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最早的光合自營菌，并不是用葉綠素chlorophyll Ⅱ作為他們吸收光子的色素工具，因此它們也不會把水分子切開制造出氧氣。截然不同地，它們演化出各種吸收光能的色素工具，并且啟動類似“循環性光磷酸化作用”的生化反應過程。今日的厭氧光合菌，很可能就是這種有機體的直系血親后代。
不久之后，有機體演化出更複雜的捕捉太陽能方式：“非循環性光磷酸化作用noncyclic photophosphorylation”和二氧化碳固定作用，30-35億年前誕生的原始藍藻細菌cyanobacteria很可能就是這方面的開山祖師。
這種有機體的光合作用方式，比較像一般的植物，而不像光合細菌photosynthetic bacteria，在“非循環性光磷酸酯化作用”中，它們以水為電子來源，并且釋放“氧氣”這種副產品。
從此以后，地球上所有的生物，持續仰賴光合自營細菌為生。
有機體的“非循環性光磷酸酯化作用”，把水當作電子提供者，這個演化用力地推了一把，讓生物更有能力把無機物合成複雜的有機化合物。這種光合作用產生的一個重要的副產品就是“氧分子”。
一開始，光合作用釋放的氧氣并沒有在大氣或水中累積；相反地，氧氣和鐵結合，溶解于海中，形成氧化鐵，并沉淀到海底。
28億年前“氧”只在某些地方有少量的累積，一般認為到了5億4千萬年前左右，“氧”在大氣的累積量達到現在的21%。
一旦氧變成大氣的主要成分，異營細菌heterotrophic和自營細菌autotrophic都演化出“有氧呼吸aerobic respiration”的生化反應方式，有氧呼吸能夠從營養分子抽取更多的能量，份量遠高于糖解作用或發酵作用。
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