地球上第一個細胞如何進化誕生的?

地球上最早的原核生物被認為在大約40億年前首次出現在地球上，也就是地球形成的幾億年後。關於生命是如何起源的，第一個細胞是如何形成的，在科學上都只是猜測，因為這些事件不能在實驗室中重複，儘管如此，有幾個實驗為這一過程的某些步驟提供了重要證據。

20世紀20年代首次提出，簡單的有機分子可以在原始地球大氣層的條件下形成並自發聚合成大分子。

在生命誕生的時候，地球的大氣層被認為含有很少或根本沒有氧，主要是由CO2和N2，以及少量的H2，H2S和CO，這樣一個環境提供了原始有機分子形成的條件，給定一個能量的來源如陽光或閃電，有機分子就可能自發形成。自發形成的有機分子實驗第一次證明了在1950年代，米勒實驗表明放電到H2、CH4、NH3和水環境中，會形成了各種各樣的有機分子包括一些胺基酸。儘管沒有精確地再現原始地球的條件，但米勒實驗證明了有機分子是可以自發合成的，為第一個生物體的產生提供了基礎材料。

生物進化的下一步是大分子的形成。

大分子的單體結構塊已被證明可以在生物起源前條件下自發聚合，例如加熱乾燥的胺基酸混合物可以使其聚合形成多肽。但是生命大分子的進化的關鍵特徵一定是自我複製的能力，只有能夠指導合成自身新拷貝的大分子才有能力繁殖和進一步進化。在當今細胞中的兩大類信息大分子核酸和蛋白質中，只有核酸能夠自我複製，由於核苷酸之間的特定鹼基配對是互補的，核酸可以作為自我合成的模板。因此，理解分子進化的一個關鍵步驟是在20世紀80年代初，當時在Altman和Cech的實驗室裡發現RNA也能夠催化許多化學反應包括核苷酸聚合，因此RNA既可以作為模板，也可以催化自身的複製，這是獨一無二的，兩人因此獲得諾貝爾化學獎。因此，一般認為RNA是最初的生物遺傳系統，而化學進化的早期階段被認為是基於自我複製的RNA分子組成，這一進化時期被稱為RNA世界。

地球上第一個細胞被認為是由磷脂組成的膜包圍自我複製RNA而產生的。

磷脂是所有現代生物膜的基本成分，包括原核細胞和真核細胞的細胞膜。形成細胞膜的磷脂的關鍵特徵是它們是兩親性分子，磷脂具有長而不溶於水（疏水）的碳氫化合物鏈，又含有磷酸鹽的水溶性（親水性）基團。當磷脂被放置在水中時，磷脂會自發地聚集成雙層，其含有磷酸鹽的頭部基團在外層與水接觸，而其碳氫化合物的尾部則在內部相互接觸，這樣的磷脂雙分子層可以在兩個水室之間形成穩定的屏障，將細胞的內部與其外部環境分離。

磷脂雙分子層組成的細胞膜可以作為一種保護屏障，保護細胞內部脆弱的生命，並為之提供一個不受外力影響的穩定微環境，使細胞能夠進一步自我複製和進一步進化；此外，細胞膜的進化提供了一個更緊湊的環境，使新創造的有機分子能夠被保存在局部不會用於其他用途