Tijdens het Hadeïcum (4,56 tot 4 miljard jaar geleden) zag de aarde er heel anders uit: met magma-oceanen en een giftige, zuurstofarme atmosfeer. Hoe dit er precies uitzag is nog onzeker, terwijl die kennis belangrijk is om de leefomgeving van het eerste leven te begrijpen. 

Na vorming was de aarde grotendeels gesmolten. Bij afkoeling begon de aarde uit te kristalliseren, waardoor een vaste korst vormde. Tijdens de stolling ontsnapten uit het binnenste van de aarde gassen, waaronder waterdamp, dat condenseerde en uiteindelijk de eerste oceanen vormde.

Hoe zag het Hadeïsche aardklimaat eruit? Welke scheikundige stoffen en energiebronnen waren er toen op het aardoppervlak? En hoe beschermde de aarde zichzelf tegen schadelijke invloeden, zoals sterke straling en extreme omstandigheden?  Terwijl de antwoorden hierop essentieel zijn is er nauwelijks direct bewijs. 

Het aardklimaat hangt sterk samen met de cyclus en verdeling van silica (SiO₂), een veelvoorkomende verbinding die de basis vormt van zand, kwarts en gesteenten. Bij verwering lossen silica-rijke mineralen op, waarbij CO₂ wordt opgenomen en de zuurgraad (pH) afneemt. 

Organismen gebruiken complexe moleculen als RNA, DNA en eiwitten om informatie op te slaan, door te geven en te verwerken. Deze moleculen zijn opgebouwd uit bouwstenen zoals aminozuren, suikers en nucleotiden die miljarden jaren geleden ontstonden uit eenvoudige chemische reacties.

Het ontstaan van het leven begon met chemische reacties tussen prebiotische of bouwstenen. Dat zijn stoffen als aminozuren, suikers en vetzuren die kunnen ontstaan via gewone chemische reacties, zonder dat er al leven nodig is. Deze reacties begonnen waarschijnlijk vrij simpel, maar werden steeds complexer.

Het ontstaan van leven hangt niet alleen af van water op aarde, maar ook van waar bouwstenen vandaan kwamen en waar de chemische reacties het meest actief waren. Als organische stoffen bijvoorbeeld vanuit de ruimte naar de aarde werden gebracht, zouden dezelfde prebiotische bouwstenen ook op andere planeten aan de basis van leven kunnen staan.

In het late Hadeïcum (ruwweg tussen 4,1 en 3,8 miljard jaar geleden) begonnen moleculen zich te organiseren in eenvoudige ‘omhulsels’. Hieruit ontstonden protocellen: primitieve, cel-achtige structuren die bestaan uit blaasjes begrensd door membranen die spontaan gevormd werden door amfifiele moleculen.

Onderzoekers hebben al vaker uit vrij eenvoudige organische moleculen scheikundige systemen ontwikkeld die zichzelf kunnen kopiëren. Eén zo’n systeem vertoonde recentelijk een soort primitieve basis-evolutie volgens de principes van Darwin (dus: waarbij selectie en vermenigvuldiging al beginnen te werken).

Evolutie volgens Darwin, met variatie, selectie en vermenigvuldiging, is een sleuteleigenschap van het leven zoals wij dat kennen. Waarschijnlijk speelde dit proces ook een grote rol bij het ontstaan van leven: vanuit een simpel begin konden prebiotische moleculen zo steeds complexer worden.

We kunnen het ontstaan van leven beter begrijpen als we vaststellen in welke omgeving de oudste microfossielen voorkwamen en hoe ze leefden. Dat lukt alleen als we ze betrouwbaar kunnen onderscheiden van structuren die zonder leven zijn gevormd, maar er wel op lijken.

Het ontstaan van ons zonnestelsel ging ongeveer zo: een grote wolk van gas en stof stortte onder zwaartekracht in, waarbij in het midden de zon ontstond. Rondom vormde zich een draaiende schijf waarin het resterende materiaal samenklonterde tot planeten, manen en andere hemellichamen.

Toen de aarde werd gevormd, klonterden in ons zonnestelsel gas, stof en ijs samen in een draaiende schijf rond de jonge zon. Onderzoek laat zien dat op stofdeeltjes in moleculaire wolken gemakkelijk ijslagen ontstaan waarin vluchtige en organische moleculen worden vastgelegd.

Aan de rand van ons zonnestelsel hebben ijsmanen zoals Enceladus (van Saturnus) en Europa (van Jupiter) vloeibare oceanen onder een dikke ijskorst. Deze oceanen worden gezien als een van de meest veelbelovende plekken voor buitenaards leven, ondanks dat ze sterk verschillen van de aarde.

Het ontstaan van leven is een interessant onderzoeksthema waarmee studenten kennis kunnen maken met verschillende wetenschapsgebieden. Veel studenten hebben echter een te eenvoudig beeld van hoe leven is ontstaan. In werkelijkheid gaat het om complexe omstandigheden en processen.