การกำเนิดสิ่งมี ชีวิต หรือต้นกำเนิดของชีวิต (บางครั้งเรียกว่า ไบโอโพเอซิส) คือกระบวนการทางธรรมชาติที่สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นจากสสารที่ไม่มีชีวิตเช่นสารประกอบอินทรีย์ อย่างง่าย สมมติฐานทางวิทยาศาสตร์ที่แพร่หลายคือ การเปลี่ยนผ่านจากสิ่งไม่มีชีวิตไปสู่สิ่งมีชีวิตบนโลกนั้นไม่ใช่เหตุการณ์เดียว แต่เป็นกระบวนการที่มีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของดาวเคราะห์ที่เอื้อต่อการอยู่อาศัย การสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ก่อนกำเนิดสิ่งมีชีวิต การจำลองตัวเองของโมเลกุลการประกอบตัวเอง การเร่งปฏิกิริยา ด้วยตนเอง และการเกิดขึ้นของเยื่อหุ้มเซลล์การเปลี่ยนผ่านจากสิ่งไม่มีชีวิตไปสู่สิ่งมีชีวิตยังไม่ได้รับการสังเกตจากการทดลอง แต่มีการเสนอสมมติฐานมากมายเกี่ยวกับขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการนี้

การศึกษากำเนิดสิ่งมีชีวิตจากสิ่งไม่มีชีวิต (abiogenesis) มีเป้าหมายเพื่อหาคำตอบว่า ปฏิกิริยาเคมีก่อนกำเนิดสิ่ง มีชีวิต ก่อให้เกิดสิ่งมีชีวิตได้อย่างไร ภายใต้สภาวะที่แตกต่างอย่างมากจากสภาวะบนโลกในปัจจุบัน โดยใช้เครื่องมือจากชีววิทยาและเคมีพยายามสังเคราะห์ศาสตร์หลายแขนงเข้าด้วยกัน สิ่งมีชีวิตทำงานผ่านปฏิกิริยาเคมีของคาร์บอนและน้ำ และสร้างขึ้นจากสารเคมีสี่กลุ่มหลัก ได้แก่ไขมันสำหรับเยื่อหุ้มเซลล์คาร์โบไฮเดรตเช่น น้ำตาลกรดอะมิโนสำหรับการเผาผลาญโปรตีน และ กรด นิวคลีอิก ดีเอ็นเอ และอาร์เอ็นเอสำหรับการถ่ายทอดทางพันธุกรรม ทฤษฎีกำเนิดสิ่งมีชีวิตจากสิ่งไม่มีชีวิตต้องอธิบายถึงต้นกำเนิดและปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลเหล่านี้

มีหลายแนวทางที่ศึกษาว่าโมเลกุลที่สามารถจำลองตัวเองได้เกิดขึ้นได้อย่างไร นักวิจัยคิดว่าชีวิตสืบเชื้อสายมาจากโลกของอาร์เอ็นเอแม้ว่าโมเลกุลอื่นๆ ที่สามารถจำลองตัวเองและเร่งปฏิกิริยาได้เองอาจมีมาก่อนอาร์เอ็นเอ แนวทางอื่นๆ ( สมมติฐาน "การเผาผลาญมาก่อน" ) มุ่งเน้นไปที่ว่าการเร่งปฏิกิริยาบนโลกยุคแรกอาจเป็นตัวให้โมเลกุลตั้งต้น สำหรับการจำลองตัวเองได้อย่างไร การทดลองของมิลเลอร์-ยูเรย์ในปี 1952 แสดงให้เห็นว่ากรดอะมิโนสามารถสังเคราะห์ได้จากสารประกอบอนินทรีย์ภายใต้สภาวะเช่นเดียวกับโลกยุคแรกต่อมามีการค้นพบกรดอะมิโนในอุกกาบาต ดาวหาง ดาวเคราะห์น้อย และบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์ในอวกาศ

แม้ว่าบรรพบุรุษร่วมสากลสุดท้ายของสิ่งมีชีวิตสมัยใหม่ทั้งหมด (LUCA) จะมีอยู่หลายล้านปีหลังจากกำเนิดชีวิต แต่การศึกษา LUCA สามารถชี้นำการวิจัยเกี่ยวกับลักษณะสากลในยุคแรกได้ วิธี การทางจีโนมิกส์ได้พยายามที่จะระบุลักษณะของ LUCA โดยการระบุยีนที่ใช้ร่วมกันโดยอาร์เคียและแบคทีเรียซึ่งเป็นสาขาหลักของสิ่งมีชีวิต ปรากฏว่ามีโปรตีน 60 ชนิดที่พบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด และยีนโปรคาริโอต 355 ยีนที่สืบย้อนไปถึง LUCA หน้าที่ของยีนเหล่านี้บ่งชี้ว่า LUCA เป็นสิ่งมีชีวิตแบบไม่ใช้ออกซิเจนมีวิถีการเผาผลาญแบบ Wood–Ljungdahlได้รับพลังงานโดย กระบวนการ เคมิโอสมอซิสและใช้ DNA ซึ่ง เป็น รหัสพันธุกรรมและไรโบโซมเซลล์ในยุคแรกอาจมีเยื่อหุ้มเซลล์ที่รั่วซึมและได้รับพลังงานจากความแตกต่างของความเข้มข้นของโปรตอนที่ เกิดขึ้นตามธรรมชาติใกล้กับ ปล่องภูเขาไฟใต้ทะเลลึกหรือชีวิตอาจกำเนิดขึ้นภายในเปลือกโลกหรือในน้ำบนพื้นผิวโลก

แม้ว่าโลกจะเป็นสถานที่เดียวที่เรารู้จักว่ามีสิ่งมีชีวิต แต่เหล่านักชีววิทยาอวกาศก็สันนิษฐานว่าสิ่งมีชีวิตมีอยู่และเกิดขึ้นด้วยกระบวนการที่คล้ายคลึงกันบนดาวเคราะห์ดวงอื่น หลักฐาน ทางธรณีเคมีและซากดึกดำบรรพ์เป็นข้อมูลพื้นฐานในการศึกษาส่วนใหญ่โลกก่อตัวขึ้นเมื่อ 4.54  พันล้านปีก่อนและหลักฐานสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดบนโลกมีอายุย้อนไปถึง 3.8 พันล้านปีก่อนจากออสเตรเลียตะวันตกจุลินทรีย์ดึกดำบรรพ์อาจอาศัยอยู่ในตะกอนจากปล่องภูเขาไฟใต้ทะเลในควิเบกไม่นานหลังจากที่มหาสมุทรก่อตัวขึ้นในช่วง ยุค เฮเดียนดังนั้นกระบวนการนี้จึงดูเหมือนจะเกิดขึ้นค่อนข้างรวดเร็วเมื่อพิจารณาจากช่วงเวลาทางธรณีวิทยา

ชีวิตประกอบด้วยการสืบพันธุ์ที่มีการเปลี่ยนแปลง (ที่ถ่ายทอดได้) ^{[ 3 ]} NASAนิยามชีวิตว่า "ระบบเคมีที่ยั่งยืนด้วยตนเองซึ่งสามารถวิวัฒนาการตามแบบดาร์วินได้ " ^{[ 4 ]}ระบบดังกล่าวมีความซับซ้อนบรรพบุรุษร่วมสากลสุดท้าย (LUCA) ซึ่งสันนิษฐานว่าเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่อาศัยอยู่เมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อน มียีน หลายร้อยยีน ที่เข้ารหัสอยู่ในรหัสพันธุกรรมDNA ที่เป็นสากลในปัจจุบัน ซึ่งหมายความว่ามีกลไกของเซลล์หลายอย่างรวมถึงRNA ผู้ ส่งสาร RNA ถ่ายโอนและไรโบโซมเพื่อแปลรหัสเป็นโปรตีนโปรตีนเหล่านั้นรวมถึงเอนไซม์เพื่อดำเนินการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนผ่านทางวิถีการเผาผลาญของ Wood–LjungdahlและDNA polymeraseเพื่อจำลองสารพันธุกรรม^{[ 5 ] [ 6 ]}

ความท้าทายสำหรับนักวิจัยเรื่องต้นกำเนิดของชีวิต^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}คือการอธิบายว่าระบบที่ซับซ้อนและเชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนาเช่นนี้สามารถพัฒนาผ่านขั้นตอนวิวัฒนาการได้อย่างไร เนื่องจากในตอนแรกดูเหมือนว่าทุกส่วนจำเป็นต่อการทำงาน ตัวอย่างเช่น เซลล์ ไม่ว่าจะเป็น LUCA หรือในสิ่งมีชีวิตสมัยใหม่ จะคัดลอก DNA ของมันด้วยเอนไซม์ DNA polymerase ซึ่งผลิตขึ้นโดยการแปลยีน DNA polymerase ใน DNA ทั้งเอนไซม์และ DNA ไม่สามารถผลิตได้หากปราศจากกันและกัน^{[ 10 ]}กระบวนการวิวัฒนาการอาจเริ่มต้นด้วยการจำลองตัวเอง ของโมเลกุล การประกอบตัวเองเช่นเยื่อหุ้มเซลล์และการเร่งปฏิกิริยา ด้วยตนเอง ผ่าน RNA ribozymesในสภาพแวดล้อมของโลก RNA ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 11 ]}การเปลี่ยนจากสิ่งไม่มีชีวิตไปสู่สิ่งมีชีวิตยังไม่ได้รับการสังเกตจากการทดลอง^{[ 12 ]}นักวิทยาศาสตร์บางคนมองว่าทั้งชีวิตและต้นกำเนิดของชีวิตเป็นแง่มุมของกระบวนการเดียวกัน^{[ 13 ]}

เงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการพัฒนาเซลล์ที่มีชีวิตเช่น LUCA เป็นที่ทราบกันดี แม้ว่าจะยังมีการถกเถียงกันในรายละเอียดก็ตาม ได้แก่ โลกที่เอื้อต่อการดำรงชีวิตถูกสร้างขึ้นโดยมีแร่ธาตุและน้ำเหลว และแหล่งพลังงานอิสระ เช่น ดวงอาทิตย์และความร้อนใต้พิภพ การสังเคราะห์ก่อนชีวภาพสร้างสารประกอบอินทรีย์อย่างง่ายหลายชนิด ซึ่งประกอบกันเป็นพอลิเมอร์ เช่น โปรตีนและ RNA ในทางกลับกัน กระบวนการหลังจาก LUCA เป็นที่เข้าใจได้ง่าย วิวัฒนาการทางชีวภาพทำให้เกิดการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิดที่มีรูปร่างและศักยภาพทางชีวเคมีที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม การกำเนิดของ LUCA จากส่วนประกอบอย่างง่ายยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้^{[ 1 ]}

แม้ว่าโลกจะเป็นสถานที่เดียวที่เรารู้จักสิ่งมีชีวิต^{[ 14 ] [ 15 ]}แต่วิทยาศาสตร์ด้านดาราชีววิทยาก็พยายามค้นหาหลักฐานของสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่น กลยุทธ์ของ NASA ในปี 2015 เกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตมีเป้าหมายเพื่อไขปริศนาโดยการระบุปฏิสัมพันธ์ โครงสร้างและหน้าที่ระดับกลาง แหล่งพลังงาน และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่ส่งผลต่อระบบโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สามารถวิวัฒนาการได้^{[ 2 ]}และการทำแผนที่ภูมิทัศน์ทางเคมีของพอลิเมอร์ ข้อมูลดั้งเดิมที่มีศักยภาพ การเกิดขึ้นของพอลิเมอร์ดังกล่าวน่าจะเป็นขั้นตอนสำคัญในการวิวัฒนาการทางเคมีก่อนชีวภาพ^{[ 2 ]}พอลิเมอร์เหล่านั้นได้มาจากสารประกอบอินทรีย์ อย่างง่าย เช่นนิวคลีโอเบส กรดอะมิโนและน้ำตาลซึ่งน่าจะเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาในสิ่งแวดล้อม^{[ 16 ] [ 8 ] [ 17 ] [ 18 ]}ทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตจะต้องอธิบายว่าสารเคมีทั้งหมดเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร^{[ 19 ]}

มุมมองโบราณประการหนึ่งเกี่ยวกับกำเนิดของชีวิต ตั้งแต่สมัยอริสโตเติลจนถึงศตวรรษที่ 19 คือการกำเนิดโดยธรรมชาติ [ ^{20 ] ทฤษฎี}นี้กล่าวว่า สัตว์ "ชั้นต่ำ" เช่น แมลง เกิดขึ้นจากสารอินทรีย์ที่เน่าเปื่อย และชีวิตเกิดขึ้นโดยบังเอิญ^{[ 21 ] [ 22 ]}ทฤษฎีนี้ถูกตั้งคำถามตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 ในงานเขียนต่างๆ เช่นPseudodoxia Epidemicaของโทมัส บราวน์ [ 23 ^{] [ 24 ]ในปี} 1665 โรเบิร์ต ฮุค ได้ตีพิมพ์ภาพวาด จุลินทรีย์เป็นครั้งแรกในปี 1676 แอนโทนี ฟาน ลีเวนฮุกได้วาดและอธิบายจุลินทรีย์ ซึ่งน่าจะเป็นโปรโตซัวและแบคทีเรีย^{[ 25 ]}ฟาน ลีเวนฮุก ไม่เห็นด้วยกับการกำเนิดโดยธรรมชาติ และในช่วงปี 1680 เขาได้พิสูจน์ให้ตัวเองเชื่อโดยใช้การทดลองต่างๆ ตั้งแต่การฟักเนื้อสัตว์แบบปิดสนิทและแบบเปิด ไปจนถึงการศึกษาการสืบพันธุ์ของแมลงอย่างใกล้ชิด ว่าทฤษฎีนี้ไม่ถูกต้อง^{[ 26 ]}ในปี พ.ศ. 2301 ฟรานเชสโก เรดีแสดงให้เห็นว่าไม่มีหนอนปรากฏในเนื้อสัตว์เมื่อป้องกันไม่ให้แมลงวันวางไข่^{[ 27 ]}ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 ทฤษฎีการเกิดเองตามธรรมชาติถือว่าไม่ถูกต้อง^{[ 28 ] [ 29 ]}

ย้อนกลับไปถึงอนาซาโกราสในศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสต์ศักราชแพนสเปอร์เมีย^{[ 30 ]}คือแนวคิดที่ว่าชีวิตมีต้นกำเนิดมาจากที่อื่นในจักรวาลและมาสู่โลก แพนสเปอร์เมียในเวอร์ชันสมัยใหม่เชื่อว่าชีวิตอาจถูกกระจายมายังโลกโดยอุกกาบาตดาวเคราะห์น้อยดาวหาง^{[ 31 ]}หรือดาวเคราะห์น้อย^{[ 32 ]} ซึ่งเปลี่ยนจุดกำเนิดของชีวิตไปที่เทห์ฟากฟ้าอื่น ข้อดีคือชีวิตไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นบนดาวเคราะห์ทุกดวง ที่มันปรากฏ แต่เกิดขึ้นในสถานที่ที่จำกัดกว่า แล้วจึงแพร่กระจายไปทั่วกาแล็กซีไปยังระบบดาวอื่น^{[ 33 ]}มีความสนใจในความเป็นไปได้ที่ชีวิตมีต้นกำเนิดบนดาวอังคารและต่อมาได้ถ่ายโอนมายังโลก^{[ 34 ]}

แนวคิดที่ว่าชีวิตกำเนิดมาจากสสารที่ไม่มีชีวิตในขั้นตอนที่ค่อยเป็นค่อยไป ปรากฏใน หนังสือ Principles of BiologyของHerbert Spencer ในปี 1864–1867 และในบทความ "On spontaneous generation and evolution" ของWilliam Turner Thiselton-Dyer ในปี 1879 เมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ 1871 Charles Darwinได้เขียนเกี่ยวกับสิ่งพิมพ์เหล่านี้ถึงJoseph Hookerและได้ตั้งข้อสันนิษฐานของเขาเองว่าประกายแห่งชีวิตดั้งเดิมอาจอยู่ใน " สระน้ำอุ่นเล็กๆ ที่มี แอมโมเนีย และ เกลือฟอสฟอรัสทุกชนิดมีแสง ความร้อน ไฟฟ้า ฯลฯ อยู่ด้วย และสารประกอบโปรตีนก็ถูกสร้างขึ้นทางเคมี" Darwin อธิบายว่า "ในปัจจุบัน สสารดังกล่าวจะถูกกินหรือดูดซึมทันที ซึ่งจะไม่เป็นเช่นนั้นก่อนที่สิ่งมีชีวิตจะถูกสร้างขึ้น" ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

อเล็กซานเดอร์ โอพารินในปี 1924 และเจบีเอส ฮัลเดนในปี 1929 เสนอว่าเซลล์แรกเริ่มค่อยๆ จัดระเบียบตัวเองจากซุปดั้งเดิมซึ่ง เป็นสมมติฐาน ของโอพาริน-ฮัลเดน^{[ 38 ] [ 39 ]}ฮัลเดนแนะนำว่ามหาสมุทรก่อนกำเนิดสิ่งมีชีวิตของโลกประกอบด้วย "ซุปเจือจางร้อน" ซึ่งสารประกอบอินทรีย์สามารถก่อตัวขึ้นได้^{[ 22 ] [ 40 ]}เจดี เบอร์นัลแสดงให้เห็นว่ากลไกดังกล่าวสามารถสร้างโมเลกุลที่จำเป็นต่อชีวิตส่วนใหญ่จากสารตั้งต้นอนินทรีย์ได้^{[ 41 ]}ในปี 1967 เขาเสนอ "ขั้นตอน" สามขั้นตอน ได้แก่ การกำเนิดของโมโนเมอร์ ทางชีวภาพ การกำเนิดของพอลิเมอร์ ทางชีวภาพ และวิวัฒนาการจากโมเลกุลไปสู่เซลล์^{[ 42 ] [ 43 ]}

ในปี พ.ศ. 2495 สแตนลีย์ มิลเลอร์และแฮโรลด์ ยูเรย์ได้ทำการทดลองทางเคมีเพื่อแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลอินทรีย์สามารถเกิดขึ้นเองได้จากสารตั้งต้นอนินทรีย์ภายใต้สภาวะก่อนชีวภาพ เช่นเดียวกับที่สมมติฐานของโอพาริน-ฮั ^ลเดนตั้งไว้ โดยผ่านกระแสไฟฟ้าผ่าน ส่วนผสมของก๊าซ ที่มีฤทธิ์รีดิวซ์ สูง (ขาดออกซิเจน) ได้แก่มีเทน แอมโมเนียและไฮโดรเจนพร้อมกับไอน้ำเพื่อสร้างโมโนเมอร์อินทรีย์ เช่นกรดอะมิโน [ ^{44 ] [ 45 ]}

เบอร์นัลกล่าวถึงการทดลองของมิลเลอร์-ยูเรย์ว่า "การอธิบายการก่อตัวของโมเลกุลดังกล่าวเพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ สิ่งที่จำเป็นคือคำอธิบายทางกายภาพและเคมีเกี่ยวกับต้นกำเนิดของโมเลกุลเหล่านี้ ซึ่งชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของแหล่งและอ่างที่เหมาะสมสำหรับพลังงานอิสระ" ^{[ 46 ]}อย่างไรก็ตาม ความเห็นพ้องทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันอธิบายว่าบรรยากาศดั้งเดิมมีฤทธิ์รีดิวซ์อ่อนๆ หรือเป็นกลาง^{[ 47 ] [ 48 ]}ทำให้ปริมาณและความหลากหลายของกรดอะมิโนที่สามารถผลิตได้ลดลง การเพิ่ม แร่ เหล็กและคาร์บอเนตที่มีอยู่ในมหาสมุทรยุคแรก ทำให้เกิดกรดอะมิโนที่หลากหลาย^{[ 47 ]}งานวิจัยในภายหลังมุ่งเน้นไปที่สภาพแวดล้อมรีดิวซ์ที่มีศักยภาพอีกสองแห่ง ได้แก่อวกาศและปล่องไฮโดรเทอร์มอลในทะเลลึก^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]}

ไม่นานหลังจากบิ๊กแบงประมาณ 14,000 พันล้านปีก่อน ธาตุเคมีเพียงอย่างเดียวที่มีอยู่ในจักรวาลคือไฮโดรเจนฮีเลียมและลิเธียม ซึ่ง เป็นอะตอมที่เบาที่สุดสามอะตอมในตารางธาตุ ธาตุเหล่านี้ค่อยๆ ควบแน่นกลายเป็นเมฆก๊าซขนาดใหญ่ ซึ่งยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงกลายเป็นจานโปรโตสเตลลาร์ ที่หมุน อยู่ การสะสมตัวของสสารภายใต้แรงโน้มถ่วงที่ศูนย์กลางที่ร้อนและหนาแน่นของจานเหล่านี้ก่อให้เกิดดาวฤกษ์ดวงแรกโดยการหลอมรวมของไฮโดรเจน^{[ 52 ]}ดาวฤกษ์ในยุคแรกมีมวลมากและมีอายุสั้น ผลิตธาตุที่หนักกว่าทั้งหมดโดยการสังเคราะห์นิวเคลียสของดาวฤกษ์การก่อตัวของธาตุดังกล่าวดำเนินไปจนถึงธาตุที่เสถียรที่สุดคือเหล็ก- 56 ธาตุ ที่หนักกว่าถูกสร้างขึ้นระหว่างซูเปอร์โนวาเมื่อสิ้นสุดวงจรชีวิตของดาวฤกษ์

คาร์บอนซึ่งปัจจุบันเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสี่ในจักรวาล เกิดขึ้นส่วนใหญ่ใน ดาว แคระขาว^{[ 53 ]}เมื่อดาวเหล่านี้ถึงจุดสิ้นสุดของวงจรชีวิตพวกมันจะปล่อยธาตุหนักออกมา รวมถึงคาร์บอนและออกซิเจน ทั่วทั้งจักรวาล ทำให้เกิดการก่อตัวของดาวเคราะห์หิน^{[ 54 ]}

ตามสมมติฐานเนบิวลาระบบสุริยะเริ่มก่อตัวเมื่อ 4.6 พันล้านปีก่อนด้วย การยุบตัวเนื่องจาก แรงโน้มถ่วงของส่วนหนึ่งของเมฆโมเลกุล ยักษ์ มวล ที่ยุบตัวส่วนใหญ่รวมตัวกันที่ศูนย์กลาง ก่อตัวเป็นดวงอาทิตย์ในขณะที่ส่วนที่เหลือแผ่ราบเป็นจานโปรโตแพลนเนอรัลซึ่งดาวเคราะห์ต่างๆก่อตัวขึ้น จากจานนี้ ^{[ 55 ]}

อายุของโลกคือ 4.54 พันล้านปี ตามการหาอายุด้วยวิธีเรดิโอเมตริกของสารประกอบแคลเซียม-อะลูมิเนียมใน อุกกาบาต คาร์บอนเนเชียสโครนไดรต์ ซึ่งเป็นวัสดุที่เก่าแก่ที่สุดในระบบสุริยะ^{[ 56 ] [ 57 ]}ในช่วง ยุค เฮเดียน (ตั้งแต่การก่อตัวจนถึง 4.031 พันล้านปีก่อน) โลกในตอนแรกไม่เอื้อต่อการดำรงชีวิต ในระหว่างการก่อตัว โลกสูญเสียมวลเริ่มต้นไปมาก จึงขาดแรงโน้มถ่วงที่จะยึดโมเลกุลไฮโดรเจนและก๊าซเฉื่อยดั้งเดิมส่วนใหญ่ไว้^{[ 58 ]}ไม่นานหลังจากที่โลกก่อตัวขึ้นครั้งแรกเมื่อ 4.48 พันล้านปีก่อน การชนกับเทียซึ่งเป็นวัตถุที่คาดว่าพุ่งชน ทำให้เกิดเศษซากที่พุ่งออกมาซึ่งในที่สุดก็ก่อตัวเป็นดวงจันทร์^{[ 59 ]}การชนครั้งนี้ได้กำจัดชั้นบรรยากาศหลักของโลกออกไป เหลือไว้เพียงเมฆของซิลิเกตหนืดและคาร์บอนไดออกไซด์ บรรยากาศที่ไม่เสถียรนี้มีอายุสั้นและควบแน่นอย่างรวดเร็วเพื่อก่อตัวเป็นโลกซิลิเกตขนาดใหญ่ ทิ้งไว้ซึ่งบรรยากาศที่ประกอบด้วยไอน้ำไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นส่วนใหญ่ พร้อมด้วย คาร์บอนมอนอกไซด์ไฮโดรเจน และสารประกอบกำมะถันในปริมาณเล็กน้อย^{[ 60 ] [ 61 ]}เชื่อกันว่าการละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำทำให้ทะเลมีสภาพเป็นกรด เล็กน้อย โดยมีค่า pHประมาณ 5.5 ^{[ 62 ]}

มีการตั้งทฤษฎีว่า การควบแน่นเพื่อก่อตัวเป็นมหาสมุทร เหลว เกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงแรกของการชนที่ทำให้เกิดดวงจันทร์^{[ 63 ] [ 64 ]}สถานการณ์นี้ได้รับการสนับสนุนจากการหาอายุของ ผลึก เซอร์คอน อายุ 4.404 พันล้านปีที่มีค่า δ ¹⁸ Oสูงจากควอตไซต์แปร สภาพ ของภูเขานาร์เรียร์ในออสเตรเลียตะวันตก^{[ 65 ] [ 66 ]}บรรยากาศในยุคเฮเดียนมีลักษณะเป็น "ห้องปฏิบัติการเคมีกลางแจ้งขนาดมหึมาที่มีประสิทธิภาพ" คล้ายกับก๊าซภูเขาไฟในปัจจุบันซึ่งยังคงสนับสนุนเคมีแบบไม่ใช้สิ่งมีชีวิตอยู่บ้าง แม้ว่าการเกิดภูเขาไฟน่าจะเพิ่มขึ้นจากแผ่นเปลือกโลกในยุคแรก แต่โลกอาจเป็นโลกที่มีน้ำเป็นส่วนใหญ่ระหว่าง 4.4 ถึง 4.3 พันล้านปีก่อน มีการถกเถียงกันว่าเปลือกโลกเคยโผล่ขึ้นมาเหนือมหาสมุทรนี้หรือไม่^{[ 67 ]}ทันทีหลังจากการชนที่ทำให้เกิดดวงจันทร์ โลกน่าจะมีเปลือกโลกภาคพื้นทวีปน้อยมากหรือแทบไม่มีเลย มีบรรยากาศที่ปั่นป่วน และอุทกภาค ที่อยู่ภายใต้ แสงอัลตราไวโอเลตที่รุนแรง จาก ดวงอาทิตย์ในระยะ T Tauriนอกจากนี้ยังได้รับผลกระทบจากรังสีคอสมิกและการชน ของดาวเคราะห์น้อยและ ดาวหาง อย่างต่อเนื่อง ^{[ 68 ]}

สมมติฐานการระดมยิงครั้งใหญ่ในช่วงปลายระบุว่าช่วงเวลาของการพุ่งชนอย่างรุนแรงเกิดขึ้นในช่วง 4.1 ถึง 3.8 พันล้านปีก่อนในยุคเฮเดียนและยุคอาร์เคียน ตอนต้น ^{[ 69 ] [ 70 ]}เดิมทีคิดว่าการระดมยิงครั้งใหญ่ในช่วงปลายเป็นการพุ่งชนครั้งใหญ่เพียงครั้งเดียวที่เกิดขึ้นเมื่อ 3.9 พันล้านปีก่อน ซึ่งอาจทำให้โลกเป็นหมันได้ด้วยการระเหยของมหาสมุทรเหลวและปิดกั้นแสงแดดที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์แสง ทำให้การกำเนิดของสิ่งมีชีวิตในยุคแรกเริ่มล่าช้าออกไป^{[ 71 ]}งานวิจัยล่าสุดตั้งคำถามถึงความรุนแรงของการระดมยิงครั้งใหญ่ในช่วงปลายและศักยภาพในการทำให้เป็นหมัน หากไม่ใช่การพุ่งชนครั้งใหญ่เพียงครั้งเดียว แต่เป็นช่วงเวลาของอัตราการพุ่งชนที่เพิ่มขึ้น มันจะมีพลังทำลายล้างน้อยกว่ามาก^{[ 72 ] [ 73 ]}วันที่ 3.9 พันล้านปีก่อนมาจากการหาอายุของตัวอย่างที่ส่งคืนจากภารกิจอะพอลโลซึ่งส่วนใหญ่เก็บรวบรวมใกล้กับแอ่งอิมเบรียมทำให้บันทึกอายุของการพุ่งชนคลาดเคลื่อนไป^{[ 74 ]}การจำลองผลกระทบของพื้นผิวดวงจันทร์เผยให้เห็นว่า แทนที่จะเป็นเหตุการณ์หายนะครั้งใหญ่เมื่อ 3.9 พันล้านปีก่อน น่าจะเกิดการระดมยิงเป็นช่วงสั้นๆ หลายครั้งในระดับเล็กๆ^{[ 75 ]}ข้อมูลจากโลกสนับสนุนแนวคิดนี้โดยแสดงให้เห็นช่วงเวลาของการพุ่งกระเด็นของเศษหินในบันทึกหินทั้งก่อนและหลังช่วง 3.9 พันล้านปีก่อน ซึ่งบ่งชี้ว่าโลกในยุคแรกเริ่มได้รับผลกระทบจากการชนอย่างต่อเนื่องโดยมีผลกระทบต่อการสูญพันธุ์น้อยกว่า^{[ 76 ]}

หากสิ่งมีชีวิตวิวัฒนาการในมหาสมุทรที่ระดับความลึกมากกว่า 10 เมตร สิ่งมีชีวิตนั้นจะได้รับการปกป้องทั้งจากการชนในภายหลังและระดับรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ที่สูงในขณะนั้น พลังงานที่มีอยู่จะสูงสุดที่อุณหภูมิ 100–150 °C ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่แบคทีเรียที่ทนความร้อนสูง และ อาร์เคียที่ทนกรดและ ทนความร้อนสูง อาศัยอยู่^{[ 77 ]}

จากหลักฐานทางธรณีวิทยาชีวิตน่าจะถือกำเนิดขึ้นบนโลกในช่วงระหว่าง 4.32 ถึง 3.48 พันล้านปีก่อน ในปี 2017 มีการรายงานหลักฐานทางกายภาพที่เก่าแก่ที่สุดของสิ่งมีชีวิต ซึ่งประกอบด้วยไมโครไบโอไลต์ในแถบหินสีเขียว Nuvvuagittuqทางตอนเหนือของควิเบก ใน หิน ที่มีแถบเหล็กซึ่งมีอายุอย่างน้อย 3.77 พันล้านปี และอาจเก่าแก่ถึง 4.32 พันล้านปีก่อน จุลินทรีย์เหล่านี้อาจอาศัยอยู่ภายในตะกอนจากปล่องภูเขาไฟใต้ทะเล ไม่นานหลังจากที่มหาสมุทรก่อตัวขึ้นเมื่อ 4.4 พันล้านปีก่อนในยุคเฮเดียน จุลินทรีย์เหล่านี้มีลักษณะคล้ายแบคทีเรียในปล่องภูเขาไฟใต้ทะเลในปัจจุบัน ซึ่งสนับสนุนมุมมองที่ว่าการกำเนิดสิ่งมีชีวิตจากสิ่งไม่มีชีวิตเริ่มต้นในสภาพแวดล้อมเช่นนั้น^{[ 78 ]}งานวิจัยในภายหลังโต้แย้งการตีความข้อมูลนี้ โดยระบุว่าการสังเกตการณ์อาจอธิบายได้ดีกว่าด้วยกระบวนการทางชีวภาพในน้ำที่มีซิลิกาสูง^{[ 79 ]} "สวนเคมี" ^{[ 80 ]}ของเหลวความร้อนใต้พิภพที่ไหล เวียน ^{[ 81 ]}หรือวัสดุที่พุ่งออกมาจากภูเขาไฟ^{[ 82 ]}

กราไฟต์ชีวภาพถูกพบในหินแปรตะกอนอายุ 3.7 พันล้านปีจากทางตะวันตกเฉียงใต้ของกรีนแลนด์^{[ 83 ]}และในฟอสซิลแผ่นจุลินทรีย์ จากหิน เชิร์ตอายุ 3.49 พันล้านปีใน ภูมิภาค พิลบาราของออสเตรเลียตะวันตก [ ^{84 ] หลักฐาน}ของสิ่งมีชีวิตยุคแรกในหินจากเกาะอากิเลีย ใกล้กับ แนวหินเหนือเปลือกโลกอิซัวทางตะวันตกเฉียงใต้ของกรีนแลนด์ ซึ่งมีอายุย้อนไปถึง 3.7 พันล้านปี ได้แสดงให้เห็นไอโซโทปคาร์บอนชีวภาพ [ ^{85 ] ใน}ส่วนอื่นๆ ของแนวหินเหนือเปลือกโลกอิซัว การรวมตัวของกราไฟต์ที่ติดอยู่ภายในผลึกการ์เนตเชื่อมโยงกับองค์ประกอบอื่นๆ ของสิ่งมีชีวิต ได้แก่ ออกซิเจน ไนโตรเจน และอาจรวมถึงฟอสฟอรัสในรูปของฟอสเฟตซึ่งเป็นหลักฐานเพิ่มเติมสำหรับสิ่งมีชีวิตเมื่อ 3.7 พันล้านปีก่อน^{[ 86 ]}ใน ภูมิภาค พิลบาราของออสเตรเลียตะวันตก พบหลักฐานที่น่าเชื่อถือของสิ่งมีชีวิตยุคแรกใน หินทรายที่มี ไพไรต์ในชายหาดที่กลายเป็นฟอสซิล โดยมีเซลล์รูปทรงกระบอกกลมที่ออกซิไดซ์กำมะถันโดยการสังเคราะห์แสงในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจน^{[ 87 ] [ 88 ]}อัตราส่วนไอโซโทปคาร์บอนบนกราไฟต์ที่รวมอยู่ในเซอร์คอนของแจ็คฮิลส์บ่งชี้ว่าสิ่งมีชีวิตอาจมีอยู่บนโลกตั้งแต่ 4.1 พันล้านปีก่อน^{[ 89 ]}การศึกษาในปี 2024 สรุปอายุของ LUCA ว่าประมาณ 4.2 พันล้านปีก่อน (4.09–4.33 พันล้านปีก่อน) โดยการวิเคราะห์สำเนาของยีนก่อน LUCA ด้วยการสอบเทียบจากจุลินทรีย์ฟอสซิล ซึ่งเร็วกว่าที่เคยคิดไว้มากหลังจากกำเนิดสิ่งมีชีวิต^{[ 90 ]}

ภูมิภาคพิลบาราในออสเตรเลียตะวันตกมี ชั้นหิน เดรสเซอร์ (Dresser Formation)ที่มีหินอายุ 3.48 พันล้านปี รวมถึงโครงสร้างแบบชั้นที่เรียกว่า สโตรมา โตไลต์ (stromatolites ) ซึ่งหินเหล่านี้ในปัจจุบันเกิดจากจุลินทรีย์สังเคราะห์แสง เช่นไซยาโนแบคทีเรีย^{[ 91 ]}หินเหล่านี้อยู่ภายในชั้นหินตะกอนความร้อนใต้พิภพที่ไม่ถูกบิดเบี้ยว ลักษณะเนื้อสัมผัสบ่งชี้ถึงต้นกำเนิดทางชีวภาพ บางส่วนของชั้นหินเดรสเซอร์ยังคงมีบ่อน้ำพุร้อนอยู่บนบก แต่บางพื้นที่ดูเหมือนจะเป็นทะเลตื้น^{[ 92 ]}การวิเคราะห์นาฬิกาโมเลกุลชี้ให้เห็นว่า LUCA เกิดขึ้นก่อน 3.9 พันล้านปี^{[ 93 ]}

ธาตุเคมีทั้งหมดมาจากนิวเคลียสสังเคราะห์ของดาวฤกษ์ ยกเว้นไฮโดรเจน ฮีเลียม และลิเธียมบางส่วน ส่วนประกอบทางเคมีพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต ได้แก่โมเลกุลคาร์บอน-ไฮโดรเจน (CH) ไอออนบวกคาร์บอน-ไฮโดรเจน (CH+) และไอออนคาร์บอน (C+) สามารถผลิตได้จากแสงอัลตราไวโอเลตจากดาวฤกษ์^{[ 94 ]}โมเลกุลที่ซับซ้อน รวมถึงโมเลกุลอินทรีย์ เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติทั้งในอวกาศและบนดาวเคราะห์^{[ 95 ]}โมเลกุลอินทรีย์บนโลกยุคแรกอาจมีต้นกำเนิดจากโลก โดยการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ถูกขับเคลื่อนด้วยแรงกระแทกหรือแหล่งพลังงานอื่นๆ เช่น แสงอัลตราไวโอเลต การจับคู่ รีดอกซ์หรือการปล่อยประจุไฟฟ้า หรือมีต้นกำเนิดจากนอกโลก ( pseudo-panspermia ) โดยโมเลกุลอินทรีย์ก่อตัวขึ้นในเมฆฝุ่นระหว่างดาวฤกษ์หรือในเนบิวลาสุริยะสะสมตัวบนดาวเคราะห์^{[ 96 ] [ 97 ] [ 98 ]}

สารประกอบอินทรีย์คือสารเคมีที่มีโมเลกุลประกอบด้วยคาร์บอน คาร์บอนมีอยู่มากมายในดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ ดาวหาง และในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ในระบบสุริยะ^{[ 99 ]}สารประกอบอินทรีย์ค่อนข้างพบได้ทั่วไปในอวกาศ เกิดจาก "โรงงานสังเคราะห์โมเลกุลที่ซับซ้อน" ซึ่งเกิดขึ้นในเมฆโมเลกุลและซองหุ้มรอบดาวฤกษ์และวิวัฒนาการทางเคมีหลังจากปฏิกิริยาเริ่มต้นขึ้นโดยส่วนใหญ่เกิดจากรังสีไอออนไนซ์ [ ^{95 ] [ 100 ] [ 101 ] นิ} วคลีโอเบส พิวรีนและไพริมิดี น รวมถึงกัวนีน^{อะดีนีน ไซโตซีน ยูราซิล และไทมีน ตลอดจนน้ำตาล ถูกพบในอุกกาบาต สิ่งเหล่านี้อาจเป็นวัสดุสำหรับการก่อตัวของ DNA และ RNA บนโลกยุคแรก [ 102 ]}กรดอะมิโนไกลซีนถูกพบในวัสดุที่ถูกพุ่งออกมาจาก^{ดาวหางไว}ลด์2ซึ่งก่อนหน้านี้เคยตรวจพบในอุกกาบาตแล้ว^{[ 103 ]}ดาวหางถูกปกคลุมด้วยวัสดุมืด ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นสารอินทรีย์คล้ายน้ำมันดิน ที่เกิดจากสารประกอบคาร์บอนอย่างง่ายภายใต้รังสีไอออนไนซ์ ฝนของวัสดุจากดาวหางอาจนำโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนดังกล่าวมาสู่โลกได้ ^{[ 104 ] [ 105 ] [ 61 ]}ในช่วงการระดมยิงครั้งใหญ่ตอนปลาย อุกกาบาตอาจนำธาตุอินทรีย์ก่อนชีวภาพมาสู่โลกได้มากถึงห้าล้านตันต่อปี^{[ 61 ]}ปัจจุบันมีฝุ่นละอองจากอวกาศตกลงสู่โลกปีละ 40,000 ตัน^{[ 106 ]}

ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกหลายวง (PAH) เป็นโมเลกุลหลายอะตอมที่พบได้ทั่วไปและมีมากที่สุดในเอกภพที่สังเกตได้และเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่สำคัญ^{[ 99 ] [ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]}ดูเหมือนว่าพวกมันจะก่อตัวขึ้นไม่นานหลังจากบิ๊กแบง^{[ 110 ] [ 108 ] [ 109 ]}และเกี่ยวข้องกับดาวฤกษ์ดวงใหม่และดาวเคราะห์นอกระบบ [ ^{99 ]พวกมัน}น่าจะเป็นส่วนประกอบของทะเลดึกดำบรรพ์ของโลก^{[ 110 ] [ 108 ] [ 109 ]}ตรวจพบ PAH ในเนบิวลา [ ^{111 ]}และในตัวกลางระหว่างดาวในดาวหาง และในอุกกาบาต^{[ 99 ]}

ดาวฤกษ์ HH 46-IR ซึ่งมีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์ในช่วงแรกของชีวิต ถูกล้อมรอบด้วยแผ่นดิสก์ของสสารซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลต่างๆ รวมถึงสารประกอบไซยาไนด์ไฮโดรคาร์บอนและคาร์บอนมอนอกไซด์ PAH ในตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์สามารถเปลี่ยนรูปได้ผ่านกระบวนการไฮโดรจีเน ชัน ออกซิเจเนชันและไฮดรอกซิเลชันไปเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งใช้ในเซลล์สิ่งมีชีวิต^{[ 112 ]}

สารประกอบอินทรีย์ที่ถูกนำเข้ามาในโลกโดยอนุภาคฝุ่นระหว่างดวงดาวสามารถช่วยสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนได้ เนื่องจากกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาบนพื้นผิว ที่แปลกประหลาด ^{[ 113 ] [ 114 ]}ส่วนประกอบ RNA ยูราซิลและโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง รวมถึงแซนทีนในอุกกาบาตเมอร์ชิสันน่าจะก่อตัวขึ้นนอกโลก ดังที่แนะนำโดยการศึกษาอัตราส่วนไอโซโทป^12C / ^{13C [} 115 ^] การศึกษาอุกกาบาตของ NASA ชี้ให้เห็นว่านิ ว คลีโอเบส ^DNAทั้งสี่ (อะดีนีน กัวนีน และโมเลกุลอินทรีย์ที่เกี่ยวข้อง) ก่อตัวขึ้นในอวกาศ^{[ 113 ] [ 116 ] [ 117 ]}ฝุ่นคอสมิกที่ แทรกซึมไปทั่วจักรวาลประกอบด้วยสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน ("ของแข็งอินทรีย์อสัณฐานที่มีโครงสร้าง อะโรมา ติก - อะลิฟาติกผสม") ซึ่งสามารถสร้างขึ้นได้อย่างรวดเร็วโดยดาวฤกษ์^{[ 118 ]}ไกลโคอัลดีไฮด์ซึ่งเป็นโมเลกุลน้ำตาลและสารตั้งต้นของอาร์เอ็นเอ ได้รับการตรวจพบในบริเวณอวกาศ รวมถึงบริเวณรอบดาวฤกษ์แรกเริ่มและบนอุกกาบาต^{[ 119 ] [ 120 ]}

ตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 1860 การทดลองได้แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลที่เกี่ยวข้องทางชีววิทยาสามารถผลิตได้จากการโต้ตอบของแหล่งคาร์บอนอย่างง่ายกับตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์ที่มีอยู่มากมาย การก่อตัวของพอลิเมอร์ที่ซับซ้อนโดยธรรมชาติจากโมโนเมอร์ที่สร้างขึ้นโดยปราศจากสิ่งมีชีวิตภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดโดยทฤษฎี "ซุป" นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย นอกจากโมโนเมอร์อินทรีย์พื้นฐานที่จำเป็นแล้ว สารประกอบที่ขัดขวางการก่อตัวของพอลิเมอร์ยังเกิดขึ้นในความเข้มข้นสูงระหว่างการทดลองของ Miller–UreyและการทดลองของJoan Oró อีกด้วย ^{[ 121 ]}ชีววิทยาใช้กรดอะมิโน 20 ชนิดเป็นหลักสำหรับเอนไซม์โปรตีนที่เข้ารหัส ซึ่งเป็นเพียงส่วนย่อยเล็กๆ ของผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างที่เป็นไปได้ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตมักจะใช้สิ่งที่มีอยู่ จึงจำเป็นต้องมีคำอธิบายว่าทำไมชุดที่ใช้จึงมีขนาดเล็กมาก^{[ 122 ]}ฟอร์มาไมด์เป็นสื่อกลางที่น่าสนใจซึ่งอาจเป็นแหล่งของอนุพันธ์กรดอะมิโนจากสารตั้งต้นอัลดีไฮด์และไนไตรล์อย่างง่าย^{[ 123 ]}

อเล็กซานเดอร์ บัตเลอ รอฟ แสดงให้เห็นในปี พ.ศ. 2404 ว่าปฏิกิริยาฟอร์โมสสร้างน้ำตาลรวมถึงเตตรอส เพนโทส และเฮกโซส เมื่อฟอร์มาลดีไฮด์ถูกให้ความร้อนภายใต้สภาวะเบสด้วยไอออนโลหะสองวาเลนซ์เช่นแคลเซียม อาร์. เบรสโลว์ เสนอว่าปฏิกิริยานี้เป็นแบบเร่งปฏิกิริยาตัวเองในปี พ.ศ. 2492 ^{[ 124 ]}

นิวคลีโอเบส เช่น กัวนีนและอะดีนีน สามารถสังเคราะห์ได้จากแหล่งคาร์บอนและไนโตรเจนอย่างง่าย เช่นไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN) และแอมโมเนีย^{[ 125 ]}บนโลกยุคแรก HCN น่าจะถูกจัดหาผ่านการผลิตทางเคมีแสงในบรรยากาศชั่วคราวที่มีการรีดิวซ์สูงหลังจากการชนครั้งใหญ่^{[ 126 ]}ฟอร์มา ไมด์ ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำและ HCN จะสร้างไรโบนิวคลีโอไทด์ทั้งสี่ชนิดเมื่อได้รับความร้อนจากแร่ธาตุบนโลก^{[ 127 ] [ 128 ]} HCN สามารถมีส่วนร่วมในกระบวนการทางเคมี เช่น การสังเคราะห์กรดอะมิโนไกลซีน^{[ 61 ]}

ส่วนประกอบของ DNA และ RNA รวมถึงยูราซิล ไซโตซีน และไทมีน สามารถสังเคราะห์ได้ภายใต้สภาวะในอวกาศ โดยใช้สารเคมีเริ่มต้น เช่น ไพริมิดีนจากอุกกาบาต ไพริมิดีนอาจเกิดขึ้นใน ดาวฤกษ์ ยักษ์แดงฝุ่นระหว่างดาว หรือเมฆก๊าซ หรือบนโลกผ่านสารตั้งต้น เช่นไซยาโนอะเซทิลีนหลังจากการชนของดาวเคราะห์ น้อย ^{[ 129 ] [ 130 ]}เบส RNA ทั้งสี่ชนิดสามารถสังเคราะห์ได้จากฟอร์มาไมด์ในเหตุการณ์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง เช่น การชนจากนอกโลก^{[ 131 ]} ไรโบนิวคลีโอ ไทด์หลายชนิดสำหรับการสร้าง RNA ได้รับการสังเคราะห์ในสภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการซึ่งจำลองสภาวะก่อนชีวภาพผ่าน ปฏิกิริยาฟอร์โมสแบบ เร่งปฏิกิริยาด้วยตนเอง^{[ 132 ]}

มีการรายงานเส้นทางอื่นสำหรับการสังเคราะห์เบสจากวัสดุอนินทรีย์^{[ 133 ]}อุณหภูมิเยือกแข็งช่วยในการสังเคราะห์พิวรีนโดยการทำให้สารตั้งต้นที่สำคัญ เช่น HCN มีความเข้มข้นมากขึ้น^{[ 134 ]}อย่างไรก็ตาม ในขณะที่อะดีนีนและกัวนีนต้องการสภาวะเยือกแข็ง ไซโตซีนและยูราซิลอาจต้องการอุณหภูมิเดือด^{[ 135 ]}กรดอะมิโนเจ็ดชนิดและนิวคลีโอเบสสิบเอ็ดชนิดก่อตัวขึ้นในน้ำแข็งเมื่อแอมโมเนียและไซยาไนด์ถูกทิ้งไว้ในช่องแช่แข็งเป็นเวลา 25 ปี^{[ 136 ] [ 137 ]} S- ไตรอะซีน (นิวคลีโอเบสทางเลือก) ไพริมิดีนรวมถึงไซโตซีนและยูราซิล และอะดีนีนสามารถสังเคราะห์ได้โดยการนำสารละลายยูเรียไปผ่านวัฏจักรการแช่แข็งและละลายภายใต้บรรยากาศรีดิวซ์ด้วยการปล่อยประกายไฟ^{[ 138 ]}ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำเหล่านี้ดำเนินไปอย่างรวดเร็วเนื่องจากการแข็งตัวแบบยูเทคติกซึ่งทำให้สิ่งเจือปนอัดแน่นอยู่ในช่องของเหลวขนาดเล็กภายในน้ำแข็ง^{[ 139 ]}

การสังเคราะห์เปปไทด์ก่อนชีวภาพอาจเกิดขึ้นได้หลายวิธี บางวิธีเน้นที่สภาวะอุณหภูมิ/ความเข้มข้นสูงซึ่งการควบแน่นจะเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้นในเชิงพลังงาน ในขณะที่บางวิธีใช้ตัวแทนควบแน่นก่อนชีวภาพที่เป็นไปได้^{[ 140 ]}

หลักฐานเชิงทดลองสำหรับการก่อตัวของเปปไทด์ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นเฉพาะได้รับการสนับสนุนจากงานวิจัยที่ชี้ให้เห็นว่าวัฏจักรเปียก-แห้งและการมีอยู่ของเกลือเฉพาะสามารถเพิ่มการควบแน่นของไกลซีนเป็นสายโซ่โพลีไกลซีนได้อย่างมาก^{[ 141 ]}งานวิจัยอื่น ๆ ชี้ให้เห็นว่าในขณะที่พื้นผิวแร่ เช่น ไพไรต์ แคลไซต์ และรูไทล์ เร่งปฏิกิริยาการควบแน่นของเปปไทด์ แต่ก็ยังเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสด้วย ผู้เขียนแนะนำว่าจำเป็นต้องมีการกระตุ้นทางเคมีหรือการเชื่อมต่อเพิ่มเติมเพื่อผลิตเปปไทด์ที่ความเข้มข้นเพียงพอ ดังนั้น การเร่งปฏิกิริยาโดยพื้นผิวแร่ แม้จะมีความสำคัญ แต่ก็ไม่เพียงพอสำหรับการสังเคราะห์เปปไทด์เพียงอย่างเดียว^{[ 142 ]}

มีการระบุตัวแทนควบแน่น/กระตุ้นที่เป็นไปได้ก่อนชีวภาพจำนวนมาก ซึ่งรวมถึงสิ่งต่อไปนี้: ไซยานาไมด์, ไดไซยานาไมด์, ไดไซแอนไดอะไมด์, ไดอะมิโนมาเลโอไนไตรล์, ยูเรีย, ไตรเมตาฟอสเฟต, NaCl, CuCl _2, (Ni,Fe)S, CO, คาร์บอนิลซัลไฟด์ (COS), คาร์บอนไดซัลไฟด์ (CS ₂ ) _, SO ₂และไดแอมโมเนียมฟอสเฟต (DAP) ^{[ 140 ]}

การทดลองในปี 2024 ใช้พื้นผิวแซฟไฟร์ที่มีรอยแตกบาง ๆ อยู่ใต้กระแสความร้อน ซึ่งเลียนแบบปล่องระบายความร้อนใต้ทะเลลึกเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของส่วนประกอบที่สำคัญก่อนกำเนิดสิ่งมีชีวิตจากส่วนผสมเจือจางได้มากถึงสามลำดับขนาด ซึ่งอาจช่วยสร้างไบโอพอลิเมอร์ เช่น เปปไทด์^{[ 143 ]}บทบาทที่คล้ายกันนี้ได้รับการเสนอแนะสำหรับดินเหนียว^{[ 144 ]}แม้ว่าการคาดการณ์นี้จะไม่ได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานการทดลองก็ตาม

การสังเคราะห์เปปไทด์ก่อนชีวภาพจากโมเลกุลที่เรียบง่ายกว่า เช่น CO, NH3 _และ C โดยข้ามขั้นตอนการสร้างกรดอะมิโนนั้นมีประสิทธิภาพมากเช่นกัน^{[ 145 ] [ 146 ]}

คำถามที่ยังไม่ได้รับคำตอบที่ใหญ่ที่สุดในวิวัฒนาการคือเซลล์ต้นกำเนิด ที่เรียบง่าย เกิดขึ้นได้อย่างไร และมีความแตกต่างกันอย่างไรในการมีส่วนร่วมในการสืบพันธุ์ในรุ่นถัดไป ซึ่งเป็นการเริ่มต้นวิวัฒนาการ ทฤษฎี โลกของไขมันตั้งสมมติฐานว่าวัตถุที่สามารถจำลองตัวเองได้เป็นครั้งแรกนั้นมีลักษณะคล้ายไขมัน^{[ 147 ] [ 148 ]}ฟอสโฟลิปิดก่อตัว เป็น ชั้นไขมันสองชั้น (เช่นเดียวกับในเยื่อหุ้มเซลล์) ในน้ำขณะที่ถูกกวน โมเลกุลเหล่านี้ไม่มีอยู่ในโลกยุคแรก แต่โมเลกุลแอมฟิฟิลิกสายยาวที่สร้างเยื่อหุ้มเซลล์อื่นๆ มีอยู่ ร่างกายเหล่านี้อาจขยายตัวโดยการแทรกไขมันเพิ่มเติม และอาจแยกตัวออกเป็นลูกหลานสองตัวที่มีขนาดและองค์ประกอบคล้ายกันโดยธรรมชาติ ร่างกายไขมันอาจเป็นซองหุ้มสำหรับการจัดเก็บข้อมูล ทำให้เกิดวิวัฒนาการของพอลิเมอร์ที่จัดเก็บข้อมูลเช่น RNA มีการศึกษาแอมฟิฟิลิกที่สร้างเวสิเคิลเพียงหนึ่งหรือสองประเภทเท่านั้น^{[ 149 ]}มีการจัดเรียงที่เป็นไปได้มากมายมหาศาลของเยื่อหุ้มไขมันสองชั้น และเยื่อหุ้มที่มีลักษณะการสืบพันธุ์ที่ดีที่สุดจะบรรจบกันที่ปฏิกิริยาไฮเปอร์ไซเคิล^{[ 150 ] [ 151 ]} ซึ่งเป็นการ ป้อนกลับเชิง บวก ที่ประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมกันสองตัวที่แสดงโดยตำแหน่งเยื่อหุ้มและสารประกอบเฉพาะที่ถูกกักอยู่ในเวสิเคิล คู่ของตำแหน่ง/สารประกอบดังกล่าวสามารถส่งต่อไปยังเวสิเคิลลูกได้ นำไปสู่การเกิดขึ้นของสายพันธุ์เวสิเคิลที่แตกต่างกัน ซึ่งอยู่ภายใต้การคัดเลือกโดยธรรมชาติ^{[ 152 ]}

โปรโตเซลล์คือกลุ่มของลิปิดทรงกลมที่จัดระเบียบตัวเองและเรียงลำดับตัวเอง ซึ่งถูกเสนอให้เป็นก้าวแรกสู่ชีวิต^{[ 149 ]}ที่สามารถวิวัฒนาการได้^{[ 153 ]}เวสิเคิลที่ประกอบตัวเองเป็นส่วนประกอบสำคัญของเซลล์ดั้งเดิม^{[ 149 ]}ทฤษฎีเทอร์โมไดนามิกส์แบบคลาสสิกที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จะพิจารณาการประกอบตัวเองภายใต้ศักยภาพทางเคมีทั่วไปภายในกรอบของระบบที่กระจายพลังงาน^{[ 154 ] [ 155 ] [ 156 ]}กฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์กำหนดให้เอนโทรปี โดยรวม เพิ่มขึ้น แต่ชีวิตนั้นโดดเด่นด้วยระดับการจัดระเบียบที่สูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีขอบเขตเพื่อแยกกระบวนการชีวิต ที่เป็นระเบียบออก จากสสารที่ไม่มีชีวิตซึ่งวุ่นวาย^{[ 157 ]}โปรโตเซลล์ที่ทำงานได้ ซึ่งต้องแสดงให้เห็นถึงวิวัฒนาการแบบดาร์วิน ยังไม่ประสบความสำเร็จในห้องปฏิบัติการ^{[ 153 ] [ 158 ] [ 159 ] [ 160 ]}

Irene Chen และJack W. Szostakเสนอว่าโปรโตเซลล์พื้นฐานสามารถก่อให้เกิดรูปแบบดั้งเดิมของการสืบพันธุ์ที่แตกต่างกัน การแข่งขัน และการเก็บพลังงาน^{[ 159 ]}การแข่งขันสำหรับโมเลกุลของเยื่อหุ้มเซลล์จะเอื้อต่อเยื่อหุ้มเซลล์ที่เสถียร ซึ่งชี้ให้เห็นถึงข้อได้เปรียบเชิงเลือกสำหรับกรดไขมันที่เชื่อมโยงกันและแม้แต่ฟอสโฟลิปิดสมัยใหม่^{[ 159 ]}การห่อหุ้มขนาดเล็กดังกล่าวจะช่วยให้เกิดการเผาผลาญภายในเยื่อหุ้มเซลล์และการแลกเปลี่ยนโมเลกุลขนาดเล็ก ในขณะที่ยังคงรักษาโมเลกุลชีวภาพขนาดใหญ่ไว้ภายใน เยื่อหุ้มเซลล์ดังกล่าวจำเป็นสำหรับเซลล์ในการสร้างความลาดชันทางไฟฟ้าเคมีของ ตัวเอง ^{[ 161 ] [ 162 ]}ถุงกรดไขมันในสภาวะปล่องภูเขาไฟใต้ทะเลที่เป็นด่างสามารถทำให้เสถียรได้ด้วยไอโซพรีนอยด์ ซึ่งสังเคราะห์โดยปฏิกิริยาฟอร์โมส ข้อดีและข้อเสียของไอโซพรีนอยด์ภายในชั้นไขมันสองชั้นในสภาพแวดล้อมขนาดเล็กที่แตกต่างกันอาจนำไปสู่ความแตกต่างของเยื่อหุ้มเซลล์ของอาร์เคียและแบคทีเรีย^{[ 163 ]}

เวสิเคิลสามารถเกิดกระบวนการวิวัฒนาการภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงความดันได้^{[ 164 ]}การจำลองสภาพแวดล้อมของระบบในเขตแนวรอยเลื่อน ทางธรณีวิทยา ภายในเปลือกโลกการเปลี่ยนแปลงความดันจะก่อให้เกิดเวสิเคิลเป็นระยะ^{[ 165 ]}รวมถึง สายโซ่ เปปไทด์ แบบสุ่ม ซึ่งถูกเลือกให้สามารถรวมเข้ากับเยื่อหุ้มเวสิเคิลได้ การคัดเลือกเวสิเคิลเพิ่มเติมเพื่อความเสถียรอาจนำไปสู่โครงสร้างเปปไทด์ที่มีฟังก์ชันการทำงาน ซึ่งจะเพิ่มอัตราการอยู่รอดของเวสิเคิล^{[ 166 ] [ 167 ] [ 168 ]}

ชีวิตต้องอาศัยการสูญเสียเอนโทรปี หรือความไม่เป็นระเบียบ เมื่อโมเลกุลจัดระเบียบตัวเองเป็นสสารที่มีชีวิต ในขณะเดียวกัน การกำเนิดของชีวิตก็เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโครงสร้างที่เกินขีดจำกัดความซับซ้อนระดับหนึ่ง^{[ 169 ]}การ^{กำเนิดของ}ชีวิตที่มีระเบียบและความซับซ้อนเพิ่มขึ้นไม่ได้ขัดแย้งกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งระบุว่าเอนโทรปีโดยรวมไม่เคยลดลง เนื่องจากสิ่งมีชีวิตสร้างระเบียบในบางแห่ง (เช่น ร่างกายที่มีชีวิต) โดยแลกกับการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีในที่อื่น (เช่น ความร้อนและการผลิตของเสีย) ^{[ 170 ] [ 171 ] [ 172 ]}

บนโลกยุคแรกมีแหล่งพลังงานหลายแหล่งที่ใช้สำหรับปฏิกิริยาเคมี ความร้อนจาก กระบวนการความร้อน ใต้พิภพเป็นแหล่งพลังงานมาตรฐานสำหรับเคมี ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ แสงแดด ฟ้าผ่า^{[ 61 ]}การเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของไมโครอุกกาบาต^{[ 173 ]}และการยุบตัวของฟองอากาศในคลื่นทะเลและมหาสมุทร^{[ 174 ]}สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการทดลอง^{[ 175 ] [ 176 ]}และการจำลอง^{[ 177 ]} ปฏิกิริยาที่ไม่เอื้ออำนวยสามารถถูกขับเคลื่อนโดยปฏิกิริยาที่เอื้ออำนวยอย่างมาก เช่นในกรณีของเคมีเหล็ก-กำมะถัน ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้อาจมีความสำคัญต่อการตรึงคาร์บอน^{[ a ]} ​​การตรึงคาร์บอนโดยปฏิกิริยาของ CO ₂กับ H ₂ S ผ่านเคมีเหล็ก-กำมะถันนั้นเอื้ออำนวย และเกิดขึ้นที่ค่า pH เป็นกลางและอุณหภูมิ 100 °C พื้นผิวเหล็ก-กำมะถันซึ่งมีอยู่มากมายใกล้กับปล่องไฮโดรเทอร์มอลสามารถขับเคลื่อนการผลิตกรดอะมิโนและโมเลกุลชีวภาพอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อยได้^{[ 61 ]}

ในปี พ.ศ. 2504 ปีเตอร์ มิตเชลเสนอว่าเคมีออสโมซิสเป็นระบบหลักในการแปลงพลังงานของเซลล์ กลไกนี้ซึ่งปัจจุบันพบได้ทั่วไปในเซลล์สิ่งมีชีวิต ขับเคลื่อนการแปลงพลังงานในจุลินทรีย์และใน ไมโทคอนเด รียของยูคาริโอต ทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าจะเป็นไปได้สำหรับสิ่งมีชีวิตในยุคแรก^{[ 178 ] [ 179 ]}ไมโทคอนเดรียผลิตอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งเป็นสกุลเงินพลังงานของเซลล์ที่ใช้ในการขับเคลื่อนกระบวนการของเซลล์ เช่น การสังเคราะห์ทางเคมี กลไกการสังเคราะห์ ATP เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์ที่ปิดสนิทซึ่ง มีเอนไซม์ ATP ซินเทสฝังอยู่ พลังงานที่จำเป็นในการปลดปล่อย ATP ที่ยึดแน่นนั้นมีที่มาจากโปรตอนที่เคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์^{[ 180 ]}ในเซลล์สมัยใหม่ การเคลื่อนที่ของโปรตอนเหล่านั้นเกิดจากการปั๊มไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้เกิดความลาดชันทางไฟฟ้าเคมี ในสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรก ความลาดชันอาจเกิดจากความแตกต่างขององค์ประกอบทางเคมีระหว่างการไหลจากปล่องไฮโดรเทอร์มอลกับน้ำทะเลโดยรอบ^{[ 162 ]}หรืออาจเป็นควิโนนจากอุกกาบาตที่เอื้อต่อการพัฒนาพลังงานเคมีออสโมติกผ่านเยื่อไขมันหากมีต้นกำเนิดบนบก^{[ 181 ]}

สมมติฐานโลก PAHเป็นสมมติฐานเชิงคาดการณ์ที่เสนอว่าไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกหลายวง (PAHs) ซึ่งเป็นที่ทราบกันว่ามีอยู่มากมายใน^{จักรวาล [ 110 ] [ 108 ] [ 182 ] รวมถึงในดาวหาง [} 183 ] ^{และสันนิษฐานว่ามีอยู่มากมายในซุป}ดั้งเดิม^{ของโลกยุค}แรกมีบทบาทสำคัญในการกำเนิดชีวิตโดยการเป็นตัวกลางในการสังเคราะห์ โมเลกุล RNAซึ่งนำไปสู่โลก RNAอย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน สมมติฐานนี้ยังไม่ได้รับการทดสอบ^{[ 184 ] [ 185 ]}

สมมติฐานโลกอาร์เอ็นเออธิบายถึงโลกยุคแรกที่มีอาร์เอ็นเอที่สามารถจำลองตัวเองและเร่งปฏิกิริยาได้ แต่ไม่มีดีเอ็นเอหรือโปรตีน^{[ 186 ]} สมมติฐาน นี้เสนอโดยอเล็กซานเดอร์ ริชใน ปี 1962 ^{[ 187 ]}และคำนี้ถูกบัญญัติโดยวอลเตอร์ กิลเบิร์ตในปี 1986 ^{[ 188 ] [ 189 ]}นักวิจัยหลายคนเห็นพ้องต้องกันว่าโลกอาร์เอ็นเอต้องมีมาก่อนสิ่งมีชีวิตที่ใช้ดีเอ็นเอในปัจจุบัน^{[ 190 ] [ 191 ] [ 192 ] [ 193 ]}อย่างไรก็ตาม มันอาจไม่ใช่สิ่งแรกที่เคยมีอยู่^{[ 194 ] [ 188 ]}อาจมีเหตุการณ์ทางเคมีมากกว่า 30 เหตุการณ์ระหว่างยุคก่อนโลกอาร์เอ็นเอไปจนถึงยุคใกล้ LUCA ซึ่งเกี่ยวข้องกับอาร์เอ็นเอเพียงอย่างเดียว^{[ 195 ]}

RNA มีบทบาทสำคัญในกระบวนการแปลรหัส RNA ขนาดเล็กสามารถเร่งปฏิกิริยาของกลุ่มเคมีและการถ่ายโอนข้อมูลที่จำเป็นต่อชีวิตได้^{[ 188 ] [ 196 ]} RNA ทั้งแสดงออกและรักษาข้อมูลทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตสมัยใหม่ ส่วนประกอบของ RNA สามารถสังเคราะห์ได้ง่ายภายใต้สภาวะของโลกยุคแรก โครงสร้างของไรโบโซมได้รับการขนานนามว่าเป็น "หลักฐานชิ้นสำคัญ" โดยมีแกนกลางเป็น RNA และไม่มีหมู่ข้างเคียงของกรดอะมิโนอยู่ภายในระยะ 18 Åจากบริเวณที่ออกฤทธิ์ซึ่งเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเปปไทด์^{[ 197 ] [ 194 ] [ 198 ]}

RNA replicaseสามารถทั้งเข้ารหัสและเร่งปฏิกิริยาการจำลองแบบ RNA เพิ่มเติมได้ กล่าวคือ มันเป็นแบบเร่งปฏิกิริยาด้วยตนเอง RNA ที่เร่งปฏิกิริยาบางชนิดสามารถเชื่อมโยงลำดับ RNA ที่เล็กกว่าเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดการจำลองแบบด้วยตนเองได้^{[ 199 ] [ 200 ] [ 194 ]}การคัดเลือกโดยธรรมชาติจะสนับสนุนการแพร่กระจายของชุดเร่งปฏิกิริยาด้วย ตนเองดัง กล่าว^{[ 201 ] [ 202 ] [ 203 ]}การประกอบตัวเองของ RNA อาจเกิดขึ้นเองในปล่องภูเขาไฟใต้ทะเล^{[ 204 ] [ 205 ] [ 206 ]}รูปแบบเบื้องต้นของ tRNA อาจประกอบกันเป็นโมเลกุลตัวจำลองแบบ^{[ 207 ]}เมื่อเริ่มจำลองแบบ มันอาจมีกลไกทั้งสามของการคัดเลือกแบบดาร์วิน ได้แก่การถ่ายทอดทางพันธุกรรมความแปรผัน และการสืบพันธุ์ที่แตกต่างกัน ความเหมาะสมของมันจะขึ้นอยู่กับความสามารถในการปรับตัว ซึ่งกำหนดโดยลำดับนิวคลีโอไทด์และความพร้อมของทรัพยากร^{[ 208 ] [ 209 ]}

จาก การศึกษา จีโนมิกส์ ของ Carl Woeseตั้งแต่ปี 1977 เป็นต้น มา พบว่าบรรพบุรุษร่วมสากลสุดท้าย (LUCA) ของสิ่งมีชีวิตสมัยใหม่ทั้งหมดอยู่ระหว่างแบคทีเรียและกลุ่มที่ประกอบด้วยอาร์เคียและยูคาริโอตาในแผนภูมิวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต โดยมีอายุยืนยาวกว่า 4,000 พันล้านปี^{[ 210 ] [ 211 ]}มีงานวิจัยจำนวนน้อยที่ระบุว่า LUCA อยู่ในแบคทีเรีย โดยเสนอว่าอาร์เคียและยูคาริโอตามีวิวัฒนาการมาจากยูแบคทีเรีย^{[ 212 ]} Thomas Cavalier-Smith เสนอในปี 2006 ว่าไฟลัมแบคทีเรีย Chloroflexota ที่มี ลักษณะฟีโนไทป์หลากหลายนั้นมี LUCA อยู่ด้วย^{[ 213 ]}

• 
  แผนภูมิวิวัฒนาการแสดงบรรพบุรุษร่วมสากลสุดท้าย (LUCA) ที่ราก กลุ่มหลักคือแบคทีเรียในด้านหนึ่ง และอาร์เคียและยูคาริโอตาในอีกด้านหนึ่ง

ในปี 2016 มีการระบุชุดยีน 355 ยีนที่น่าจะพบใน LUCA โดยมีการจัดลำดับยีนโปรคาริโอตทั้งหมด 6.1 ล้านยีนจากแบคทีเรียและอาร์เคีย และระบุกลุ่มโปรตีน 355 กลุ่มจากทั้งหมด 286,514 กลุ่มที่น่าจะพบได้ทั่วไปใน LUCA ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่า LUCA เป็นสิ่งมีชีวิตแบบไม่ใช้ออกซิเจนมีวิถีเมตาบอลิซึมแบบ Wood–Ljungdahl (Acetyl-CoA แบบรีดิวซ์) สามารถตรึงไนโตรเจนและคาร์บอน และชอบอุณหภูมิสูง โคแฟคเตอร์ ของมัน บ่งชี้ว่ามันขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยไฮโดรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ เหล็ก และโลหะทรานซิชันสารพันธุกรรมของมันน่าจะเป็น DNA ซึ่งต้องอาศัยรหัสพันธุกรรม 4 นิวคลีโอไทด์ อาร์เอ็นเอส่งสาร อาร์เอ็นเอถ่ายโอน และไรโบโซมในการแปลรหัสเป็นโปรตีน เช่น เอนไซม์ LUCA น่าจะอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมปล่องภูเขาไฟใต้ทะเลแบบไม่ใช้ออกซิเจนในสภาพแวดล้อมที่มีปฏิกิริยาทางเคมีสูง เห็นได้ชัดว่ามันเป็นสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนอยู่แล้ว และต้องมีสารตั้งต้นมาก่อน มันไม่ใช่สิ่งมีชีวิตแรก^{[ 10 ] [ 214 ]}สรีรวิทยาของ LUCA เป็นที่ถกเถียงกัน^{[ 215 ] [ 216 ] [ 217 ]}งานวิจัยก่อนหน้านี้ระบุโปรตีน 60 ชนิดที่พบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด^{[ 218 ]}ปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมที่อนุมานได้ใน LUCA คือวงจรเครบส์ย้อนกลับที่ ไม่สมบูรณ์ ก ลูโคเนโอเจเน ซิส วิถี เพนโทสฟอสเฟตไกล โคไลซิ ส รีดักที ฟอะมิเนชันและทรานส์อะมิเนชัน^{[ 219 ] [ 220 ]}

• 
  ระบบ LUCA และสิ่งแวดล้อมรวมถึงเส้นทางWood–Ljungdahl ^{[ 10 ]}

มีการเสนอสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาและสิ่งแวดล้อมที่หลากหลายสำหรับการกำเนิดของชีวิต ทฤษฎีเหล่านี้มักแข่งขันกันเอง เนื่องจากมีมุมมองมากมายเกี่ยวกับความพร้อมของสารประกอบก่อนชีวภาพ สภาพแวดล้อมทางธรณีฟิสิกส์ และลักษณะของสิ่งมีชีวิตในยุคแรก สิ่งมีชีวิตแรกบนโลกน่าจะแตกต่างจากLUCAระหว่างการปรากฏตัวครั้งแรกของชีวิตและจุดเริ่มต้นของการแตกแขนงของสายวิวัฒนาการสมัยใหม่ทั้งหมด มีช่วงเวลาที่ไม่ทราบแน่ชัดผ่านไป พร้อมกับการถ่ายโอนยีน การสูญพันธุ์ และการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่ไม่ทราบแน่ชัด^{[ 221 ]}สายวิวัฒนาการสมัยใหม่ให้หลักฐานทางพันธุกรรมเกี่ยวกับ LUCA มากกว่าเกี่ยวกับบรรพบุรุษของมัน^{[ 222 ]}

ไมโครฟอสซิลยุคแรกอาจมาจากโลกที่ร้อนระอุไปด้วยก๊าซต่างๆ เช่น มีเทน แอมโมเนีย คาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจนซัลไฟด์ซึ่งเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในปัจจุบันจำนวนมาก^{[ 223 ]}การวิเคราะห์แผนภูมิวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตแสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียและอาร์เคียที่ชอบอุณหภูมิสูงและสูงมากอยู่ใกล้กับรากมากที่สุด ซึ่งบ่งชี้ว่าสิ่งมีชีวิตอาจวิวัฒนาการในสภาพแวดล้อมที่ร้อน^{[ 224 ]}ทฤษฎีทะเลลึกหรือปล่องภูเขาไฟใต้ทะเลที่เป็นด่างระบุว่าสิ่งมีชีวิตเริ่มต้นที่ปล่องภูเขาไฟใต้ทะเล^{[ 225 ] [ 226 ]}วิลเลียม มาร์ตินและไมเคิล รัสเซลล์ได้เสนอแนะว่าสิ่งนี้อาจเกิดขึ้นในช่องที่มีผนังเป็นโลหะซัลไฟด์ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับผนังเซลล์^{[ 42 ]}

สิ่งเหล่านี้ก่อตัวขึ้นในบริเวณที่ของเหลวที่อุดมด้วยไฮโดรเจนผุดขึ้นมาจากใต้พื้นทะเล อันเป็นผลมาจากการเกิดเซอร์เพนติไนเซชันของโอลิวีนอัลตรา มาฟิก กับน้ำทะเลและส่วนต่อประสาน pH กับน้ำทะเลที่อุดมด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ปล่องเหล่านี้ก่อให้เกิดแหล่งพลังงานเคมีที่ยั่งยืนซึ่งได้มาจากปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยที่ผู้ให้อิเล็กตรอน (ไฮโดรเจนโมเลกุล) ทำปฏิกิริยากับผู้รับอิเล็กตรอน (คาร์บอนไดออกไซด์) ดูทฤษฎีโลกเหล็ก-กำมะถัน ปฏิกิริยา เหล่านี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน^{[ 225 ] [ b ]}

รัสเซลล์แสดงให้เห็นว่าช่องระบายความร้อนอัลคาไลน์สร้างแรงขับเคลื่อนโปรตอนแบบ อะบิโอเจนิกที่มีการไล่ ระดับเคมีออสโมติก^{[ 42 ]}ซึ่งเหมาะสำหรับการเกิดอะบิโอเจนิก ช่องขนาดเล็กของช่องเหล่านี้ "เป็นวิธีการตามธรรมชาติในการรวมโมเลกุลอินทรีย์" ซึ่งประกอบด้วยแร่ธาตุเหล็ก-กำมะถัน เช่นแมคคินาวิตทำให้เซลล์แร่เหล่านี้มีคุณสมบัติเร่งปฏิกิริยาตามที่กุนเทอร์ วาคเตอร์เฮาเซอร์ คาดการณ์ ไว้^{[ 227 ]}การเคลื่อนที่ของไอออนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์นี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยสองประการ: ^{[ 162 ]}

1. แรงแพร่ กระจายที่เกิดจากความแตกต่างของความเข้มข้น—อนุภาคทั้งหมดรวมถึงไอออนจะแพร่กระจายจากความเข้มข้นสูงไปยังความเข้มข้นต่ำ^{[ 162 ]}
2. แรงไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากความชันของศักย์ไฟฟ้า— ไอออนบวกเช่นโปรตอน H ⁺จะแพร่กระจายไปตามศักย์ไฟฟ้า ส่วนไอออนลบ จะแพร่กระจายไป ในทิศทางตรงกันข้าม^{[ 162 ]}

ความลาดชันทั้งสองนี้รวมกันสามารถแสดงได้เป็นความลาดชันทางเคมีไฟฟ้า ซึ่งให้พลังงานสำหรับการสังเคราะห์แบบไม่ใช้สิ่งมีชีวิต แรงขับเคลื่อนโปรตอนวัดพลังงานศักยภาพที่เก็บไว้ในรูปของความลาดชันของโปรตอนและแรงดันไฟฟ้าข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ (ความแตกต่างในความเข้มข้นของโปรตอนและศักยภาพทางไฟฟ้า) ^{[ 162 ]}

พื้นผิวของอนุภาคแร่ภายในปล่องไฮโดรเทอร์มอลใต้ทะเลลึกมีคุณสมบัติเร่งปฏิกิริยาคล้ายกับเอนไซม์ และสามารถสร้างโมเลกุลอินทรีย์อย่างง่าย เช่นเมทานอล (CH₃OH ₎และกรดฟอร์มิกกรด อะ ซิ ติก และกรดไพรูวิกจาก CO₂ ที่ละลาย_อยู่ในน้ำ หากได้รับแรงกระตุ้นจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ หรือจากปฏิกิริยา^กับ _H₂หรือ_H₂S ^{[ 228} ] ^{[ 229 ]}

ตั้งแต่ปี 1981 นักวิจัยเสนอว่าชีวิตอาจเริ่มต้นที่ปล่องไฮโดรเทอร์มอล^{[ 230 ] [ 231 ] [ 232 ]}ว่าปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเองในเปลือกโลกซึ่งขับเคลื่อนโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างหินกับน้ำที่อยู่ในสภาวะไม่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์เป็นพื้นฐานของการกำเนิดชีวิต^{[ 233 ] [ 234 ]}และว่าสายพันธุ์เริ่มต้นของอาร์เคียและแบคทีเรียเป็นออโตโทรฟที่พึ่งพา H ₂ซึ่งใช้ CO ₂เป็นตัวรับสุดท้ายในการเผาผลาญพลังงาน^{[ 235 ]}ในปี 2016 มาร์ตินแนะนำว่า LUCA "อาจต้องพึ่งพาพลังงานความร้อนใต้พิภพของปล่องไฮโดรเทอร์มอลอย่างมากเพื่อความอยู่รอด" ^{[ 10 ]}ในปีเดียวกันนั้น มีการผลิต RNA ในปล่องไฮโดรเทอร์มอลอัลคาไลน์สังเคราะห์ที่จำลองปล่องไฮโดรเทอร์มอลในทะเลลึก^{[ 236 ]}นักวิจัยสามารถสร้างโอลิโกเมอร์ RNA ที่มีความยาวได้ถึง 4 หน่วย RNA นี้ถูกสังเคราะห์โดยใช้ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่ถูกกระตุ้น นอกจากนี้ โอลิโกเมอร์ RNA เหล่านี้สามารถสังเคราะห์ได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น^{[ 237 ]}

สันนิษฐานว่ารูพรุนที่ปล่องความร้อนใต้ทะเลลึกนั้นถูกครอบครองโดยช่องที่มีเยื่อหุ้มซึ่งส่งเสริมปฏิกิริยาทางชีวเคมี^{[ 238 ] [ 239 ]}สารตัวกลางทางเมตาบอลิซึมในวัฏจักรเครบส์ กลูโคเนโอเจเนซิส วิถีการสังเคราะห์กรดอะมิโน ไกลโคไลซิส วิถีเพนโทสฟอสเฟต และรวมถึงน้ำตาลเช่นไรโบส และสารตั้งต้นของไขมัน สามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องใช้เอนไซม์ภายใต้สภาวะที่เกี่ยวข้องกับปล่องความร้อนใต้ทะเลลึกที่เป็นด่าง^{[ 240 ]}

หากแหล่งกำเนิดคือบริเวณแหล่งความร้อนใต้ทะเลลึก ชีวิตก็อาจถือกำเนิดขึ้นตั้งแต่สมัยโบราณได้4.0–4.2 พันล้านปีก่อนหากสิ่งมีชีวิตวิวัฒนาการในมหาสมุทรที่ระดับความลึกมากกว่าสิบเมตร สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นจะได้รับการปกป้องทั้งจากการชนและรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ในระดับสูงในขณะนั้น พลังงานที่มีอยู่ในปล่องภูเขาไฟใต้ทะเลจะสูงสุดที่อุณหภูมิ 100–150 °C ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ แบคทีเรีย ที่ทนความร้อนสูงและอาร์ เคียที่ทนกรดและทน ความร้อนสูง อาศัยอยู่^{[ 241 ] [ 242 ]}

ไฮเปอร์เทอร์โมฟิลีอาจเป็นผลมาจากการวิวัฒนาการแบบลู่เข้าในแบคทีเรียและอาร์เคีย สภาพแวดล้อม แบบเมโซฟิลิกได้รับการระบุว่าน่าจะเป็นไปได้มากกว่า^{[ 243 ] [ 244 ]}

คาดการณ์ว่า การผลิตสารประกอบอินทรีย์ก่อนกำเนิดสิ่งมีชีวิตที่บริเวณปล่องภูเขาไฟใต้ทะเลนั้นมีปริมาณมาก10 ^{8 กก .}  / ปี [ ^{245 ]}สารประกอบพรีไบโอติกที่สำคัญ เช่น มีเทน มีความเข้มข้นต่ำกว่ามากที่ปล่องภูเขาไฟเมื่อเทียบกับสภาพแวดล้อมในการทดลองของมิลเลอร์-ยูเรย์ ปัจจุบันเข้าใจกันว่าสารประกอบอินทรีย์บางชนิดเกิดขึ้นจากกระบวนการทางธรณีวิทยาอื่นๆ และตกทอดมายังปล่องภูเขาไฟ ตัวอย่างเช่น มีเทนมีแนวโน้มที่จะมาจากของเหลวที่ถูกชะล้างซึ่งก่อตัวขึ้นลึกในเปลือกโลกมหาสมุทรจากคาร์บอนแมกมา^{[ 246 ] [ 245 ] [ 247 ]}

ปล่องระบายความร้อนใต้ทะเลไม่ทำให้วัสดุก่อนชีวภาพมีความเข้มข้น เนื่องจากมีการเจือจางอย่างมากโดยน้ำทะเล ระบบเปิดนี้จะหมุนเวียนสารประกอบผ่านแร่ธาตุในปล่องระบายความร้อน ทำให้มีเวลาสะสมน้อย^{[ 248 ]}เซลล์สมัยใหม่ทั้งหมดอาศัยฟอสเฟตสำหรับโครงสร้างนิวคลีโอไทด์และโพแทสเซียมสำหรับการสร้างโปรตีน ทำให้เป็นไปได้ว่าสิ่งมีชีวิตรูปแบบแรกมีฟังก์ชันเหล่านี้ร่วมกัน ธาตุเหล่านี้ไม่มีอยู่ในปริมาณมากในมหาสมุทรยุคอาร์เคียน อย่างไรก็ตาม ฟอสเฟตสามารถมีความเข้มข้นในทะเลสาบได้ เช่นในทะเลสาบ Last Chance ในปัจจุบัน[ 249 ^{]ปล่องระบาย}ความร้อนใต้ทะเลไม่เอื้อต่อปฏิกิริยาการควบแน่นเพื่อสร้างพอลิเมอร์ของโมเลกุลขนาดใหญ่^{[ 250 ] [ 251 ]}

ข้อโต้แย้งเดิมคือพอลิเมอร์หลักถูกห่อหุ้มไว้ในเวสิเคิลหลังจากการควบแน่น ซึ่งคาดว่าจะไม่เกิดขึ้นในน้ำเค็ม อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ความเค็มยับยั้งการก่อตัวของเวสิเคิลจากส่วนผสมของกรดไขมันที่มีความหลากหลายต่ำ^{[ 252 ]}การก่อตัวของเวสิเคิลจากส่วนผสมของกรดไขมันและ 1-แอลคาโนลที่หลากหลายและสมจริงกว่านั้นกลับมีความยืดหยุ่นมากกว่า^{[ 253 ] [ 252 ]}

ยังไม่มีการศึกษาใดที่สามารถสาธิตการสังเคราะห์น้ำตาล กรดอะมิโน นิวคลีเอส นิวคลีโอไซด์ นิวคลีโอไทด์ หรือกรดไขมันที่สร้างเยื่อหุ้มเซลล์ภายใต้สภาวะช่องระบายอากาศที่เป็นไปได้^{[ 254 ]}

แหล่งน้ำผิวดินเป็นสภาพแวดล้อมที่แห้งและเปียกสลับกันไป วัฏจักรเปียก-แห้งทำให้สารประกอบก่อนชีวภาพมีความเข้มข้นและช่วยให้เกิดปฏิกิริยาควบแน่นเพื่อสร้างพอลิเมอร์ของโมเลกุลขนาดใหญ่ นอกจากนี้ ทะเลสาบและบ่อยังได้รับตะกอนจากการผุพังของ หิน ทวีปที่มีอะพาไทต์ ซึ่งเป็นแหล่งฟอสเฟตที่พบได้ทั่วไป ปริมาณเปลือกโลกภาคพื้นทวีปที่โผล่พ้นน้ำในยุคเฮเดียนนั้นไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่แบบจำลองความลึกของมหาสมุทรในยุคแรกเริ่มและอัตราการเติบโตของเกาะในมหาสมุทรและเปลือกโลกภาคพื้นทวีปทำให้มีความเป็นไปได้ว่ามีแผ่นดินโผล่พ้นน้ำ^{[ 255 ]}หลักฐานอีกประการหนึ่งสำหรับการเริ่มต้นของสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวคือความต้องการ รังสี อัลตราไวโอเลต (UV) สำหรับการทำงานของสิ่งมีชีวิต UV จำเป็นสำหรับการสร้างคู่เบส ของนิวคลีโอไทด์ U+C โดยการไฮโดรไลซิส บางส่วน และการสูญเสียนิวคลีโอเบส^{[ 256 ]}ในขณะเดียวกัน UV ก็อาจเป็นอันตรายและทำให้สิ่งมีชีวิตเป็นหมันได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสิ่งมีชีวิตยุคแรกเริ่มที่เรียบง่ายซึ่งมีความสามารถในการซ่อมแซมความเสียหายจากรังสีได้น้อย ระดับรังสีจากดวงอาทิตย์ในวัยเยาว์น่าจะสูงกว่า และหากไม่มีชั้นโอโซนรังสี UV คลื่นสั้นที่เป็นอันตรายจะมาถึงพื้นผิวโลกได้ สำหรับการกำเนิดของสิ่งมีชีวิต จำเป็นต้องมีสภาพแวดล้อมที่มีการป้องกันและมีการไหลเข้าจากแหล่งกำเนิดที่สัมผัสกับรังสี UV เพื่อให้ได้รับประโยชน์และป้องกันจากรังสี UV การป้องกันภายใต้น้ำแข็ง น้ำเหลว พื้นผิวแร่ (เช่น ดินเหนียว) หรือเรโกลิธ สามารถทำได้ในสภาพแวดล้อมของน้ำผิวดินหลายประเภท^{[ 257 ]}

วิวัฒนาการแบบแตกแขนงส่วนใหญ่เป็นแบบเทอร์โมฟิลิกหรือไฮเปอร์เทอร์โมฟิลิก ทำให้เป็นไปได้ว่า LUCA และสิ่งมีชีวิตก่อนหน้านั้นก็เทอร์โมฟิลิกเช่นกัน น้ำพุร้อนเกิดขึ้นจากการที่น้ำใต้ดินร้อนขึ้นจากกิจกรรมความร้อนใต้พิภพ จุดตัดนี้ช่วยให้วัสดุจากน้ำที่ซึมลึกและจากน้ำไหลบ่าบนพื้นผิวที่ขนส่งตะกอนทวีปที่ถูกกัดเซาะไหลเข้ามา ระบบน้ำใต้ดินที่เชื่อมต่อกันสร้างกลไกสำหรับการกระจายสิ่งมีชีวิตไปยังพื้นที่ที่กว้างขึ้น^{[ 241 ]}

Mulkidjanian และผู้เขียนร่วมโต้แย้งว่าสภาพแวดล้อมทางทะเลไม่ได้ให้ความสมดุลและองค์ประกอบของไอออนที่พบได้ทั่วไปในเซลล์ หรือไอออนที่จำเป็นสำหรับโปรตีนและไรโบไซม์ที่จำเป็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่เกี่ยวกับอัตราส่วน K ⁺ /Na ⁺ ที่สูง , Mn2 ⁺ , Zn2 ⁺และความเข้มข้นของฟอสเฟต พวกเขาโต้แย้งว่าสภาพแวดล้อมเดียวที่ทำเช่นนี้ได้คือน้ำพุร้อนที่คล้ายกับที่คัมชัตกา^{[ 258 ]}การสะสมของแร่ธาตุในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ภายใต้บรรยากาศที่ปราศจากออกซิเจนจะมีค่า pH ที่เหมาะสม มีตะกอนของแร่ซัลไฟด์ที่เร่งปฏิกิริยาด้วยแสงซึ่งดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตราย และมีวัฏจักรเปียก-แห้งที่ทำให้สารละลายพื้นผิวมีความเข้มข้นเพียงพอสำหรับการก่อตัวของไบโอพอลิเมอร์โดยธรรมชาติ^{[ 259 ] [ 260 ]}ซึ่งสร้างขึ้นทั้งจากปฏิกิริยาเคมีในสภาพแวดล้อมไฮโดรเทอร์มอล และจากการสัมผัสกับแสง UVระหว่างการขนส่งจากปล่องภูเขาไฟไปยังสระน้ำที่อยู่ติดกัน^{[ 261 ]}สภาพแวดล้อมก่อนชีวภาพที่สันนิษฐานไว้นั้นคล้ายกับปล่องไฮโดรเทอร์มอล โดยมีส่วนประกอบเพิ่มเติมที่ช่วยอธิบายลักษณะเฉพาะของ LUCA ^{[ 258 ] [ 181 ]}

การวิเคราะห์ทางไฟโลจีโนมิกและธรณีเคมีของโปรตีนที่สืบย้อนไปถึง LUCA ได้อย่างน่าเชื่อถือ แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบไอออนของของเหลวภายในเซลล์นั้นเหมือนกับของน้ำพุร้อน LUCA น่าจะพึ่งพาอินทรียวัตถุที่สังเคราะห์ขึ้นเพื่อการเจริญเติบโต^{[ 258 ]}การทดลองแสดงให้เห็นว่าพอลิเมอร์คล้าย RNA สามารถสังเคราะห์ได้ในวัฏจักรเปียก-แห้งและการสัมผัสกับแสง UV พอลิเมอร์เหล่านี้ถูกห่อหุ้มไว้ในเวสิเคิลหลังจากการควบแน่น^{[ 252 ]}แหล่งที่มาของอินทรียวัตถุในน้ำพุร้อนอาจถูกขนส่งโดยอนุภาคฝุ่นระหว่างดาวเคราะห์ วัตถุจากนอกโลก หรือการสังเคราะห์ในบรรยากาศหรือธรณีเคมี น้ำพุร้อนอาจมีอยู่มากมายในพื้นที่ภูเขาไฟในช่วงยุคเฮเดียน^{[ 181 ]}

สมมติฐาน การเริ่มต้นของสิ่งมีชีวิตในอุณหภูมิ ปานกลางในแหล่งน้ำผิวดินได้พัฒนามาจากแนวคิดของดาร์วินเรื่อง ' บ่อน้ำอุ่นเล็กๆ ' และสมมติฐานของโอพาริน-ฮัลเดนแหล่งน้ำจืดภายใต้สภาพภูมิอากาศอบอุ่นสามารถสะสมวัสดุก่อนชีวภาพได้ ในขณะเดียวกันก็มอบสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมซึ่งเอื้อต่อสิ่งมีชีวิตรูปแบบง่ายๆ สภาพภูมิอากาศในยุคอาร์เคียนยังไม่แน่นอน การสร้างบรรยากาศขึ้นใหม่จากตัวแทนทางธรณีเคมีและแบบจำลองชี้ให้เห็นว่ามีก๊าซเรือนกระจกเพียงพอที่จะรักษาระดับอุณหภูมิพื้นผิวไว้ระหว่าง 0–40 °C หากเป็นเช่นนั้น อุณหภูมิดังกล่าวก็เหมาะสมสำหรับการเริ่มต้นของสิ่งมีชีวิต^{[ 262 ]}

หลักฐานสำหรับเมโซฟิลีจากการศึกษาทางชีวโมเลกุล ได้แก่ เทอร์โมมิเตอร์นิวคลีโอไทด์ G+Cของ Galtier G+C มีปริมาณมากกว่าในเทอร์โมฟิลล์เนื่องจากความเสถียรที่เพิ่มขึ้นของพันธะไฮโดรเจนเพิ่มเติมที่ไม่มีอยู่ในนิวคลีโอไทด์ A+T การจัดลำดับ rRNAของสิ่งมีชีวิตสมัยใหม่แสดงให้เห็นว่าปริมาณ G+C ที่สร้างขึ้นใหม่ของLUCA น่าจะเป็นตัวแทนของอุณหภูมิปานกลาง ^{[ 244 ]}

ความหลากหลายของเทอร์โมฟิลในปัจจุบันอาจเป็นผลมาจากการวิวัฒนาการแบบบรรจบและการถ่ายทอดยีนในแนวนอนมากกว่าลักษณะที่สืบทอดมาจาก LUCA ^{[ 263 ]}เอนไซม์รีเวิร์สไจเรสโทโปไอโซเมอเรสพบได้เฉพาะในเทอร์โมฟิลและไฮเปอร์เทอร์โมฟิลเท่านั้น เนื่องจากช่วยให้ดีเอ็นเอขดตัวได้^{[ 264 ]}เอนไซม์นี้ต้องการโมเลกุลที่ซับซ้อนอย่างATPในการทำงาน หากมีการตั้งสมมติฐานว่าต้นกำเนิดของชีวิตเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายซึ่งยังไม่วิวัฒนาการเยื่อหุ้มเซลล์ หรือแม้แต่ ATP สิ่งนี้จะทำให้การมีอยู่ของรีเวิร์สไจเรสเป็นไปได้ยาก ยิ่งไปกว่านั้น การศึกษาทางวิวัฒนาการแสดงให้เห็นว่ารีเวิร์สไจเรสมีต้นกำเนิดในอาร์เคีย และถ่ายทอดไปยังแบคทีเรียโดยการถ่ายทอดยีนในแนวนอน ซึ่งหมายความว่ามันไม่มีอยู่ใน LUCA ^{[ 265 ]}

ทฤษฎีการเริ่มต้นด้วยความเย็นสันนิษฐานว่ามีบริเวณที่ปกคลุมด้วยน้ำแข็งขนาดใหญ่ แบบจำลองวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ทำนายว่าความสว่างของดวงอาทิตย์อ่อนกว่าในปัจจุบันประมาณ 25% ฟูเอลเนอร์กล่าวว่าถึงแม้การลดลงอย่างมากของพลังงานแสงอาทิตย์นี้จะทำให้เกิดดาวเคราะห์น้ำแข็ง แต่ก็มีหลักฐานที่ชัดเจนสำหรับการมีอยู่ของน้ำเหลว ซึ่งอาจเกิดจากปรากฏการณ์เรือนกระจก นี่หมายความว่าโลกในยุคแรกจะมีทั้งมหาสมุทรเหลวและขั้วโลกที่เป็นน้ำแข็ง^{[ 266 ]}

การละลายของน้ำแข็งที่ก่อตัวจากแผ่นน้ำแข็งหรือการละลายของธารน้ำแข็งก่อให้เกิดแอ่งน้ำจืด ซึ่งเป็นแหล่งน้ำอีกแห่งที่สามารถเกิดวัฏจักรเปียก-แห้งได้ ในขณะที่แอ่งน้ำบนพื้นผิวจะสัมผัสกับรังสี UV ที่รุนแรง แหล่งน้ำภายในและใต้น้ำแข็งจะได้รับการปกป้อง ในขณะที่ยังคงเชื่อมต่อกับพื้นที่ที่เปิดโล่งผ่านรอยแตกของน้ำแข็ง การละลายจากการชนจะทำให้เกิดน้ำจืดและการไหลเข้าของอุกกาบาต ทำให้เกิดส่วนประกอบก่อนชีวภาพ^{[ 267 ]}ระดับโซเดียมคลอไรด์ที่ใกล้เคียงกับน้ำทะเลทำให้การประกอบตัวเองของเยื่อหุ้มกรดไขมันไม่เสถียร ทำให้สภาพแวดล้อมน้ำจืดเป็นที่ดึงดูดใจสำหรับสิ่งมีชีวิตที่มีเยื่อหุ้มในช่วงแรก^{[ 268 ]}

สภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำแข็งจะแลกเปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เร็วขึ้นซึ่งเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่นกับความเสถียรที่เพิ่มขึ้นและการสะสมของพอลิเมอร์ขนาดใหญ่ขึ้น^{[ 269 ]}การทดลองจำลองสภาวะคล้ายยูโรปาที่อุณหภูมิประมาณ 20 °C ได้สังเคราะห์กรดอะมิโนและอะดีนีน แสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์แบบมิลเลอร์-ยูเรย์สามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิต่ำ^{[ 137 ]}ในโลกของ RNAไรโบไซม์จะมีฟังก์ชันมากกว่าในโลกของ DNA-RNA-โปรตีนในภายหลัง สำหรับ RNA ที่จะทำงานได้ มันต้องสามารถพับได้ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ถูกขัดขวางโดยอุณหภูมิที่สูงกว่า 30 °C ในขณะที่การพับ RNA ใน สิ่งมีชีวิต ที่ชอบความเย็นนั้นช้าลง การไฮโดรไลซิสก็ช้าลงเช่นกัน ดังนั้นการพับจึงประสบความสำเร็จมากขึ้น นิวคลีโอไทด์ที่สั้นกว่าจะไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิที่สูงขึ้น^{[ 270 ] [ 271 ]}

เปลือกโลกภาคพื้นทวีป^{[ 272 ]}ที่มี เขต แนวรอยเลื่อนทางธรณีวิทยาอาจเป็นสภาพแวดล้อมที่เสถียรและได้รับการปกป้องอย่างดีสำหรับการวิวัฒนาการก่อนชีวภาพในระยะยาว ภายในระบบรอยแตกและโพรงเหล่านี้ น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวทำละลายหลัก สถานะเฟสของพวกมันอาจแตกต่างกันไประหว่างของเหลว ก๊าซ และวิกฤตยิ่งยวดขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิ เมื่อก่อตัวเป็นสองเฟสที่แยกจากกัน ระบบจะให้เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดสำหรับปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟสในขณะเดียวกัน เนื้อหาของเขตแนวรอยเลื่อนทางธรณีวิทยาจะได้รับสารตั้งต้นอนินทรีย์ (เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจน แอมโมเนีย ไฮโดรเจนไซยาไนด์ ไนโตรเจน และฟอสเฟต) และโมเลกุลอินทรีย์อย่างง่าย (เช่น กรดอะมิโน เอมีนสายยาว กรดไขมัน อัลดีไฮด์สายยาว) ^{[ 273 ] [ 274 ]}

ส่วนหนึ่งของเขตแนวรอยเลื่อนทางธรณีวิทยาอยู่ที่ระดับความลึกประมาณ 1,000 เมตร สำหรับคาร์บอนไดออกไซด์ จะมีอุณหภูมิและความดันใกล้เคียงกับ จุด เปลี่ยนเฟสระหว่างสถานะวิกฤตยิ่งยวดและสถานะก๊าซ ซึ่งทำให้โมเลกุลอินทรีย์ที่ชอบไขมันซึ่งละลายได้ดีใน CO2 วิกฤตยิ่งยวดสามารถ_สะสมตัวได้ส่งผลให้เกิดการตกตะกอนในบริเวณนั้น^{[ 275 ]}การเปลี่ยนแปลงความดันเป็นระยะ เช่น ที่เกิดจากน้ำพุร้อนหรืออิทธิพลของน้ำขึ้นน้ำลงส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนเฟสเป็นระยะ ทำให้สภาพแวดล้อมปฏิกิริยาในบริเวณนั้นอยู่ในสภาวะที่ไม่สมดุล อย่างต่อเนื่อง ในกรณีที่มีสารประกอบแอมฟิฟิลิก (เช่น เอมีนสายยาวและกรดไขมัน) จะเกิดเวสิเคิลรุ่นต่อมา^{[ 165 ]}ซึ่งถูกเลือกเนื่องจากความเสถียร^{[ 164 ]}

โฮโมไครัลลิตี้คือความสม่ำเสมอของวัสดุที่ประกอบด้วย หน่วย ไครัล (ไม่สมมาตรแบบกระจกเงา) สิ่งมีชีวิตใช้โมเลกุลที่มีไครัลลิตี้เดียวกัน โดยแทบไม่มีข้อยกเว้น^{[ 277 ]}กรดอะมิโนเป็นแบบมือซ้าย ในขณะที่นิวคลีโอไทด์และน้ำตาลเป็นแบบมือขวา โมเลกุลไครัลสามารถสังเคราะห์ได้ แต่หากไม่มีแหล่งกำเนิดไครัลหรือตัวเร่งปฏิกิริยาไครัล โมเลกุลเหล่านั้นจะถูกสร้างขึ้นในส่วนผสม 50/50 (ราเซมิก) ของทั้งสองรูปแบบส่วนผสมที่ไม่ใช่ราเซมิกสามารถเกิดขึ้นได้จากวัสดุราเซมิกโดยกฎทางฟิสิกส์ที่ไม่สมมาตร เช่นปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรวีคหรือในสภาพแวดล้อมที่ไม่สมมาตร เช่น สภาพแวดล้อมที่โมเลกุลสัมผัสกับ แสงโพ ลาไรซ์แบบวงกลมที่มีทิศทางที่กำหนด^{[ 278 ] [ 279 ] [ 280 ]}มีการตั้งสมมติฐานว่าเนบิวลาสุริยะเป็นสภาพแวดล้อมดังกล่าว ซึ่งสัมผัสกับรังสีโพลาไรซ์แบบวงกลมจากแหล่งกำเนิดภายนอกก่อนหรือระหว่างยุค การ ก่อ ตัวของ ดาวเคราะห์^{[ 281 ] [ 282 ]}ข้อเสนอนี้สอดคล้องกับการค้นพบว่ากรดอะมิโนบางชนิดที่ส่งมายังโลกในอุกกาบาตแสดงความไม่สมมาตรไครัลที่มีเครื่องหมายเดียวกันกับสิ่งมีชีวิตบนโลก^{[ 283 ]}

เมื่อเกิดขึ้นแล้ว ความไม่สมดุลของไครัลลิตี้อาจส่งผลต่อวิวัฒนาการทางเคมีในภายหลัง^อคติเล็กน้อยในประชากรสามารถขยายได้ด้วยการเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติแบบไม่สมมาตรเช่นในปฏิกิริยา Soai [ ^{284 ]}ซึ่งโมเลกุลไครัลจะเร่งปฏิกิริยาการผลิตของตัวเอง^{[ 285 ]}

• สถานการณ์กำเนิดสิ่งมีชีวิตทางเลือก  – สถานการณ์ทางเลือกที่เสนอแนะเกี่ยวกับกระบวนการกำเนิดสิ่งมีชีวิต
• ออโตโพเอซิส  – ระบบที่สามารถสร้างตัวเองได้
• เคมีพรีไบโอติกส์ที่ใช้ฟอร์มาไมด์เป็นพื้นฐาน  – สมมติฐานทางวิทยาศาสตร์ที่ว่าชีวิตกำเนิดมาจากสารตั้งต้นของฟอร์มาไมด์
• กระบวนการเผาผลาญขั้นพื้นฐาน  – ปฏิกิริยาเคมีที่พัฒนาไปสู่กระบวนการเผาผลาญในปัจจุบัน
• สมมติฐานโลกของโปรตีน GADV  – ขั้นตอนสมมุติของการกำเนิดสิ่งมีชีวิต
• การรวมตัวทางพันธุกรรม  – การสลับสับเปลี่ยนสารพันธุกรรม
• ชีวภาคเงา  – ชีวภาคสมมุติของโลก
• ก้อนแร่แมงกานีส  – ก้อนแร่ที่พบได้ตามพื้นทะเลหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทาง
• สมมติฐานโลกของไวรัส  – ทฤษฎีที่ว่าไวรัสมีอยู่มาก่อนสิ่งมีชีวิตระดับเซลล์

• Mann, Adam (20 เมษายน 2021). "ความก้าวหน้าในการไขปริศนาต้นกำเนิดของชีวิต" . Proceedings of the National Academy of Sciences . 118 (16) e2105383118. doi : 10.1073/pnas.2105383118 . PMC  8072247 . PMID  33853953 .
• การสำรวจต้นกำเนิดของชีวิตเก็บถาวรเมื่อวันที่ 8 เมษายน 2023 ที่Wayback Machineนิทรรศการเสมือนจริงที่พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ (บอสตัน)
• กำเนิดสิ่งมีชีวิตบนโลก – มาร์เซีย มาลอรี (ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับโลก; 2015)
• กำเนิดของชีวิต – ริชาร์ด ดอว์กินส์และคณะ ( สถานีวิทยุบีบีซี ; 2004)
• ชีวิตในจักรวาล – บทความโดยสตีเฟน ฮอว์คิง (1996)