Evolutie en de geschiedenis van het leven op aarde
Erfelijkheid
Het bewijs is overweldigend dat al het leven op aarde sinds de oorsprong is geëvolueerd van gemeenschappelijke voorouders in een ononderbroken keten. Darwins evolutieprincipe wordt samengevat door de volgende feiten. Al het leven heeft de neiging toe te nemen: er worden meer organismen verwekt, geboren, uitgebroed, ontkiemd uit zaad, ontsproten uit sporen of geproduceerd door celdeling (of andere middelen) dan mogelijk kan overleven. Elk zo geproduceerd organisme verschilt, hoe weinig ook, op een meetbare manier van zijn verwanten. In een bepaalde omgeving op een bepaald moment zullen die varianten die het meest geschikt zijn voor die omgeving de neiging hebben om meer nakomelingen achter te laten dan de andere. Nakomelingen lijken op hun voorouders. Variante organismen laten nakomelingen zoals zijzelf achter. Daarom zullen organismen na verloop van tijd afwijken van hun voorouders. De term natuurlijke selectie is een afkorting om te zeggen dat niet alle organismen overleven om nakomelingen met dezelfde waarschijnlijkheid achter te laten. Degenen die vandaag leven, zijn geselecteerd ten opzichte van vergelijkbare die nooit hebben overleefd of voortgeplant. Alle organismen op aarde zijn tegenwoordig even geëvolueerd, omdat ze allemaal dezelfde oude oorspronkelijke voorouders delen die met talloze bedreigingen voor hun voortbestaan werden geconfronteerd. Ze zijn allemaal blijven bestaan sinds ongeveer 3,7 miljard tot 3,5 miljard jaar geleden tijdens de Archean Eon (4 miljard tot 2,5 miljard jaar geleden), producten van het grote evolutionaire proces met zijn identieke moleculair biologische bases. Omdat de omgeving van de aarde zo gevarieerd is, verschillen de specifieke details van de evolutionaire geschiedenis van elk organisme van die van een andere soort, ondanks chemische overeenkomsten.
Convergentie
Overal is de omgeving van de aarde heterogeen. Bergen, oceanen en woestijnen lijden onder extreme temperaturen, vochtigheid en waterbeschikbaarheid. Alle ecosystemen bevatten verschillende micro-omgevingen: zuurstofarme oceanische modder, sulfide- of ammoniakrijke bodems, minerale ontsluitingen met een hoog radioactiviteitsgehalte of kokende organisch-rijke bronnen bijvoorbeeld. Naast deze fysieke factoren, betrekt de omgeving van elk organisme de andere organismen in zijn omgeving. Voor elke omgevingsconditie is er een bijbehorende ecologische niche. De verscheidenheid aan ecologische niches op aarde is opmerkelijk. Zelfs natte scheuren in graniet zitten vol met "rotsetende" bacteriën. Ecologische niches in de levensgeschiedenis zijn meerdere keren zelfstandig ingevuld. Vrij analoog aan de gewone placentale zoogdierwolf was bijvoorbeeld de buideldierwolf, de thylacine (uitgestorven sinds 1936) die in Australië woonde; de twee roofzoogdieren vertonen opvallende overeenkomsten in uiterlijk en gedrag. Dezelfde gestroomlijnde vorm voor snelle bewegingen op zee evolueerde ten minste vier keer onafhankelijk: in Stenopterygius en andere Mesozoïsche reptielen; in tonijn, dat zijn vis; en bij dolfijnen en zeehonden, dat zijn zoogdieren. Een convergente evolutie in hydrodynamische vorm vloeit voort uit het feit dat er slechts een beperkt aantal oplossingen bestaat voor het probleem van snelle zeebeweging door grote dieren. Het oog, een lichtreceptor die een beeld maakt, is meer dan twee dozijn keer onafhankelijk geëvolueerd, niet alleen bij dieren op aarde, maar bij protisten zoals de dinomastigote Erythropsodinium. Blijkbaar lossen oogachtige structuren het probleem van visuele opname het beste op. Waar natuurkunde of scheikunde een van de meest efficiënte oplossingen is voor een bepaald ecologisch probleem, zal evolutie in verschillende lijnen vaak neigen naar vergelijkbare, bijna identieke oplossingen. Dit fenomeen staat bekend als convergente evolutie.
Spontane generatie
Het leven is uiteindelijk een materieel proces dat spontaan is ontstaan uit een niet-levend materieel systeem - en minstens één keer in het verre verleden. Hoe het leven is ontstaan, wordt hieronder besproken. Toch kan er nu geen bewijs voor spontane generatie worden aangehaald. Spontane generatie, ook wel abiogenese genoemd, het hypothetische proces waarmee levende organismen zich ontwikkelen vanuit niet-levende materie, moet worden afgewezen. Volgens deze theorie zouden stukjes kaas en brood, gewikkeld in vodden en in een donkere hoek achtergelaten, muizen opleveren, omdat na enkele weken muizen in de vodden verschenen. Velen geloofden in spontane generatie omdat het zulke gebeurtenissen verklaarde als maden die zwermden op rottend vlees.
In de 18e eeuw was het duidelijk geworden dat planten en dieren niet geproduceerd konden worden door niet-levend materiaal. De oorsprong van micro-organismen zoals gist en bacteriën was echter pas volledig vastgesteld toen de Franse chemicus Louis Pasteur in de 19e eeuw bewees dat micro-organismen zich voortplanten, dat alle organismen afkomstig zijn van reeds bestaande organismen en dat alle cellen afkomstig zijn van reeds bestaande cellen. Welk bewijs is er dan voor het vroegste leven op aarde?
