11.14: תנאים על כדור הארץ הקדום

לפני כ-4 מיליארד שנים, האוקיינוסים החלו להתעבות על פני כדור הארץ בעוד התפרצויות געשיות שחררו חנקן, פחמן דו חמצני, מתאן, אמוניה ומימן לאטמוספירה הקדומה. עם זאת, אורגניזמים בעלי מאפייני חיים לא היו בתחילה על פני כדור הארץ. מדענים השתמשו בניסויים כדי לקבוע כיצד התפתחו אורגניזמים שיכולים לגדול, להתרבות ולשמור על סביבה פנימית.

בשנות ה-20 הציעו המדענים אופרין והלדאן את הרעיון שתרכובות ביולוגיות פשוטות היו יכולות להיווצר על כדור הארץ הקדום. יותר מ-30 שנה מאוחר יותר, סטנלי מילר והרולד אורי מאוניברסיטת שיקגו בדקו השערה זו על ידי הדמיית התנאים של האטמוספירה והאוקיינוסים המוקדמים של כדור הארץ במנגנון מעבדה. בשימוש בחשמל כמקור אנרגיה, הניסוי של מילר-אוריי יצר חומצות אמינו ומולקולות אורגניות אחרות, מה שהראה כי הסביבה של כדור הארץ הקדום הייתה תורמת להיווצרות מולקולות ביולוגיות. ניסויים עדכניים יותר הניבו תוצאות דומות ומצביעים על כך שייתכן כי חומצות אמינו נוצרו ליד אזורים של פעילות געשית או פתחי אוורור הידרותרמיים באוקיינוס.

חומצות אמינו ומולקולות אורגניות קטנות עשויות לאחר מכן להתאסף בעצמן ליצירת מקרומולקולות מורכבות יותר. לדוגמה, טפטוף חומצות אמינו או נוקלאוטידים לתוך חול חם יכולה לגרום להיווצרות הפולימרים, החלבונים וחומצות הגרעין המתאימים, בהתאמה. מחלקה של מקרומולקולות הנקראות שומנים עשויות ליצור אז שלפוחיות המספקות סביבה פנימית נפרדת. היכולת הזו להפריד בין הפנים לחוץ היא אחד המאפיינים המרכזיים של החיים. מאפיין נוסף של החיים הוא החזקת חומר גנטי; RNA היה כנראה המידע הגנטי התורשתי הראשון. שלפוחיות מיוחדות, המכונות פרוטו-תאים, הכילו כנראה RNA שיכול לשכפל את עצמו. הפרוטוקולים הפשוטים הללו יכולים גם לגדול ולהתפתח, ולהכין את הבמה להיווצרות חיים תאיים על פני כדור הארץ.