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शुरुआती कोशिकाएं शायद विषमपोषणज (Heterotrophs) थीं और वे कच्चे पदार्थ तथा ऊर्जा के एक स्रोत के रूप में चारों ओर के जैविक अणुओं (जिनमें अन्य कोशिकाओं के अणु भी शामिल थे) का प्रयोग करती थी। जैसे-जैसे भोजन की आपूर्ति कम होती गई, कुछ कोशिकाओं में एक नई रणनीति विकसित हुई। मुक्त रूप से उपलब्ध जैविक अणुओं की समाप्त होती मात्राओं पर निर्भर रहने के बजाय, इन कोशिकाओं ने ऊर्ज के स्रोत के रूप में सूर्य-प्रकाश को अपना लिया। हालांकि अनुमानों में अंतर है, लेकिन लगभग 3 Ga तक, शायद वर्तमान ऑक्सीजन-युक्त संश्लेषण जैसा कुछ न कुछ विकसित हो गया था, जिसने सूर्य कि ऊर्जा न केवल स्वपोषणजों (Autotrophs) के लिये, बल्कि उन्हें खाने वाले विषमपोषणजों के लिये भी उपलब्ध करवाई. इस प्रकार का संश्लेषण, जो कि तब तक सबसे आम बन चुका था, कच्चे माल के रूप में प्रचुर मात्रा में मौजूद कार्बन डाइआक्साइड और पानी का उपयोग करता थ और सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा के साथ, ऊर्जा की प्रचुरता वाले जैविक अणु (कार्बोहाइड्रेट) उत्पन्न करता था।

इसके अलावा, इस संश्लेषण के एक अपशिष्ट उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन उतसर्जित किया जाता था। सबसे पहले, यह चूना-पत्थर, लोहा और अन्य खनिजों के साथ बंधा. इस काल की भूगर्भीय परतों में मिलने वाले लौह-आक्साइड की प्रचुर मात्रा वाले स्तरों में इस बात के पर्याप्त प्रमाण मौजूद हैं। ऑक्सीजन के साथ खनिजों की प्रतिक्रिया के कारण महासागरों का रंग हरा हो गया होगा। जब उजागर होने वाले खनिजों में से तुरंत प्रतिक्रिया करने वाले अधिकांश खनिजों का ऑक्सीकरण हो गया, तो अंततः ऑक्सीजन वातावरण में एकत्र होने लगी। हालांकि प्रत्येक कोशिका ऑक्सीजन की केवल एक छोटी-सी मात्रा ही उत्पन्न करती थी, लेकिन एक बहुत बड़ी अवधि तक अनेक कोशिकाओं के संयुक्त चयापचय ने पृथ्वी के वातावरण को इसकी वर्तमान स्थिति में रूपांतरित कर दिया। ऑक्सीजन-उत्पादक जैव रूपों के सबसे प्राचीन उदाहरणों में जीवाष्म स्ट्रोमेटोलाइट शामिल हैं। यह पृथ्वी के तीसरा वातावरण था।

अंतर्गामी पराबैंगनी विकिरण के प्रोत्साहन से कुछ ऑक्सीजन ओज़ोन में परिवर्तित हुआ, जो कि वातावरण के ऊपरी भाग में एक परत में एकत्र हो गई। ओज़ोन परत ने पराबैंगनी विकिरण की एक बड़ी मात्रा, जो कि किसी समय वातावरण को भेद लेती थी को अवशोषित कर लिया और यह आज भी ऐसा करती है। इससे कोशिकाओं को महासागरों की सतह पर अंततः भूमि पर कालोनियां बनाने का मौका मिला: ओज़ोन परत के बिना, सतह पर बमबारी करने वाले पराबैंगनी विकिरण ने उजागर हुई कोशिकाओं में उत्परिवर्तन के अरक्षणीय स्तर उत्पन्न कर दिये होते.

प्रकाश संश्लेषण का एक अन्य, मुख्य तथा विश्व को बदल देने वाला प्रभाव था। ऑक्सीजन विषाक्त था; "ऑक्सीजन प्रलय" के नाम से जानी जाने वाली घटना में इसका स्तर बढ़ जाने पर संभवतः पृथ्वी पर मौजूद अधिकांश जीव समाप्त हो गए। प्रतिरोधी जीव बच गए और पनपने लगे और इनमें से कुछ ने चयापचय में वृद्धि करने के लिये ऑक्सीजन का प्रयोग करने व उसी भोजन से अधिक ऊर्जा प्राप्त करने की क्षमता विकसित कर ली।

जीवन की उत्पत्ति
पृथ्वी के केंद्र तथा पहले वातावरण की उत्पत्ति
ऑक्सीजन क्रांति
उत्तर-प्रोटेरोज़ोइक मौसम तथा जीवन