Жизнь — самое сложное явление на Земле. Как зародилась жизнь? Это научный вопрос, на который до сих пор нет полного ответа.
В 1924 году советский учёный Александр Опарин выдвинул теорию коагулятов. Коагуляты — это комплексы белков и нуклеиновых кислот, имеющие структуру, похожую на мембрану, и способные под действием ферментов превращать крахмал или полинуклеотиды. В 1953 году американский учёный Стэнли Миллер с помощью электрических разрядов в смеси водорода, водяного пара, метана и аммиака, имитирующей древнюю атмосферу, обнаружил в конденсате аминокислоты и другие азотсодержащие молекулы. Это показало, что аминокислоты и другие биомолекулы могли образоваться на поверхности или в атмосфере ранней Земли, а затем попасть в океан с дождями и водой и объединиться в белки и нуклеиновые кислоты. Эти комплексы взаимодействовали с органическими веществами в океане, образуя мембраны, и в конечном итоге привели к возникновению первой жизни.
Ранняя Земля сильно отличалась от сегодняшней. Тогда вулканы были повсюду, атмосфера была разряжённой, а кислород и озоновый层 отсутствовали, поэтому вся планета подвергалась интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения. Даже если аминокислоты случайно образовались под действием молний, они легко могли быть разрушены природными факторами. Поэтому некоторые учёные считают, что жизнь, возможно, была занесена на Землю из космоса в виде метеоритов. Однако им трудно найти убедительные доказательства, поскольку метеориты подвергаются экстремально высоким температурам при прохождении через атмосферу, и жизненно важные вещества в таких условиях не сохраняются.
Ещё одна возможность заключается в том, что жизнь зародилась не на поверхности Земли, а в глубинах океана. Геотермальные источники в глубоководных районах выделяют метан, аммиак и другие вещества, которые при высоких температурах и под действием сульфидов могут образовывать пурины, нонуклеотиды и другие органические вещества, а затем агрегаты и даже жизнь. Хотя среда в глубоководных районах крайне неблагоприятна для современной земной жизни, она стабильна и обеспечивает достаточное количество энергии и веществ. Если жизнь там зародилась, она могла сохраниться без разрушения. В настоящее время учёные обнаружили в глубоководных и подземных районах некоторые одноклеточные организмы, похожие на бактерии, которые выживают в экстремальных условиях (например, при температурах выше 100 градусов Цельсия, в среде с высоким содержанием серы и кислорода, высокой солёности или сильной кислотности или щелочности), и их молекулярно-биологические характеристики, такие как процесс транскрипции генов, значительно отличаются от таковых у бактерий, а ближе к эукариотам. В 1977 году микробиологи создали для этих одноклеточных организмов новый таксон — археи. Они, возможно, имеют более тесное родство с первой жизнью. Однако исследования происхождения и эволюции архей находятся на ранней стадии и пока не могут предоставить достаточно доказательств происхождения жизни.
Более достоверные свидетельства происхождения жизни содержатся в ископаемых записях. Ископаемые записи могут частично сохранять формы ранней жизни, такие как окаменелости водорослей и бактерий, а также исследования в области седиментологии и т. д.
Самые ранние окаменелости водорослей — это строматолиты, образованные цианобактериями около 3,5 миллиардов лет назад. Палеонтологи также обнаружили в вулканических породах нитевидные ископаемые, похожие на бактерии, которые, как считается, являются ископаемыми архей и существовали примерно в то же время. Теоретически, должны быть ещё более ранние ископаемые свидетельства ранней жизни, но они пока не найдены.
Исследования в области седиментологии также дают некоторую информацию о происхождении жизни. Один из старейших осадочных камней на Земле — железистые слои, образованные в основном в эоцене около 2 миллиардов лет назад. Эти железистые слои являются важным ресурсом для добычи железа в таких местах, как Северный Китай и Россия, и состоят в основном из оксидов железа. Масштабное осаждение этих железистых слоёв требовало большого количества кислорода, и повышение его содержания привело к окислению двухвалентных ионов железа до трёхвалентных, в результате чего образовались оксиды железа. Ранняя Земля имела низкое содержание кислорода, а появление железистых слоёв свидетельствует о том, что Земля в ранний период своего существования была богата кислородом.Это было первое значительное повышение концентрации кислорода в атмосфере и водах океанов. Скорее всего, первое повышение концентрации кислорода на Земле произошло благодаря появлению первых форм жизни.