Transparencies in format

Auf die Plätze, fertig, Leben
Belege und Vermutungen über die
Entstehung des Lebens im Universum
Bruchsal - Erőffnung , 14. Februar 2004
Der Grund der Ausstellung:
Nur das Staunen erkennt
(Gregor von Nissa)
"«Siehst du, ich als Künstler kann sehen, wie schön diese
Blume ist, aber du als Wissenschaftler, oh, du nimmst das
alles auseinander und es wird zu etwas Langweiligem.»[...]
Ich weiss die Schönheit einer Blume zu schätzen. Zugleich
sehe ich sehr viel mehr in der Blume als er sieht. Ich könnte
mir die Zellen darin vorstellen, die komplizierten Vorgänge im
Innern, die auch eine Schönheit besitzen. [...] Es gibt nicht nur
Schönheit in dieser Größenordnung eines Zentimeters. [...]
Auch die Prozesse, die Tatsache, dass die Farben in der Blume
sich entwickeln, um Insekten zu ihrer Bestäubung anzulocken,
ist interessant - es bedeutet, dass Insekten die Farbe sehen
können. Das fügt eine weitere Frage hinzu: Existiert dieser Sinn für Ästhetik auch in der
niederen Lebensform? Warum ist es ästhetisch? Alle möglichen interessanten Fragen, die
zeigen, daß eine Kenntnis der Wissenschaft zu der Erregung und dem
Geheimnis und der Ehrfurcht vor einer Blume nur hinzufügt. Sie fügt
nur hinzu, ich kann nicht verstehen, wie sie etwas wegnehmen könnte.”.
(R. P. Feynmann, Es ist so einfach)
Das Phänomen „Leben“ ruft seit jeher Fragen und Bewunderung
hervor, bei allen Menschen.
Die Ausstellung möchte...
• wissenschaftliche Erkenntnisse zum Thema „Leben“ mitteilen
(klar...)
• die wunderbare, geheimnisvolle Komplexität der Lebensformen
zum Ausdruck bringen
• einen freundlicheren Blick zum Weltall erzielen.
Gastfreundlichkeit des Kosmos und der Erde gegenüber dem
unwahrscheinlichsten, doch wichtigsten Phänomen: dem Leben!
• Neugier und Fragen erwecken!
Was kennzeichnet das Leben
Viele biologische Definitionen von „Leben“
aber folgendes darf nicht fehlen:
• Komplexität: „Zusammenarbeit auf ein Ziel hin“
• Fähigkeit, sich selbst zu reproduzieren
• Evolutionsfähigkeit (Mutationen)
Die DNA ist in allen bekannten
Organismen vorhanden.
Das Leben verlangt:
• lange Zeit für die Evolution
• freundliche Umgebung in der Galaxie und auf dem Planeten
• Kohlenstoff, Sauerstoff (Wasser), Proteine...
... und vieles mehr!!
"Es gibt nicht nur Schönheit in dieser
Größenordnung eines Zentimeters“ (Feynman)
Das Leben:
Die Ausstellung auf einen Blick
Schönheit auf grosser ...
• „Günstiger“ Urknall
• Entstehung von Galaxien und Sternen
• Geburt des Sonnensystems und der Erde
• Besonderheiten der Erde
...und auf kleiner Skala
• Kohlenstoff, Schlüssel zur Komplexität
• die Zelle, komplexe Organisation
• tätige Moleküle: die Proteine
• DNA „Code des Lebens“
• Mögliche Szenarien für die
Entstehung des Lebens auf der Erde
Big bang... zum Glück noch kein Big crunch
Das Universum dehnt sich ständig aus, vom „Anfang“ an!
Hubble 1929: die Galaxien entfernen sich,
Geschwindigkeit proportional zu ihrem Abstand von uns!!
Zentrum des Universums? Ja... wie überall!
Wäre die Dichte des Universums bei t=1 ns nur um 1 über 5*10 23
grösser gewesen, würde das Universum jetzt zusammenbrechen!
Das Leben braucht lange Zeit für seine Evolution, aufgrund seiner
ausgesprochenen Komplexität
Nach drei Minuten:
1 Milliarde Protonen <-> 1 Milliarde – 1 Antiprotonen !!
Hätten sie sich ganz ausgeglichen, gäbe es keine Materie!
Ganz symmetrisch? Nein, danke!
Ferner noch ferner...
Penzias und Wilson (1964): die kosmische Hintergrundstrahlung
Kleine Asymmetrien in der Massenverteilung.
Ohne sie gäbe es keine Galaxien! 1/30000 maximale
Temperaturschwankung aus den verschiedenen Himmelsrichtungen!!
Sterne und Kerne: die Elementeschmiede
+
Gleicht Gravikraft aus,
verhindert Sternkollaps
Hilft der nächsten Reaktion
Supernova-Explosionen verteilen
die schweren Atome im Universum,
die Planeten „fangen“ sie ein
+ +
In medio stat vita
Die Sonne ist weder zu schwer (Kollaps, Supernova) noch zu leicht
(wenig Brennstoff, kurzes Leben)
Die Erde ist weder der kleinste Planet, noch der grösste (Gravitation)
Wie Bruchsal: kein Dörfchen, keine Großstadt, ideal zum Wohnen...
„Galactic Habitable Zone“, Kompromiss:
reicher Inhalt an schweren Elementen (Galaxie-Zentrum)
seltene Katastrophen wie Supernovae, - und Röntgenstrahlen
(Rande)
Nur 10% der Sterne der Milchstrasse sind „bewohnbar“.
Ob Ptolemäus doch nicht ganz Unrecht hatte?
Die Miete steigt...
• Atmosphäre: schirmt UV ab, ermöglicht Sonnenheizung,
enthält Sauerstoff...
• Plattentektonik: regelt CO2 und dadurch den Treibhauseffekt
• Mond: stabilisiert die Rotationsachse der Erde und
mildert Klimaschwankungen auf grosser Zeitskala
• Magnetosphäre schirmt kosmischen Strahlen ab
Zwischen Kosmos und
Molekül: der Kohlenstoff
Die einfachste Komplexität?
Zusammensetzung einfacher Bausteine, die man leicht aufund umbauen kann.
C einmalig: praktisch unbegrenzte Zahl von Bindungen, mit sich
selbst und anderen Elementen.
Viele Sorten: 1-fach, 2-fach, 3-fach. Kovalente Bindung.
Stabile Bindungen, aber nicht zu sehr: Umbaumöglichkeit bei
realistischen Energien! Wichtig für Informationsübertragung.
Darum: 62% des Trockengewichts der Organismen ist C!
Selbst in der einfachsten Form...
Leben: Zusammenarbeit auf ein Ziel hin
Eizellen: Komplexität = Koordination
„Einfachstes Ziel“:
Selbsterhaltung + Reproduktion
Es bedarf u.a.:
Zellmembran: Grenzschutz
Proteine: Arbeiter
DNA: Ingenieure
Bewundernswert:
Alle Prozesse finden gleichzeitig statt! Jahrelang...
Alle Lebewesen teilen den gleiche Code – die DNA
Komplexer: Organismen aus Zellen mit unterschiedlichen Aufträgen!
Die Hauptdarsteller:
die Proteine und die DNA
20 Buchstaben Alphabet
Kettenförmige Anordnung von
200-1000 AS.
Ist auch nur eine Fehlstelle da...
4 Buchstaben Alphabet
Adenin, Thymin; Guanin, Cytosin
Jedem Triplett entspricht eine AS:
1 Gen = Plan für 1 Protein
Der Auftritt der präbiotischen Moleküle
• Der Ursprung des Lebens aus dem
Reagenzglas? Miller, 1953
• Aus dem Weltraum?
- Interstellare Moleküle
- Kometen
- Meteoriten
Der Weg zu einem Organismus ist SEHR weit!!
3,6 Milliarden Jahre alter
Meteorit vom Mars
Von den präbiotischen Molekülen zu
den Organismen
Wenn nicht wie, zumindest wo?
• Das Leben aus der
“Ursuppe”?
• Hydrothermalmündungen?
• Im Kontakt mit
kristallinen Oberflächen?
Keine Hypothese wird allgemein akzeptiert.
Auch das Szenario bleibt ein Rätsel!
Von den präbiotischen Molekülen zu
den Organismen: Erklärungsversuche
• Leben aus der Asche?
• Zuerst die Henne, oder das
Ei, oder... „beides“?
• Leben aus einem Kometen
• Leben auf anderen Planeten?
Aus der Naturwissenschaft,
über sie hinaus...
Leben: unvermeidlich, d.h. unwiderstehliches Ziel der Materie?
Oder Zufall gegen jede Wahrscheinlichkeit?
Jacques Monod: „Warum sollen wir nicht die Außergewöhnlichkeit
unserer Situation spüren, genau auf dieselbe Weise wie jemand, der
soeben eine Milliarde gewonnen hat?“
Bestimmung oder Zufall?
“Wenn die allgemeinen Konstanten auch nur minimal andere
Werte hätten, dann wären wir nicht hier“ (Barrow, Tipler)
Aus derartigen Betrachtungen...
Steven Weinberg, Jacques Monod,
Fred Hoyle, John Eccles
Die Frage ist höchst wissenschaftlich.
Die Naturwissenschaft ist überfordert, treibt aber die
Frage an und nährt sie.
Spielraum für jede Haltung.
Keine fertige Antwort in der Ausstellung.
Bestimmung oder Zufall?
“Wenn die allgemeinen Konstanten auch nur minimal andere
Über
sind
gewiss!
Werteeins
hätten,
dannwir
wären
wir nicht hier“ (Barrow, Tipler)
Blaise Pascal:
„Alle Körper, das Himmelsgewölbe, die Sterne,
Steven Weinberg, Jacques Monod,
Fred Hoyle, John Eccles
die Erde und ihre Reiche sind nicht so viel wert
Die
Frage
höchst wissenschaftlich.
wie
dieist
kleinste
Intelligenz: jede kennt all dies
Die
Naturwissenschaft
überfordert,
aber
die Frage
und
sich selbst; dieistKörper
nicht.treibt
Allen
Körpern
anzusammen
und füttert sie.
könnte man nicht einmal einen
Spielraum für jede Haltung. Keine fertige Antwort in der Ausstellung.
kleinen Gedanken entlocken: das ist unmöglich,
und gehört einer anderen Ordnung an...“