Lorigine de la vie sur Terre demeure incertaine. Les plus anciens micro-organismes fossiles observés sont datés d'au moins (milliards d'années) durant le Paléoarchéen. Une étude publiée en 2015 sur des inclusions de carbone considérées comme d'origine organique leur assigne un âge de d'années. et plus récemment des précipités hydrofuges sous-marins trouvés dans des roches sédimentaires ferrugineuses de la ceinture de roches vertes de Nuvvuagittuq (Québec) ont été interprétés comme de possibles traces de vie (organismes filamenteux) il y a au moins et peut-être Matthew S. Dodd, Dominic Papineau, Tor Grenne, John F. Slack, Martin Rittner, Franco Pirajno, Jonathan O’Neil et Crispin T. S., Little Evidence for early life in Earth’s oldest hydrothermal vent precipitates, Nature, 543, 2017, , 2 mars 2017, , résumé.. Si leur origine biologique est confirmée, la vie pourrait donc être apparue dès l'Hadéen.
Cette question a donné naissance à une branche des sciences du vivant et de la cosmochimie, l'abiogenèse.
vignette|Stromatolithes du Précambrien, dans la formation de Siyeh (Canada). En 2002 et 2007, William Schopf (Université de Californie) a affirmé que ces formations étaient âgées de d'années; elles seraient alors les plus anciennes traces de vie sur Terre. vignette|Stromatolithes actuels dans la baie Shark (Australie).
Apparition de la vie sur Terre Histoire conceptuelle thumb|Antoni van Leeuwenhoek. Les premières interrogations sur l'origine des espèces sont bien antérieures à Darwin. Les religions traditionnelles font typiquement intervenir une divinité créatrice, responsable de cette création ex nihilo.
Fondant les sciences naturelles, Aristote et la philosophie grecque antique posent la théorie de la génération spontanée, qui a continué à être envisagée, y compris dans les milieux universitaires, jusqu'au . D'après cette théorie, des animaux « inférieurs » qualifiés de « vermines » se forment spontanément à partir de matières en décomposition, comme les pucerons sur la rosée des plantes, les larves de mouches sur la viande, ou les souris dans du foin sale. Une théorie connexe et complémentaire était l'hétérogenèse, pour laquelle certaines formes de vie pouvaient émerger d'autres, comme les papillons des vers, ou les abeilles des fleurs. Avec la découverte des premiers micro-organismes en 1665 par Robert Hooke, beaucoup ont estimé que leur existence était une preuve à l'appui de la génération spontanée, car ils semblaient trop simplistes pour la reproduction sexuelle, et la reproduction asexuée par division cellulaire n'avait pas encore été observée.
L'étude des bouillons de culture par Pasteur en 1862 lui permet de réfuter la théorie de la génération spontanée.
thumb|Charles Darwin vers 1871.
Aujourd'hui, les scientifiques s'accordent à dire que toute la vie actuelle découle d'une vie antérieure, qui est devenue progressivement plus complexe et s'est diversifiée grâce au mécanisme d'évolution par sélection naturelle décrit par Charles Darwin. L'une des premières spéculations à ce sujet a été faite dans la lettre de Darwin à Joseph Dalton Hooker du ., dans laquelle il suggère que . Il poursuivait en expliquant que . Mais il avait lui-même conscience du caractère très conjectural, voire évanescent, de ces propositions, puisqu'il avait déjà écrit à Hooker en 1863 cette déclaration "définitive" : , ce qui ne l'empêchait manifestement pas de continuer à s'interroger (et cette interrogation sera reprise par de nombreux chercheurs jusqu'à nos jours, comme d'ailleurs celle sur l'origine de la matière). Toujours est-il que dans L'Origine des espèces, Darwin se contenta de dire que la vie avait été , mais il avait rapidement regretté d'utiliser le terme « création », issu de l'Ancien Testament.
Premières cellules
thumb|Une cellule procaryote.
Qualitativement, un certain milieu disposant d'un gradient chimique a permis la création de composés organiques et de réactions variées. Certaines réactions conduisent à des polymérisations (polynucléotides), et certains composés formés agissent comme catalyseurs à d'autres. Dans un tel système complexe, dès qu'une chaîne de réactions s'auto-catalyse, elle tend à dominer et épuiser les ressources disponibles, et peut alors être à la base de nouvelles complexités.
Dans cette complexification croissante, il n'y a pas de limite franche entre un système autocatalytique et « la vie » ; dans les deux cas la compétition conduit à une sélection naturelle favorisant différentiellement ce qui est le plus efficace en matière de reproduction et d'utilisation efficiente de ressources. Dès que le système devient assez stable et robuste pour assurer une reproduction suffisamment fidèle, dans des conditions environnementales plus variées, il peut être qualifié d'autopoïétique : « la vie » commence et se répand dans tous les environnements connexes, en quelques centaines ou milliers d'années..
La voie exacte suivie à l'origine de la vie, qui remonterait à d'années, demeure incertaine mais la vie a finalement, d'une manière ou d'une autre et à une date indéterminée, pris la forme d'une cellule ayant trois fonctions fondamentales : maintenir son intégrité par rapport à l'environnement ; assurer un métabolisme cohérent par des réactions chimiques en son sein et des échanges avec l'extérieur ; se répliquer en produisant d'autres individus semblables. La délimitation d'un individu par rapport à son environnement repose sur la présence d'une membrane, le métabolisme repose sur les propriétés catalytiques des protéines, et la réplication repose sur le code génétique de l'ADN, porteur de l'information nécessaire. Dans une étape antérieure (« monde à ARN »), la catalyse chimique et le codage génétique ont probablement été assurés par des molécules d'ARN (capable des deux, contrairement aux protéines et à l'ADN). Les variations aléatoires de l'information génétique et la sélection naturelle sont à l'origine de l'évolution biologique, et le métabolisme a eu un impact sur l'évolution des couches les plus externes de la planète.
Registre fossile
thumb|Stromatolithe fossile, Heeseberg.
Le premier intervalle de temps de l’histoire de la Terre est l’éon de l’Hadéen, il s’étend de la formation de la planète jusqu’au début de l’éon de l’Archéen, c’est-à-dire entre environ (milliards d'années).
Les fossiles connus les plus anciens sont des micro-organismes marins de type bactérien. Il s’agit essentiellement de stromatolithes constitués de cyanobactéries, qui forment des empilements de lamines que l’on retrouve ensuite sous forme de reliefs ou de dômes fossilisés dans les sédiments. Les plus anciens qui ne soient pas controversés ont été découverts en Australie et datent d'environ Van Kranendonk, M. J., Philippot, P., Lepot, K., Bodorkos, S. et Pirajno, F. (2008), Geological setting of Earth’s oldest fossils in the c. 3.5 Ga Dresser Formation, Pilbara craton, Western Australia. Precambr. Res., 167, 93–124.Abderrazak El Albani et Alain Meunier, Aux origines de la vie, Dunod, 2016.. On trouve aussi des fossiles bactériens bien conservés dans les chailles de la formation (Australie-Occidentale), qui datent de .. D'autres, âgés de , ont été décrits au Groenland. mais leur interprétation a été contestée en 2018, au profit d'une explication abiotique...
D’autres micro-organismes (des tubes et des filaments micrométriques épigénisés en hématite) semblent s’être développés très tôt et avoir été fossilisés par des dépôts minéraux à proximité de sources hydrothermales sous-marines. En 2017, E. Bella et son équipe décrivent des fossiles de « micro-organismes putatifs » découverts dans des sédiments ferrugineux affleurant dans la ceinture de roches vertes de Nuvvuagittuq, au QuébecDes microfossiles vieux de d’années découverts au Canada, sur lemonde.fr.. Ils sont datés d'au moins , peut-être même de .
Parallèlement à la recherche de microfossiles dans les sédiments les plus anciens de la Terre, l’analyse isotopique, en 2015, d’inclusions de carbone, sous forme de graphite, dans des zircons hadéens détritiques de la région de Jack Hills en Australie-Occidentale, a fourni un âge de .
Le même travail, fait à l'ouest du Groënland (dans les roches métasédimentaires d'Isua, qui datent d’il y a plus de d'années), a mis en évidence des composés carbonés pauvres en carbone 13 présentant des rapports isotopiques compatibles avec une origine biogèneRosing, M. T. (1999), « 13C-Depleted carbon microparticles in >3700-Ma sea-floor sedimentary rocks from west greenland », Science, 283, 674–676 CAS..Bell, E. A., Boehnke, P., Harrison, T. M. et Mao, W. L. (2015), Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112, 14518–14521.. Ces composés sont notamment trouvés en inclusion dans des cristaux de grenat métamorphique, dans un environnement de litage sédimentaire riche en carbone entièrement graphitisé. Jusqu'à mi-2017, les études n’avaient pas mis en évidence d'autres éléments permettant la vie, tels que de l'hydrogène, de l'oxygène, de l'azote et du phosphore, structurellement associés à cette matière carbonéePinti, D. L., Hashizume, K. et Matsuda, J. (2001), Nitrogen and argon signatures in 3.8 to 2.8 Ga metasediments: clues on the chemical state of the Archean ocean and the deep biosphere, Geochim. Cosmochim. Acta, 65, 2301–2315.van Zuilen, M.A. (2005), Nitrogen and argon isotopic signatures in graphite from the 3.8-Ga-old Isua Supracrustal Belt, Southern West Greenland, Geochim. Cosmochim. Acta, 69, 1241–1252., puis une étude des inclusions trouvées dans les porphyroblastes de grenat a conclu que les spectres d'absorption de l’infrarouge de ces matériaux sont compatibles avec la présence de carbone lié à l'azote et à l'oxygène, et probablement aussi au phosphore, avec des niveaux de liaisons C-H ou O-H faiblesHassenkam T., Andersson M.P., Dalby K.N., Mackenzie D.M.A. et Rosing M.T. (2017), Elements of Eoarchean life trapped in mineral inclusions, Nature, , 24 juillet 2017, résumé.. Ceci plaide en faveur d’une matière organique biogénique restée isolée durant des milliards d'années, et métamorphisée à environ , ce qui en ferait les plus anciennes traces de carbone biogénique connues en 2017 sur la planète, hypothèse soutenue dès 2014 par Ohtomo (confortée par la description de structures interprétées en 2016 comme des microorganismes fossiles mais contestées en 2018).
Maturation des connaissances en biochimie redresse=.5|vignette|Une molécule d'ADN.
Le biochimiste Robert Shapiro a résumé les théories d'Oparine et Haldane sur la « soupe primordiale » de la manière suivante. : La Terre avait primitivement une atmosphère réductrice ; Cette atmosphère a produit des composés organiques simples (monomères) sous l'action de diverses sources d'énergie ; Ces composés se sont accumulés au fil du temps dans une sorte de soupe chimique, qui a pu se trouver concentrée en divers endroits (côte et lagune, mont hydrothermal) ; Par la suite, des polymères et composés plus complexes se sont développés dans le mélange, conduisant finalement à la vie.
Les trois premières étapes ont fait l'objet de reconstitutions et d'études en laboratoire ; mais la quatrième « étape » de cette théorie a été qualifiée de très simpliste - rappelant le coup de baguette magique des contes de fées.
Plusieurs modèles font l'hypothèse de l'apparition d'un métabolisme primitif qui aurait précédé l'émergence de la réplication de l'ARN. Une des premières versions de cette hypothèse fut présentée en 1924 par Alexandre Oparine avec son idée de vésicules primitives capables de se répliquer (coacervats), à une époque où on ne connaissait pas encore la structure de l'ADN.