Las primeras células (progenotes o protobiontes) aparecieron hace unos 3800 millones de años, cuando se formaron estructuras membranosas que dieron lugar a vesículas. Algunas de éstas incluyeron en su interior proteínas y moléculas de ARN capaz de autorreplicarse. Por tanto, en estas células, la información genética estaría almacenada en el ARN, en lugar de en el ADN. Esa información se emplearía para replicar dicho ácido nucleico y para dirigir la síntesis proteica.
La evolución y la diversificación de las células primitivas se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos .
La primera opinión tradicional apuntaba que las primeras células eran heterótrofas y anaerobias y utilizaban como alimento las moléculas orgánicas presentes en el medio. La desaparición del alimento condicionaría la evolución celular, en un proceso de selección que favorecería a las células que consiguieran los enzimas que les permitieran obtener unas biomoléculas a partir de otras, con el consiguiente aumento de la complejidad enzimática.
Algunas se alimentarían a partir de otras, (se harían caníbales). Otras se protegerían por medio de gruesas paredes, pero el experimento de la vida no hubiera podido salir adelante sin una fuente de energía externa. En algún momento del proceso de la evolución celular, algunas células aprendieron a fabricar las moléculas orgánicas mediante la fijación y reducción del dióxido de carbono. Se iniciaba así la fotosíntesis. 
El factor decisivo de la evolución hacia la célula eucariota, fue el aumento de tamaño producido, tras la pérdida de la pared celular, presente en sus precursoras procariotas. Esto fue acompañado por un aumento de la superficie celular con la aparición de pliegues en la membrana. Estos pliegues, necesarios ante el aumento de volumen, serían el origen de los primeros sáculos intracelulares y, por tanto, de las membranas internas, de la endocitosis, de la fagocitosis y de la digestión intracelular.
La fotosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa que requiere gran cantidad de energía, ya que la molécula de la CO2 es muy estable. La presencia de pigmentos en la célula (clorofilas), permitió utilizar la energía solar para fabricar moléculas ricas en energía (ATP) y otras fuertemente reductoras (NADPH),ambas imprescindibles para la reducción del CO2. La fotosíntesis necesita moléculas que cedan electrones y es casi seguro que las primeras moléculas reductoras utilizaran para ello el disulfuro de hidrógeno (H2S), igual que algunas bacterias actuales.
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