在生命出现之前，氧化还原反应以相对缓慢的速度进行。但是第一批微生物学会了加速转移电子。在许多地方，比如原始的海岸线、近地表水域、海底沉积物中，活细胞成了这些反应的媒介。微生物群落通过加快岩石的反应速度，利用由此产生的能量生存、生长和繁殖，以此来维系生命。可以肯定的是，地球从一开始就产生了氧化铁，但第一批微生物使氧化铁产生得更快。在这个过程中，生命开始改变地球表面的环境，即使速度仍然极其缓慢。微生物将可用的丰富能量都利用了起来，这些能量以还原铁的形式溶解在冥古宙和太古宙的海洋里。它们将铁氧化，形成锈迹斑斑的红色矿物赤铁矿，这是一种化学转化，它能够释放足够的能量来支持整个生态系统。因此，在澳大利亚、南非和其他远古地形中发现的太古宙时期的巨大带状铁质地层，可能是一场持续数千万年的微生物大型自助餐的遗迹。岩石圈和生物圈惊人的协同演化就是这样开始的。
自然选择的进化继续推动着所有这些过程。一种微生物通过学会更有效地利用含铁的食物来源，或者忍受更极端的条件，或者利用新的氧化还原反应，得到了明显的优势，并确保了自身的生存。因此，变异的微生物群发明了新的催化剂，比无生命的环境更有效地促进了这些放能反应。结果就是，到处都是少量的石灰岩和少量的氧化铁沉积物，同时近地表的碳、硫、氮和磷的反应逐渐增加。然而，这些最早的生命形式只不过是模仿了一些化学反应，这些反应在先前的非生命世界中已经开始，虽然那时速度更为缓慢。
光
大多数生命起源的研究人员怀疑，最早的生命形式完全依赖岩石的化学能。这肯定是一种丰富的能量来源，但它极大地限制了生命繁衍的地点。在某种程度上，一些微生物超越了它们作为环境内在的化学反应介质的角色。它们学会了收集太阳辐射，对地球上任何地方的地表居民来说，太阳辐射都是一种丰富而廉价的能源。
一种最基本的形式是，光合作用利用阳光，从二氧化碳、氮和水等无处不在的原材料中制造出生物分子。如果有合适的化学支架，所有基本的生物积木，也就是氨基酸、糖、脂质，还有DNA和RNA的成分，都可以通过大气气体和太阳辐射制造出来。与现代绿藻不同的是，第一批进行光合作用的微生物不会产生氧气。事实上，这些原始生物的现代类似物往往在死水塘里形成褐色或紫色的浮渣。一些生物学家甚至认为，漂浮的大片光合微生物用难看的棕紫色斑点让蓝色的太古宙海洋改变了颜色。
我们是怎么知道的？这些微生物没有坚固的部分像化石一样保存下来，漂浮的藻席也不会以任何明显的方式改变岩石记录。然而，也许还有办法提取出最古老的喜光微生物的证据。被称为蓝藻的光合细胞在一定程度上依赖于藿烷类化合物，这是一种独特的分子，具有五个互锁的碳环（这一结构与当今体育新闻中大量报道的类固醇结构密切相关）。在微生物死亡和腐烂后，它们的多环藿烷类主干可以作为细粒海洋沉积物中的分子残留物保存数十亿年。要从大块岩石中提取和分析这些藿烷类残余物，需要极细致的化学处理。初步的解释一定包含一系列关于可能的污染源的棘手假设，包括古代和近代的污染。古生物学界对每一份关于分子存活几十亿年的报告都持谨慎态度，甚至会产生彻底的怀疑。尽管如此，化学痕迹依然存在，它可能是了解脆弱的古生物圈最好的线索。（更多信息详见第七章。）
到我们星球10亿岁时，生命已经在它的表面站稳了脚跟，即使相对来说无足轻重。再过10亿年，地球上的微生物会轻轻地推动近地表环境的变化，首先是通过氧化还原反应使其加速，然后是通过光合作用使其改变。据我们所知，即使在地球20亿岁时，地球表面或地表附近也不会显示出任何生命带来的明显矿物新特征。细胞只会产生比之前更多的氧化铁、石灰石、硫酸盐和磷酸盐。它们将在更深的海洋中构筑起富铁矿物的分层矿床，并在较浅的沿海区域建造保护性的岩石丘。所有这些现象在生命诞生之前的地球上，以及太阳系其他行星和卫星上都已经发生过了。
但地球及其原始的微生物种群准备进行地球历史上最巨大的转变。在接下来超过15亿年的时间里，光合微生物将学习一种新的化学技巧，呼出一种极具腐蚀性的高活性气体，它叫作氧气。
