تکامل زیستی، با سلول های اولیه آغاز شد.
هیچ کس نمی داند که سلول های اولیه، اولین بار چه زمانی بر روی زمین ظاهر شدند. شواهد غیر سنگواره ای وجود حیات را در 3,8 میلیارد سال پیش نشان می دهند. ریز سنگواره ها که بقایای قدیمی زندگی میکروسکوپی هستند، پیشنهاد می کنند که سلول ها در حدود 3,5 میلیارد سال قبل به وجود آمدند، اگرچه تفسیر اولیه در مورد ریز سنگواره بودن ترکیبات غنی از کربن موجود در سنگ های قدیمی اخیرا با تردید مواجه شده است. اولین سلول ها پروکاریوت بودند، یکی دیگر از شواهد سنگواره ای از اولین سلول ها استروماتولیت ها هستند که به صورت ستون های صخره مانند مرکب از لایه های بسیار ریز سلول های پروکاریوتی می باشند. با گذشت زمان رسوبات در اطراف این سلول ها جمع شده و مملو از مواد معدنی می شدند. در این موقع یک لایه ی جدید از سلول های زنده بر روی لایه ی قدیمی تر حاوی سلول های مرده رشد می کرد. برخی از سنگواره های استرماتولیت ها بسیار قدیمی اند. ریف های استرماتولیت در چشمه های آب داغ و آبگیرهای گرم و کم عمق با آب های شور و شرین هنوز زنده هستند.

سلول های اولیه احتمالا هتروتروف بودند.
ابتدایی سلول ها، احتمالا مولکول های آلی مورد نیاز خود را به جای اینکه بسازند، از محیط دریافت می کردند. این هتروتروف های اولیه احتمالا انواع زیادی از مولکول های آلی را که به صورت خود به خودی ساخته شده بودند مصرف می کردند. آنها با تخمیر این ترکیبات آلی، انرژی لازم را برای ادامه ی حیات تامین می کردند. تخمیر یک روند بی هوازی است و سلول های اولیه عمدتا بی هوازی بودند. وقتی که منابع مولکول های آلی که به صورت خود به خودی تولید شده بودند پایان یافت، فقط بعضی از موجودات زنده توانستند به حیاتشان ادامه دهند. فتوسنتز نه تنها به انرژی نور بلکه به یک منبع الکترونی برای احیای CO2 جهت ساخت مولکول های مانند گلوکز، نیاز دارد. اولین اتوتروف های فتوسنتز کننده از انرژی نور خورشید برای تجزیه ی مولکول های غنی از هیدروژن مانند H2S استفاده می کردند. در این فرآیند عنصر گوگرد آزاد می شد. سیانوباکتری ها اولین اتوتروف های فتوسنتز کننده بودند که هیدروژن را از تجزیه ی آب به دست می آورند. آب در زمین اولیه همانند دوران کنونی بسیار فراوان بود و امتیازی که تجزیه ی آب به سیانوباکتری ها گسترش آنها شد. روند تجزیه ی آب گاز اکسیژن O2 را به وجود آورد. اکسیژن آزاد شده در طی فتوسنتز، ابتدا باعث اکسید شدن املاح در اقیانوس و پوسته ی زمین شد و بنابراین برای مدت زمانی طولانی اکسیژن در جو زمین متراکم نشد ولی عاقبت سطح اکسیژن در اقیانوس ها و جو افزایش یافت. سنگواره های باقی مانده از آن دوران، بیانگر آن است که اولین موجودات زنده ی فتوسنتز کننده در حدود 3,1 تا 3,5 میلیارد سال قبل ظاهر شدند. به این نتیجه می رسیم که اشکال هتروتروفیک حتی قبل از این محدوده ی زمانی وجود داشته اند.
هوازی ها بعد از افزایش اکسیژن در جو ظاهر شدند.
سیانوباکتری ها حدود دو میلیارد سال اکسیژن کافی برای تغییر ترکیب جو تولید کردند. افزایش جو تاثیر عمیقی بر حیات گذاشت. اکسیژن جانداران بی هوازی اجباری را مسموم کرد و بدون شک بسیاری از گونه ها از بین رفتند. ولی بعضی از بی هوازی ها در محیط هایی که اکسیژن نفوذ نمی کرد، زنده ماندند و بقیه به نحوی سازش یافتند که بتوانند اکسیژن را خنثی کنند تا برای آنها مضر نباشد. برخی از موجودات زنده که هوازی نامیده می شوند، مسیر تنفس را ایجاد نمودند تا از اکسیژن برای استخراج انرژی بیشتر از غذا استفاده کنند. پس تنفس هوازی به فرآیند بی هوازی موجود یعنی گلیکولیز اضافه شد. موجوداتی که به صورت هوازی تنفس می کردند، انرژی خیلی بیشتری را از یک مولکول گلوکز نسبت به تخمیر بی هوازی به دست می آوردند. در نتیجه موجودات زنده ی هوازی که به تازگی به وجود آمده بودند، نسبت به بی هوازی ها کارآتر توان رقابتی بیشتری بودند. ماهیت سمی اکسیژن برای بسیاری از بی هوازی ها و نیز کارایی بیشتر هوازی ها در مجموع موجب شد که بی هوازی ها نقش نسبتا کم اهمیت تری را در حیات داشته باشند. امروزه بسیاری از موجودات زنده شامل گیاهان، جانوران و بیشتر قارچ ها، آغازیان و پروکاریوت ها از تنفس هوازی استفاده می کنند، در حالی که تعداد کمی از باکتری ها و تعداد کمتری از آغازیان و قارچ ها بی هوازی هستند. تکامل تنفس هوازی، باعث تثبیت سطوح اکسیژن و دی اکسید کربن در بیوسفر شد. موجودات زنده ی فتوسنتز کننده از دی اکسید کربن به عنوان منبع کربن برای تولید ترکیبات آلی استفاده می کردند. این مواد خام در جریان دوره ی زمانی نسبتا کوتاهی که تنفس هوازی به وجود نیامده بود، از اتمسفر حذف شده بودند. تنفس هوازی، دی اکسید کربن را به عنوان یک محصول زاید در جریان تجزیه ی کامل مولکول های آلی آزاد کرد.

بدین ترتیب کربن شروع به چرخش در بیوسفر کرد و از محیط فیزیکی غیر زنده به موجودات زنده ی فتوسنتز کننده و سپس به هتروتروف هایی که موجودات زنده ی فتوسنتز کننده را می خورند، حرکت کرد. تنفس هوازی، کربن را به صورت دی اکسید کربن در محیط فیزیکی آزاد می کرد و چرخه ی کربن ادامه می یافت. در یک روند مشابه اکسیژن مولکولی توسط فتوسنتز تولید می شد و در طی تنفس هوازی مورد استفاده قرار می گرفت. یکی دیگر از پیامد مهم فتوسنتز در قسمت های فوقانی اتمسفر رخ می داد در آنجا اکسیژن به اوزون ( O3 )، تبدیل می شد. این باعث می شود لایه ی اوزون کره ی زمین را احاطه کرده و زمین را از اشعه ی ماورای بنفش محافظت نماید. این حفاظتی لایه ی اوزون در مقابل اثرات جهش زای اشعه ی ماورای بنفش، باعث شد تا موجودات زنده قادر باشند در مناطق نزدیک به سطح در محیط های آبی، زندگی کرده و در نهایت بر روی خشکی ظاهر شوند. توجه داشته باشید که اشعه ی ماورای بنفش برای تشکیل مولکول های آلی به روش غیر زیستی ضروری است، کاهش تابش آن باعث کاهش تولید غیرزیستی این مولکول ها گردیده است. ادامه ی این بحث را در مطلب بعدی دنبال می کنیم.

منابع:
۱: بیولوژی سولومون جلد دوم
۲:جلد دوم زیست شناسی مولکولی لودیش