Teil 2
Werbung
Evolution der Biosphäre Komplex II Was ist Leben? Entstehung und frühe Evolution des Lebens Vielfalt und Komplexität earliest bird earliest reptile earliest mammal Fakten und Theorien Vorbemerkung: Fakten, Forschung, Wissenschaft, Glauben Prof.Dr. J.W. Schneider / Prof.Dr. O. Elicki http://www.geo.tu-freiberg.de/palaeo/downloads.html 1. Einleitung im Kambrium bei 540 Ma – reiche Tier- und Pflanzenwelt in Ozeanen alle Tierstämme vorhanden, auch Vorfahren der Vertebraten erstmals Skelett tragende Mehrzeller explosive Zunahme von Bauplänen und Organismengruppen Wende Vendium/Kambrium markantester Schnitt in biologischer Evolution = Kambrische Explosion Ursachen ? (nach “molecular clock” Differenzierung wichtigster Organismengruppen bereits vor 1,2 Mrd. a) 1. Frage: Erdalter + Zeitraum für Entstehung des Lebens 10 1/ dg Er e ht ic h c es Isotopenalter von Gesteinen: Meteorite 6,0 - 6,5 Mrd. a Magmatite 4,5 – 4,0 Mrd. a Sedimente 3,9 – 3,5 Mrd. a Erdalter ca. 5 – 10 Mrd. Erdalter auf 5 Mrd. gesetzt - von Beginn Kambrium bis heute nur 1/10 der Erdgeschichte - 9/10 der Erdgeschichte für Evolution bis zur Organismenwelt des Kambrium zur Verfügung (Mensch 5 Ma – 1/1000 Erdzeit) 2. Frage: Wie kam es in diesen 9/10 Erdzeit zur Entstehung des Lebens ? Die Fakten: Fossilien und Sedimente 3,8 Mrd. A – Isua-Quarzit Grönland umstrittene Cyano- und Archaebakterien δ 13C-Werte Hinweis auf biotische Isotopenfraktionierung (leichtes Isotop 12C wird von Organismen eingebaut) älteste Organismenfunde Bitter Springs Fm. (0,85 Mrd. a) Gunflint Fm.(2 Mrd. a) Belcher Gr. (2 Mrd. a) Bitter Springs Fm. (0,85 Mrd. a) Roper Gr. (2 Mrd. a) N-Australien (1,5 Mrd. a) Stromatolithe - Biomatten-Sequenzen - 3,5 Mrd. a – erste Stromatolithe Apex-Chert, W-Australien δ 13C-Werte des Kerogens (Chemofossil!) aus den Sedimenten photoautotrophe Organismen früharchaisch bereits O2-Photosynthese Stromatolithe = Biomatten-Sequenzen Biomatte = Mikrobenmatte aus Photosynthese betreibenden Cyanobakterien und organischen Schleimen Schleim Cyanos CaCO3 Biofilm an Stromatolithen-Oberfläche alkalischer Salzsee Walker Lake (Nevada), rosa - Cyanobakterien (J. Reitner) Stromatolithe = Biomatten-Sequenzen Biomatte = Mikrobenmatte aus Photosynthese betreibenden Cyanobakterien und organischen Schleimen Stoffwechsel der Bakterien Bildung von Calciumcarbonat durch Konzentration von Ca2+-Ionen plus CO32- -Ionen Schleime binden zusätzlich Sedimentpartikel tägliche bis jahreszeitliche Wechsel in Intensität Photosynthese Karbonatlagen Schleim Cyanos CaCO3 Biofilm an Stromatolithen-Oberfläche alkalischer Salzsee Walker Lake (Nevada), rosa - Cyanobakterien (J. Reitner) Stromatolithe - O2-Produktion – Hydrosphäre - Atmosphäre Hamersley, W-Australien Itabirite – gebänderte marine Eisenerze (banded iron formations – BIF´s) weit verbreitet von 3,3 bis 1,8 Mrd. a kein freier O2 in Atmosphäre, wenig O2 in den Meeren 2,3 Mrd. a Laterite auf Basalten in S-Afrika mit typischer Struktur rezenter Laterite in Tropen – Bildung durch org. Säuren aus Zersetzung org. Substanz bei Anwesenheit von O2 1,8 Mrd. A – erste Rotsedimente (z.B. Dala-Sandstein, Skandinavien) um 2 Mrd. a freier O2 in Atmosphäre 3. Bio-Events – frühe Metazoen-Evolution Th. Voigt 3.1. „Faunen“ im Präkambrium Zytoplasma Prokaryoten “Fauna” dominant: Eubakterien, Cyanobakterien, Nucleoid Capsula Zellwand zytoplasmische Membran Ribosomen Pilii Flagella Ediacara Fauna Balken: 1 cm dominant: Vendobionten, Echinodermen-Vorformen, Arthropoden-Vorformen, ... (rd. 575-540 Ma) Spriggina Dickinsonia „Schneeball Erde“ bedeutet ... vollständige Eisbedeckung der Landmassen ( … km) vollständige Eisbedeckung der Ozeane (? bis 1 km) dramatische Umstellung (?Ausfall) atmosphärischer und ozeanischer Zirkulationssysteme dramatische Einschnitte in der Biosphäre größte („Umwelt-“) Katastrophe in der Entwicklungsgeschichte der Erde Schneeball Erde: Lagerstätten Itabirite gebänderteHämatit-Quarz-Gesteine Banded Iron Formations - BIFs BIF-Genesemodell Entwicklung Atmosphäre – O2-freie Atmosphäre – O2-Produktion in den Ozeanen BIF-Genesemodell Snowball Earth 1.BiomineralisationsEvent small shelly Faunen U. Kambrium calcitische Skelette entstehen Entgiftung Speicher Schutz Stabilisierung Motorik Lithosphäre: biogene Karbonat-Sedimente 2. BiomineralisationsEvent U. Kambrium Chitin-Skelette entstehen Entgiftung Speicher Schutz Stabilisierung Motorik Biosphäre: komplexere Nahrungsketten mit effektiveren Räuber-Beute-Beziehungen Vom mat ground zum mix ground – Recycling von Nährstoffen Präkambrium tote org. Substanz bzw. Abbauprodukte im Sediment begraben keine Rückführung in den Kreislauf Kambrium tote org. Substanz bzw. Abbauprodukte werden durch Bioturbation in den Kreislauf zurückgeführt effektiveres Recycling Die weitere Entwicklung seit kambrischer Explosion – Evolutionäre Faunen im Phanerozoikum Kambrische Fauna dominant: Trilobiten, inartikulate Brachiopoden, Hyolithen, Echinodermen, “small shelly fossils”, Archaeocyathen (Schwämme) Paläozoische Fauna dominant: artikulate Brachiopoden, tabulate/rugose Korallen, Cephalopoden, Graptolithen Moderne Fauna dominant: Muscheln, Fische, Reptilien, Säuger, Gastropoden, Rhizopoden Stationen auf dem Weg zum Leben ABIOTISCHE BAUSTEINE Entstehung und frühe Evolution des Lebens Vier Schritte auf dem Weg zum Leben Alanin Acetylen Bildung organischer Moleküle Bildung von Molekülsystemen Peptid natürliche Auslese Julia-Menge Selbstorganisation der Molekülsysteme Alanin Frühe Evolution Biosphäre: Zusammenfassung Konsolidierung der Erde: ~ 4,6 Mrd. a feste Kruste / freies Wasser: ~ 4,4 Mrd.a älteste Gesteine: ~ 3,96 Mrd.a älteste Fossilien (Cyanos): ~ 3,5 Mrd.a signifikanter freier Sauerstoff: ~ 2 Mrd.a älteste nachgew. Eukaryota: ~ 1,4 Mrd.a älteste nachgew. Vielzeller: ~ 580 Ma Ediacara Fauna Kambrische Explosion: 530 – 500 Ma 1. Biomineralisationsereignis – Calcit-Skelette: ~ 540 Ma 2. Biomineralisationsereignis – Chitin-Skelette: ~ 520 Ma
