Οι μεμβράνες λιπιδίων αυτοσυναρμολογούνται από μόρια λιπαρών οξέων διαλυμένων στο νερό. Οι μεμβράνες αρχίζουν ως κυστίδια που αναπτύσσουν ινίδια απορροφώντας νέα μόρια. Οταν τα ινίδια μακρύνουν αρκετά αποκόπτονται και σχηματίζουν πολλά νέα μικροσκοπικά σφαιρίδια. Ισως έτσι διαιρούνταν τα πρωτοκύτταρα

Η κατασκευή πρωτεϊνών από ένα κύτταρο περιλαμβάνει σύνθετα ένζυμα, που διαχωρίζουν τη διπλή έλικα του DNA για να εξάγουν την πληροφορία που περιέχουν τα γονίδια και να την αποτυπώσουν στο τελικό προϊόν (την πρωτεΐνη). Ετσι η εξήγηση της προέλευσης της ζωής εμπεριέχει μια σοβαρή παραδοξότητα: χρειάζονται πρωτεΐνες (τα ένζυμα) - μαζί και η πληροφορία που είναι αποθηκευμένη στο DNA - για να κατασκευαστούν πρωτεΐνες. Ομως το παράδοξο εξαφανίζεται αν οι πρώτοι οργανισμοί που εμφανίστηκαν δεν απαιτούσαν καθόλου τις πρωτεΐνες.

Πρόσφατα πειράματα δείχνουν ότι γενετικά μόρια σαν το DNA ή τον κοντινό συγγενή του το RNA μπορούν να σχηματιστούν αυθόρμητα. Επειδή αυτά τα μόρια μπορούν να διπλωθούν σε διάφορα σχέδια και να λειτουργήσουν ως στοιχειώδεις καταλύτες, είναι δυνατόν να κατάφεραν να αντιγράφουν τον εαυτό τους - να αναπαράγονται - χωρίς την ανάγκη πρωτεϊνών. Οι πρώιμες μορφές ζωής μπορεί να ήταν απλές μεμβράνες από λιπαρά οξέα - δομές που επίσης σχηματίζονται αυθόρμητα στη φύση - οι οποίες εγκλώβισαν νερό και μερικά αυτοαντιγραφόμενα μόρια. Το RNA μπορούσε να κωδικοποιεί τα χαρακτηριστικά που κάθε γενιά κληρονομούσε στην επόμενη, όπως το DNA κάνει σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς που υπάρχουν σήμερα. Τυχαίες ευεργετικές μεταλλάξεις κατά τη διαδικασία της αντιγραφής ήταν δυνατόν να προωθούν τη διαδικασία της εξέλιξης, επιτρέποντας σε αυτά τα πρώιμα κύτταρα να προσαρμοστούν στο περιβάλλον τους και να ανταγωνιστούν το ένα το άλλο, οδηγώντας τελικά στις σημερινές μορφές ζωής.

Η ακριβής φύση των πρώτων βιολογικών οργανισμών και οι ακριβείς συνθήκες εμφάνισης της ζωής ίσως θα μείνουν για πάντα άγνωστες στην επιστήμη, καθώς δεν έχουν αποτυπωθεί σε κανένα απολίθωμα. Η έρευνα μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε τις πολλές διαφορετικές οδούς από τις οποίες είναι δυνατόν να προέκυψε η ζωή στη Γη. Αν κάποτε γίνει εφικτή η κατασκευή ενός τεχνητού οργανισμού που να μπορεί να αναπαράγεται και να εξελίσσεται, θα μας δώσει σημαντικές πληροφορίες για το πώς μπορεί να αρχίσει η ζωή σε ένα πλανήτη και άρα πόσο συχνό φαινόμενο πρέπει να είναι στο σύμπαν.

Μετά τη δημιουργία των πρώτων γενετικών δομικών υλικών και άλλων οργανικών μορίων από αυθόρμητα πραγματοποιούμενες στη φύση χημικές αντιδράσεις, γεωφυσικοί παράγοντες μετακίνησαν ποσότητες απ' αυτές σε νέα περιβάλλοντα και αύξησαν τη συγκέντρωσή τους. Οι χημικές ουσίες συνενώθηκαν σε πιο σύνθετα μόρια και μετά σε πρωτόγονα κύτταρα. Πριν από 3,7 δισεκατομμύρια χρόνια γεωφυσικές διεργασίες ίσως ώθησαν αυτά τα πρωτοκύτταρα να αναπαραχθούν.

Μέσα στα υδατικά διαλύματα στα οποία σχηματίστηκαν τα νουκλεοτίδια θα είχαν λίγες πιθανότητες να συνδυαστούν σε μεγάλες αλυσίδες ικανές να αποθηκεύσουν γενετικές πληροφορίες. Αλλά κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες - για παράδειγμα, αν δυνάμεις μοριακής συνάφειας τις έφεραν κοντά τη μια στην άλλη ανάμεσα σε δύο μικροσκοπικά στρώματα πηλού (βλ. εικόνα) - τα νουκλεοτίδια μπορεί να συνδέθηκαν σε μονές αλυσίδες ανάλογες με το σύγχρονο RNA.

Οταν απελευθερώθηκαν από τον πηλό, τα νεοσχηματισμένα πολυμερή μπορεί να εγκλωβίστηκαν σε μικροσκοπικούς σάκους γεμάτους νερό, καθώς τα λιπαρά οξέα αυθόρμητα σχηματίζουν σφαιρικές μεμβράνες. Αυτά τα πρωτοκύτταρα απαιτούν πιθανώς κάποιο εξωτερικό ερεθισμό για να αρχίσουν να διπλασιάζουν το γενετικό τους υλικό (RNA) και κατά συνέπεια να αναπαράγονται. Σε ένα από τα πιθανά σενάρια (βλ. εικόνα), τα πρωτοκύτταρα κυκλοφορούσαν ανάμεσα στις θερμές και τις ψυχρές περιοχές μιας μικρής λίμνης, η οποία ενδεχομένως να ήταν παγωμένη κατά ένα μέρος (μετά τη δημιουργία του φλοιού, η αρχέγονη Γη ήταν κατά βάση ένας κρύος κόσμος) και λιωμένη στην άλλη πλευρά από κάποιο γεωθερμικό φαινόμενο.

Στην κρύα πλευρά, μονές αλυσίδες RNA (1) λειτούργησαν ως σκελετός πάνω στον οποίο τα νέα νουκλεοτίδια σχημάτισαν ζευγάρια βάσεων, δημιουργώντας διπλές αλυσίδες (2). Στη θερμή πλευρά, η θερμότητα χώριζε τις διπλές αλυσίδες (3). Οι μεμβράνες μπορούσαν επίσης να μεγαλώνουν σιγά σιγά (4) μέχρι τελικά τα πρωτοκύτταρα να διαιρεθούν σε δύο απογόνους (5) που μπορούσαν να ξαναρχίσουν τον κύκλο από την αρχή.

Οταν άρχισαν οι κύκλοι αναπαραγωγής έκανε την εμφάνισή της η βιολογική εξέλιξη - οδηγούμενη από τυχαίες μεταλλάξεις - και σε κάποιο σημείο τα πρωτοκύτταρα απέκτησαν την ικανότητα να αναπαράγονται από μόνα τους. Η ζωή είχε κάνει την εμφάνισή της.

Μετά την εμφάνιση της ζωής, η βιολογική εξέλιξη μέσω της φυσικής επιλογής οδήγησε στην εμφάνιση πιο σύνθετων οργανισμών. Ισως δε μάθουμε ποτέ τις λεπτομέρειες των πρώτων σταδίων, αλλά η ακολουθία ορόσημων που παρουσιάζεται εδώ είναι ένας από τους πιθανούς δρόμους για την εξέλιξη του πρωτοκυττάρου σε βακτήριο (μονοκύτταρο οργανισμό βασισμένο στο DNA).