Sự sống
Nguồn gốc

Bài chi tiết: Nguồn gốc sự sống
Các bằng chứng cho thấy rằng sự sống trên Trái Đất đã tồn tại cách đây khoảng 3,7 tỉ năm, với những dấu vết về sự sống cổ nhất được tìm thấy trong các hóa thạch có tuổi 3,4 tỉ năm. Tất cả các dạng sống đã được biết đến có chung các cơ chế phân tử cơ bản, phản ánh sự thành tạo từ cùng nguồn gốc của chúng; dựa trên các quan sát, giả thiết về nguồn gốc của sự sống để tìm ra một cơ chế nhằm giải thích cho sự thình thành của cùng một nguồn gốc trong vũ trụ, từ các phân tử hữu cơ đơn giản ở các dạng sống tiền tế bào đến các tế bào nguyên thủy và có quá trình trao đổi chất. Các mô hình đã được chia ra thành các nhóm "genes-first" và "metabolism-first", nhưng xu hướng hiện nay là sự xuất hiện của việc lồng ghép 2 nhóm trên.
Hiện nay, không có kết luận khoa học về sự sống có nguồn gốc như thế nào. Tuy nhiên, các mô hình khoa học được chấp nhận nhiều nhất được xây dựng dựa trên các quan sát sau:
Thí nghiệm Miller-Urey, và công trình của Sidney Fox, thể hiện các điều kiện của Trái Đất nguyên thủy bao gồm các phản ứng hóa học tổng hợp các amino acid và các hợp chất hữu cơ khác từ các tiền chất vô cơ.
Phospholipid được hình thành liên tục từ các lớp lipid kép, một cấu trúc cơ bản của màng tế bào.
Các sinh vật sống tổng hợp protein, là các polymer của các axit amim sử dụng các thông tin được mã hóa bởi các DNA. Quá trình tổng hợp protein đòi hỏi các polymer RNA trung gian. Khả năng sự sống bắt đầu như thế nào là từ các gen có nguồn gốc đầu tiên, tiếp theo là bởi các protein; một giả thiết khác là protein có trước và sau đó là gene.
Tuy nhiên, do gen và protein đều là cơ sở để sản xuất qua lại, do đó vấn đề đặt ra là cái nào có trước và cái nào có sau giống như câu chuyện con gà và quả trứng. Hầu hết các nhà khoa học áp dụng giả thiết này vì không chắc rằng gene và protein phát sinh một cách độc lập.
Mặc khác, một khả năng có thể khác đã được Francis Crick đề xuất đầu tiên, rằng lúc đầu sự sống dựa trên RNA, có các đặc điểm giống như DNA trong việc lưu trữ thông tin và các tính chất xúc tác của một số protein. Giải thích này được gọi là giả thiết trong thế giới RNA, và nó được chứng minh thông qua sự quan sát nhiều thành phần quan trọng nhất của các tế bào (các thành phần của tế bào tiến hóa chậm nhất) được cấu tạo chủ yếu hoặc toàn bộ là RNA. Cũng như những đồng yếu tố (cofactor) (ATP, Acetyl-CoA, NADH,...) là các nucleotid hoặc chất có quan hệ một cách rõ ràng với chúng. Các tính chất xúc tác của RNA vẫn chưa được minh họa khi giả thiết này được đề xuất lần đầu tiên, nhưng chúng đã được Thomas Cech xác nhận năm 1986.
Một vấn đề còn tồn tại của giả thiết thế giới RNA là nó xuất phát từ các tiền chất vô cơ đơn giản thì khó khăn hơn so với từ các phân tử hữu cơ khác. Một lý do để giải thích nó là các tiền thân RNA rất ổn định và phản ứng với nhau một cách rất chậm chạp trong các điều kiện môi trường xung quanh, và người ta cũng từ đề xuất rằng các sinh vật sống được cấu thành từ các phân tử khác trước khi có RNA. Dù vậy, sự tổng hợp thành công các phân tử RNA nhất định trong các điều kiện môi trường đã từng tồn tại trước khi có sự sống trên Trái Đất đã đạt được bằng cách thêm vào các tiền chất có thể thay thế theo một thứ tự đặc biệt với các tiền chất-phosphat có mặt trong suốt quá trình phản ứng. Nghiên cứu này làm cho giả thiết thế giới RNA trở nên hợp lý hơn.
Năm 2009, người ta thực hiện các thí nghiệm minh họa tiến hóa Darwin của hệ hai hợp phần gồm các enzyme RNA (ribozymes) trong ống nghiệm. Công trình được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Gerald Joyce, ông cho rằng "Đây là ví dụ đầu tiên, ngoài sinh học và ngoài thích nghi tiến hóa trong một hệ thống di truyền phân tử."
Các phát hiện của NASA năm 2011 dựa trên những nghiên cứu về thiên thạch được phát hiện trên Trái Đất cho thấy rằng các thành phần của RNA và DNA (adenine, guanine và các phân tử hữu cơ liên quan) có thể được hình thành trong không gian bên ngoài Trái Đất.