Il y a environ 4 milliards d’années, les océans ont commencé à se condenser sur terre tandis que les éruptions volcaniques ont libéré de l’azote, du dioxyde de carbone, du méthane, de l’ammoniac et de l’hydrogène dans l’atmosphère primordiale. Cependant, les organismes ayant les caractéristiques de la vie n’étaient pas initialement présents sur terre. Les scientifiques ont utilisé l’expérimentation pour déterminer comment les organismes ont évolué afin qu’ils puissent se développer, se reproduire et maintenir un environnement interne.

Dans les années 1920, les scientifiques Oparin et Haldane ont proposé l’idée que des composés biologiques simples auraient pu se former sur la terre primitive. Plus de 30 ans plus tard, Stanley Miller et Harold Urey de l’Université de Chicago ont testé cette hypothèse en simulant les conditions de l’atmosphère et des océans de la terre primitive dans un appareil de laboratoire. Utilisant l’électricité comme source d’énergie, l’expérience Miller-Urey a généré des acides aminés et d’autres molécules organiques, montrant que l’environnement de la terre primitive était propice à la formation de molécules biologiques. Des expériences plus récentes ont donné des résultats comparables et suggèrent que les acides aminés peuvent s’être formés près de zones d’activité volcanique ou d’évents hydrothermaux dans l’océan.

Les acides aminés et les petites molécules organiques auraient alors pu s’auto-assembler pour former des macromolécules plus complexes. Par exemple, les acides aminés ou les nucléotides ruisselant dans le sable chaud peuvent entraîner la formation des polymères correspondants, des protéines et des acides nucléiques, respectivement. Une classe de macromolécules appelées lipides peut alors avoir formé des vésicules fournissant un environnement séparé et interne. Cette capacité à séparer l’intérieur de l’extérieur est l’une des principales caractéristiques de la vie. Une autre caractéristique de la vie est la possession de matériel génétique ; l’ARN était probablement la première information génétique héréditaire. Les vésicules spécialisées, appelées protocellules, contenaient probablement de l’ARN qui pouvait se répliquer. Ces protocellules simples pouvaient également croître et évoluer, ouvrant la voie à la formation de la vie cellulaire sur terre.