Солнце и Солнечная система образовались из бесформенного облака межзвездного газа, медленно вращающегося в космосе со скоростью примерно один оборот за 10 млн лет. В ходе вращения оно начало сжиматься под влиянием своей собственной силы тяготения и вследствие этого стало вертеться быстрее. Силы, участвующие в этом процессе, сплющили газовое облако в диск, в котором вещество начало собираться в центре, формируя Солнце. Ближе к краям диска образовались завихрения, которые стали собирать вещество, формируя зачатки того, что позже окажется планетами. Частицы межзвездной пыли, состоящие главным образом из вкраплений железа и частиц соединений кремния, начали объединяться. Они слипались в сгустки и собирались вместе в завихрениях под действием гравитации. Железо – оно тяжелее – погружалось в середину, а окись кремния оставалась на поверхности, давая протопланетам железное ядро, окруженное каменной мантией. Так сформировались внутренние планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс. Остальные планеты образовывались из более легких материалов, таких как углекислый газ и аммиак, которые конденсировались из газа, когда температура продолжала снижаться. В это время сжатие материи в раннем Солнце запустило процесс слияния ядер, и Солнце начало излучать энергию – данный процесс продолжается последние 5000 млн лет и будет идти в следующие примерно 5000 млн лет.

Возможно, первая атмосфера Земли содержала много водорода, метана и аммиака, напоминая состав атмосферы внешних планет Солнечной системы. Со временем к этим элементам добавились водяной пар и углекислый газ, выделяющиеся при дегазации вновь образовавшихся скальных пород. Вода вначале оставалась в виде пара, пока жар атмосферы не позволял ей конденсироваться. С другой стороны, столь же вероятно, что первичная атмосфера из водорода, метана и аммиака была по большей части «сдута» излучением Солнца вскоре после своего образования и первая стабильная земная атмосфера сформировалась преимущественно из углекислого газа и водяного пара, выделившихся из недр через фумаролы и вулканы. В любом случае вода, конденсировавшаяся и выпадавшая в виде дождя, когда Земля остыла, несомненно содержала молекулы аммиака, метана и водорода, растворенные в ней. Когда этот раствор подвергался высокоэнергетическому воздействию вроде ударов молний или ультрафиолетового излучения Солнца, могли происходить химические реакции, способствовавшие синтезу сложных органических соединений, таких как аминокислоты, – материала, из которого состоят живые существа.

С другой стороны, возможно и совершенно иное объяснение происхождения сложных органических молекул. Простые органические соединения типа формальдегида имеются в межзвездной пыли – частицах углерода, образующихся при взрывах звезд. Молекулы этих органических веществ могли аккумулироваться на частицах и постепенно объединяться в длинные химические цепочки сложных органических молекул, которые представляют собой первый шаг в химии живого. Газ, выделившийся из звезд, может содержать кислород, углерод и азот. Если в нем больше кислорода, чем углерода и азота, могут формироваться органические молекулы типа полисахаридов (простые сахара). Если преобладающим элементом является азот, более вероятно образование нуклеиновых кислот и хлорофилла – воспринимающего энергию вещества зеленых растений. Под воздействием сил гравитации межзвездная пыль может собираться в сгустки и при стечении обстоятельств попадать на околосолнечную орбиту в виде комет. Если такая комета столкнулась с Землей в ранние эпохи ее формирования, что более чем вероятно, межзвездные органические молекулы могли попасть на поверхность нашей планеты.

Как бы то ни было, очевидно, что горячие моря на жаркой поверхности Земли 4500 млн лет назад содержали сложные органические молекулы, необходимые для построения и развития живых существ.

Первым объектом на Земле, который точно мог бы называться живым, была молекула с уникальной способностью к самовоспроизведению. Для этого она должна быть способной разрушать сложные молекулы вроде полисахаридов и использовать их составные части для построения собственной зеркальной копии. Любая особенность исходной молекулы, помогавшая ей в решении данной задачи, повышала бы ее шансы на выживание, и такая особенность могла сохраняться в процессе самовоспроизведения. Любая особенность, которая замедляла этот процесс, вела бы к вымиранию молекулы. Эволюция началась.

Такая деятельность продолжалась до тех пор, пока исходные полисахариды, находившиеся в «первичном бульоне», не оказались полностью израсходованы. Дальше протоорганизмы могли бы остаться без пищи, если бы не выработали способность самостоятельно синтезировать органику из неорганических веществ, используя солнечную энергию. Этот процесс, известный как фотосинтез, стал возможным благодаря наличию молекул хлорофилла.

Со временем в объект репликации стало включаться больше одной сложной молекулы – так появилась компактная органическая структура, известная как клетка. Некоторые из наиболее примитивных клеток не имели центрального ядра – места, где находится репродуктивный аппарат клетки (вместо этого данная функция была рассеяна по цитоплазме). Также существовали клетки с ядрами, у которых было гораздо большее будущее; в ходе эволюции мелкие клетки вошли в состав более крупных, оставаясь в них для выполнения каких-то жизненно важных межклеточных функций. Постепенно возникли более сложные образования, состоящие больше чем из одной клетки, и каждая клетка стала играть свою, особую роль в поддержании жизни всего объединения. В процессе эволюции появился организм.

Эволюция первых многоклеточных организмов могла идти по одному из двух возможных путей. Свободноживущие клетки разных типов могли объединяться в одну структуру, или же клетки переставали полностью обособляться в процессе деления и сохранялись вместе как единое целое. Но каким бы ни был путь их возникновения, эти многоклеточные организмы должны были быть более успешными, нежели сумма их частей: в ином случае они бы не выжили.

Клетки многоклеточных организмов не одинаковы – у них различающиеся функции в зависимости от того, какие ткани и органы они образуют. У более высокоорганизованных форм жизни некоторые из них являются строительными элементами, подобно клеткам костной ткани. Другие, такие как клетки крови, обеспечивают защиту от болезней и перенос питательных веществ, тогда как, скажем, нервные клетки образуют системы органов чувств и связи в организме. Дифференциация клеток в большинстве случаев происходит на стадии зародыша. Вначале все его клетки одинаковы. Исходная оплодотворенная яйцеклетка делится на две дочерние клетки, а те – на четыре, и так до тех пор, пока не образуется несколько сотен одинаковых клеток. В определенный момент развития зародыша эта стадия прекращается и образуются специфические клетки, предназначенные для выполнения определенных ролей в организме. Как происходит эта дифференциация клеток, неясно. Все ядра клеток содержат одинаковую генетическую информацию, но только часть ее используется при образовании новой клетки. Какие-то внутриклеточные факторы, вероятнее всего находящиеся внутри клеточного ядра, должны определять, какая часть генетического кода используется для построения новой клетки, таким образом, чтобы она могла выполнять присущую ей функцию.