4,4 milyar yıl kadar önce daha da erken başlamış olabileceğini ve yaşama yol açan kimyanın Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra, 13,8 milyar yıl önce, evrenin sadece 10-17 milyon yaşında olduğu bir dönemde başlamış olabileceğini öne sürmektedir. TimeTree'de özetlendiği gibi moleküler saatlerden elde edilen zaman tahminleri, yaşamın kökenini genellikle 4 milyar yıl önce veya daha öncesine yerleştirmektedir.
Dünya üzerinde yaşamış beş milyardan fazla canlı türünün %99'undan fazlasının neslinin tükenmiş olduğu tahmin edilmektedir.
Dünya'nın kataloglanmış yaşam formu türlerinin sayısı 1,2 milyon ile 2 milyon arasında olmasına rağmen, gezegendeki toplam tür sayısı belirsizdir. Tahminler 8 milyon ile 100 milyon arasında değişmekte olup, daha dar bir aralıkta 10 ile 14 milyon arasında değişmektedir, ancak Mayıs 2016'da gerçekleştirilen çalışmalara göre bu sayı 1 trilyon kadar yüksek olabilir (tanımlanan türlerin yalnızca yüzde birinin binde biri ile). Dünya üzerindeki birbiriyle ilişkili DNA baz çiftlerinin toplam sayısının 5 x 1037 olduğu ve 50 milyar ton ağırlığında olduğu tahmin edilmektedir. Buna karşılık biyosferin toplam kütlesinin 4 TtC (trilyon ton karbon) kadar olduğu tahmin edilmektedir. Temmuz 2016'da bilim insanları, Dünya üzerinde yaşayan tüm organizmaların Son Evrensel Ortak Atası'na (LUCA) ait 355 genden oluşan bir set tespit ettiklerini bildirmişlerdir.
Bilinen tüm yaşam formları, ortak kökenlerini yansıtan temel moleküler mekanizmaları paylaşmaktadır; bu gözlemlere dayanarak, yaşamın kökenine ilişkin hipotezler, basit organik moleküllerden hücre öncesi yaşam yoluyla protosellere ve metabolizmaya kadar evrensel bir ortak atanın oluşumunu açıklayan bir mekanizma bulmaya çalışmaktadır. Modeller "önce genler" ve "önce metabolizma" kategorilerine ayrılmıştır, ancak son zamanlardaki bir eğilim, her iki kategoriyi birleştiren hibrit modellerin ortaya çıkmasıdır.
Yaşamın nasıl ortaya çıktığı konusunda şu anda bilimsel bir fikir birliği yoktur. Ancak kabul gören bilimsel modellerin çoğu Miller-Urey deneyi ve Sidney Fox'un çalışmaları üzerine kuruludur; bu çalışmalar ilkel Dünya'daki koşulların inorganik öncüllerden amino asitleri ve diğer organik bileşikleri sentezleyen kimyasal reaksiyonları desteklediğini ve fosfolipitlerin kendiliğinden hücre zarının temel yapısı olan çift katlı lipit katmanlarını oluşturduğunu göstermektedir.
Canlı organizmalar, deoksiribonükleik asit (DNA) tarafından kodlanan talimatları kullanarak amino asit polimerleri olan proteinleri sentezler. Protein sentezi aracı ribonükleik asit (RNA) polimerleri gerektirir. Yaşamın nasıl başladığına dair bir olasılık, önce genlerin, ardından proteinlerin ortaya çıktığıdır; alternatif ise önce proteinlerin, ardından da genlerin ortaya çıktığıdır.
Ancak, genler ve proteinlerin her ikisi de diğerini üretmek için gerekli olduğundan, hangisinin önce geldiğini düşünme sorunu tavuk mu yumurtadan çıkar yoksa yumurta mı tavuktan çıkar sorununa benzemektedir. Çoğu bilim insanı, bu nedenle genlerin ve proteinlerin bağımsız olarak ortaya çıkmasının olası olmadığı hipotezini benimsemiştir.
Bu nedenle, ilk olarak Francis Crick tarafından öne sürülen bir olasılık, ilk yaşamın DNA benzeri bilgi depolama ve bazı proteinlerin katalitik özelliklerine sahip olan RNA'ya dayandığıdır. Buna RNA dünyası hipotezi denir ve hücrelerin en kritik bileşenlerinin (en yavaş evrimleşenlerin) çoğunun çoğunlukla ya da tamamen RNA'dan oluştuğu gözlemiyle desteklenir. Ayrıca, birçok kritik kofaktör (ATP, Asetil-CoA, NADH, vb.) ya nükleotittir ya da bunlarla açıkça ilişkili maddelerdir. Hipotez ilk ortaya atıldığında RNA'nın katalitik özellikleri henüz kanıtlanmamıştı, ancak 1986 yılında Thomas Cech tarafından doğrulandı.
RNA dünyası hipoteziyle ilgili bir sorun, RNA'nın basit inorganik öncüllerden sentezlenmesinin diğer organik moleküllerden daha zor olmasıdır. Bunun bir nedeni, RNA öncüllerinin çok kararlı olması ve ortam koşullarında birbirleriyle çok yavaş reaksiyona girmesidir ve ayrıca canlı organizmaların RNA'dan önce başka moleküllerden oluştuğu da öne sürülmüştür. Bununla birlikte, Dünya'da yaşamdan önce var olan koşullar altında belirli RNA moleküllerinin başarılı bir şekilde sentezlenmesi, reaksiyon boyunca mevcut olan öncü fosfat ile belirli bir sırayla alternatif öncülerin eklenmesiyle elde edilmiştir. Bu çalışma RNA dünyası hipotezini daha akla yatkın hale getirmektedir.
2013'teki jeolojik bulgular, reaktif fosfor türlerinin (fosfit gibi) 3.5 Ga'dan önce okyanusta bol miktarda bulunduğunu ve Schreibersite'in fosfit ve gliserol 3-fosfat üretmek için sulu gliserol ile kolayca reaksiyona girdiğini göstermiştir. Geç Dönem Ağır Bombardıman'dan gelen Schreibersite içeren meteoritlerin, RNA gibi fosforlanmış biyomoleküller oluşturmak için prebiyotik organik moleküllerle reaksiyona girebilecek erken indirgenmiş fosfor sağlamış olabileceği varsayılmaktadır.
2009 yılında yapılan deneyler, iki bileşenli bir RNA enzim sisteminin (ribozimler) Darwinci evrimini in vitro olarak göstermiştir. Çalışma Gerald Joyce'un laboratuvarında gerçekleştirilmiş ve Joyce "Bu, biyoloji dışında, moleküler bir genetik sistemde evrimsel adaptasyonun ilk örneğidir." demiştir.
Prebiyotik bileşikler dünya dışı kaynaklı olabilir. NASA'nın 2011 yılında Dünya'da bulunan meteorlarla yapılan çalışmalara dayanarak elde ettiği bulgular, DNA ve RNA bileşenlerinin (adenin, guanin ve ilgili organik moleküller) uzayda oluşmuş olabileceğini göstermektedir.
Mart 2015'te NASA bilim insanları, urasil, sitozin ve timin de dahil olmak üzere yaşamın karmaşık DNA ve RNA organik bileşiklerinin, meteorlarda bulunan pirimidin gibi başlangıç kimyasalları kullanılarak uzay koşulları altında laboratuvarda ilk kez oluşturulduğunu bildirdi. Bilim insanlarına göre, evrende bulunan karbon bakımından en zengin kimyasal olan polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar) gibi pirimidin de kırmızı devlerde ya da yıldızlararası toz ve gaz bulutlarında oluşmuş olabilir.
Panspermia hipotezine göre, meteorar, asteroitler ve diğer küçük Güneş Sistemi cisimleri tarafından dağıtılan mikroskobik yaşam, evrenin her yerinde var olabilir.