Первые живые организмы, появившиеся на Земле, были анаэробными гетеротрофами. Это были прокариотные одноклеточные организмы, похожие на современные бактерии. Обмен веществ у них шел по типу брожения; при этом выделялась энергия, которая запасалась в молекулах АТФ. Эволюция первичных гетеротрофов (она длилась 1000–1500 млн лет) шла в направлении освобождения зависимости от органических соединений абиогенного происхождения. В этой связи чрезвычайно важным событием оказалось возникновение бактериального фотосинтеза, который привел к накоплению органических веществ уже биогенного происхождения. Однако бактериальный фотосинтез был бескислородным (аноксигенным) . И лишь значительно позднее цианобактерии (синезеленые) начали выделять при фотосинтезе кислород, который они получали в процессе фотолиза воды. Накопление в атмосфере Земли кислорода привело к появлению кислородно-озонового экрана, который защитил первичные живые организмы от губительного действия ультрафиолета и создал условия для существования аэробов.
Некоторые учёные считают, что первыми организмами были не гетеротрофы, а хемолитотрофы, обеспечивающие свою жизнедеятельность за счёт оксилительно-восстановительных химических реакций. Выделение молекулярного кислорода в таких реакциях охлаждало протоорганизмы, что способствовало их сохранению (температура Земли на ранних стадиях эволюции была очень высока) ; образовывавшиеся в результате этого процесса углеводороды использовались для роста протоорганизмов. В результате повышения содержания кислорода в атмосфере появились организмы и с другими типами питания.
Возможно, именно так выглядел первый протоорганизм. Впрочем, ряд учёных весьма скептически настроены по отношению к этой гипотезе. «Мысль о возникновении живого в результате описанных выше случайных взаимодействий молекул так же нелепа, – говорят они, – как и утверждение о том, что торнадо, пронёсшееся над кучей мусора, способно собрать из неё «Боинг-747».