05. Ursprung des Lebens_word

5. Leben entsteht
Leben entsteht
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Das Leben entstand in zwei Hauptschritten: der chemischen und der biologischen Evolution. Die
biologische Evolution begann vor fast 4 Milliarden Jahren.
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Früher wurde so gedacht die primitiven Organismen spontan aus Schlamm oder verdorbenem Essen
hergestellt werden können sind, und die überlegenen Lebewesen von Gott geschaffen worden sind.
Francesco Redi erstmal widerlegte die spontane Herstellungstheorie mit wissenschaftlichen
Methoden (1668). Er sagte, dass ein Lebewesen kann ausschließlich von einem anderen Lebewesen
stammen, aber diese Theorie wurde durch das wissenschaftlichen Welt nicht akzeptiert. Ihre
Experimente: er hat rohes Fleisch in ein Gefäß gesetzt, die Decke war nicht geschlossen und nach einpaar Tagen wurden Fliegenlarven ausgeschlüpfte. Wenn er hat das Gefäß geschlossen, keine
Fliegenlarven wurden aufgetretet. In einem 3. Experiment er hat das Gefäß mit einem Gaze
geschlossen, dann wurden die Larven nur auf der Fläche der Gase erschien.
Lazzaro Spallanzani wurde in den 18. Jahrhunderten mit ihren Experimenten bewiesen, dass die
Abiogenesis (Urzeugung) unmöglich ist. Er bewies noch die Vervielfältigung der Mikroorganisma. Ihre
Experimente waren: eine Stunde lang kochte er eine Abkochung, dann er schlosste die Gefäße mit
den Abschmelzung der Gefäßhälse. Die Abkochunge wurden rein gewesen bis auf die Gefäßhälse
wurden nicht gebrochen. Er bewies damit, dass (1) die Mikroorganismen im Luft befindet sollen und
sind sie fähig sind die Abkochung zu kontaminieren, (2) die Abiogenesis unmöglich ist, jede
Lebewesen stammt von einen anderen Lebewesen.
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Louis Pasteur (in Jahren 1860) bekräftigte schließlich, dass die spontane Kreationstheorie unmöglich
ist. Er bezeigte, dass in dem sterilisierten Lebensmittel enthaltenden Glasen (nach dem Ausschluss
der Möglichkeit einer weiteren Infektion) aus blicklosem Material keine Lebewesen sich herstellen
können. Er entwickelte (im Jahr 1867), dass die Ursache der Abbauprozesse die Mikroorganismen des
Lufts sind: „Es gibt keine Fermentation ohne Mikroorganismen, und die Mikroorganismen für die
Fermentation verantwortlich sind“. Mit einfachen Experimenten (z.B. mit Luftfiltration) konnte er
beweisen, dass der Wein durch den Mikroorganismen des Lufts umschlägt, die neuen
Mikroorganismen werden sich von diesen stammen.
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Die Oparin Hypothese: Alexander Oparin (1922) erwähnte als erster, dass aus unterschiedlichen
Polymeren solche Strukturen (sogenannten Coacervate) herstellbar sind, welche über bestimmte,
für die Zellen typische Eigenschaften verfügen: z.B. welche, die Stoffe aus ihrer Umgebung selektiv
aufnehmen und umstrukturieren, die Stoffe in ihrem Inneren konzentrieren können.
Die vier Schritte der Entstehung des Lebens– die moderne Auffassung. Die Schritte der Entstehung
des Lebens stellt man sich heute so vor:
1. Organische Monomere entstehen aus unorganischen Stoffen
2. Entstehung der Polymere
3. Selbstreplizierende Moleküle entstehen (für die Replikation ist Komplementät notwendig)
4. Abgrenzung von der Umwelt – Progenote entsteht
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Entstehung von organischen Monomeren Das Experiment von Stanley Miller bewies, dass sich auf
Wirkung von Energie aus unorganischen Materialien organische Materialien entwickeln. Miller
rekonstruierte in einem Experiment die Umstände der Ur-Atmosphäre (CH4, NH3, H2, H2O), wo die
elektrische Entladung, die UV Strahlung und die hohe Temperatur die Energie sicherten. In seinem
Experiment entstanden innerhalb kurzer Zeit Substanzen, wie z.B. HCN, Formaldehid, Acetaldehid,
Essigsäure, Ameisensäure, Urea, und auch Aminosäure (Glicin, Alanin, Glutaminsäure,
Asparginsäure). Zusammengefasst: aus den reaktiven Verbindungen (vor Allem aus HCN und
Formaldehid) entstehen solche komplizierte Molekülen, wie Adenin, oder Zucker. Als Ergebnis des
Miller-Experiments sind also aus unorganischen Stoffen organische Stoffe entstanden: Aminosäuren,
Zucker, und Nukleotid-Basis. Interessant ist, dass die Zusammensetzung der Murchison meteorit
Aminosäure dem Miller-Coktail sehr ähnlich war. Es entstanden jedoch keine Ribose und Nukleotide
(dies sind die Komponente der Nukleinsäuren), sowie langkettigen Fette (Komponente der
Membrane), und auch keine Peptidbindung (Proteine!). Die organischen Stoffe enthaltende UrSuppe wird in der Regel mit dem Urozean gleichgestellt (die in der Luft entstehenden organischen
Stoffe sind hier hereingefallen). Der Ozean ist jedoch zu gross, dass die entstehenden Monomere
(Komponente der Polymere) in ausreichender Konzentration auftreten können, laut Haldane bildeten
deshalb die austrocknenden Pfützen des Trockenlandes die Ur-Suppe. Andere Meinungen sind, dass
bestimmte Gesteine (z.B. Pikrit in den vulkanischen Spalten der tiefen Meere) die zum Entstehen der
Makromolekülen notwendige Oberfläche sicherten; dies ist die Urpizza Hypothese. Wieder andere
sind der Meinung, dass sich das Leben an der Oberfläche der Regentropfen entwickelt hat (die Erde
noch über 100 Grad hoch war).
Polymerisation Fox und Dose (1977) erhitzten eine Mischung aus Asparginsäure und Glutaminsäure
auf 120 Grad Celisius, taten den Stoff dann in Wasser, und in Folge dessen entstanden dann Peptide.
Das heisst, in vitro können Peptidbindungen entstehen!
Replikation –RNA Welt „Catch 22” des genetisch basierenden Lebens ist, dass es kein Enzym ohne
die Information genetischen Stoffes gibt, und wiederum keinen genetischen Stoff ohne die
katalitische Wirkung der Enzyme gibt. In der Urwelt wurde dieses Paradox, -laut Hypothesen- so
gelöst, dass beide Funktionen von den RNS-Molekülen erfüllt wurden. Das heisst, dass die RNS
gleichzeitig der Erbstoff selbst, und auch das, die Replikation des Erbstoffes regulierende „Enzym“
war. Unter den heutigen Ribonukleinsäuren gibt es auch welche, die über eine Enzymfunktion
verfügen (Riboenzyme; siehe später).
RNA Replikation mit Proteinen Der nächste Schritt der Evolution könnte der gewesen sein, als die
RNS begann Erbstoff Proteine zu kodieren, und die Proteine die RNS Replikation erledigten. Später
übernahm die viel stabilere DNS die Erbstoff-Funktion, und die RNS wurden bloße Vermittler der
Information
Die zeitlichen Schritte der Evolution der genetischen Kodierung zusammengefasst: (1) RNS kodiert
Enzym-artige RNS, was die eigene Replikantion herbeihilft (2) RNS kodiert Protein, was durch seine
Polymerase-Funktion die Replikation der RNS Moleküle katalysiert. (3) Die DNS wird der Erbstoff, die
RNS vermittelt nur die zur Proteinbildung notwendige Information.
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Membran und Progenota Aus polaren und apolaren Gruppen zugleich enthaltenden Molekülen
entstehen spontan Membrane. Die Membrane sind für eine selektive Stoffaufnahme und -abgabe
geeignete Strukturen. Die DNS, der Erbstoff aller heutigen Lebewesen, konnte sich anhand RNSMuster in einer Zellenartigen, mit Membran umgebener Struktur entwickeln. Die DNS enthaltende,
ihre Eigenschaften vererbende, mit Membran umfasste Bildung kann als erste lebendige Zelle
aufgefasst werden, deren Name Progenota ist. Die erste Progenota entstand vor ungefähr 4
Milliarden Jahren. Die Änderungen der DNS, die Mutationen sicherten die Vielfältigkeit, aus welcher
durch natürliche Selektion die lebens- und fortpflanzungsfähigen Exemplare ausgewählt wurden.
Sicher ist, dass das Leben auf der Erde entstanden ist, und wahrscheinlich ist, dass dies nur einmal
passiert ist. Von der Entstehung der Erde bis hin zur Entwicklung der Progenota sind 500 Millionen
Jahre vergangen. Es bestand die Chance zur Entwicklung von organischen Bindungen, zur Entstehung
der Polimere, zur Konzentrierung dieser, die Kombination der unterschiedlichen organischen Stoffen,
der Entwicklung der Progenota.
Frühere Vermutunge (1) Nach dem Schwinden der organischen Stoffen gewannen die ersten Zellen
die Energie aus der Oxidation der unorganischen Stoffen (in erster Linie wegen der vulkanischen
Aktivität reichlich zur Verfügung stehendes H2S) (Chemosynthese), sie „lernten” also aus
unorganischen, organische Stoffe herzustellen. (2) Die ersten photosynthetisierenden Bakterien
könnten vor 3,8 Milliarden Jahren entstanden sein, und sie verwendeten die Lichtenergie nur zur
ATP-Synthese. Das zur Herstellung der organischen Molekülen notwendige Hydrogen wurde aus
unorganischen (z.B. H2S) oder organischen Stoffen gewonnen. (3) Als erstes wurde, vor ca. 3,2
Milliarden Jahren Wasser von Zyanobakterien als Hydrogenquelle verwendet. Das von den
Zyanobakterien aus dem Wasser befreite O2 sammelte sich fast 2 Milliarden Jahre lang nicht in der
Atmosphäre an, weil es im Wasser der Ozeane mit gelöstem Fe2+ reagierte. Die O2 Konzentration
der Atmosphäre begann erst vor ungefähr 1,5 Milliarden Jahren zu steigen. Durch das Steigen der O2
Konzentration bat sich die Möglichkeit die effektive Energie-herstellende Atmung zu entwickeln. Ein
Teil des O2 der Atmosphäre wandelte sich auf Wirkung der Ultravioletten Strahlung in Ozon (O3) um.
Das Ozon absorbiert die ultraviolette Strahlung effektiv, bietet den Lebewesen so Möglichkeit sich an
der Oberfläche der Meere und des Trockenen niederzulassen. Die Erde wurde bis vor ca. 1,3
Milliarden Jahren von Prokaryoten-Lebewesen besiedelt. Die Entwicklung der Eukaryoten
multizellulären Lebewesen begann nur vor ca. 800 Millionen Jahren.
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Das Leben ist monopyletisch (aus einer einzigen Lebewesen-Gruppe stammend), eins der
wichtigsten Beweise hierfür ist, dass die heutigen Lebewesen bei einigen organischen Bindungen aus
Hinsicht der Chiralität nur die eine Variante verwenden (Homochiralität): die Zucker sind
rechtshändig, die Aminosäuren linkshändig. Wenn sich das Leben von einender unabhängig
mehrmals entwickelt hätte, wären beide Chiralitäten vorzufinden, denn keine Variante kann aus
chemischer Hinsicht begründet werden. Weiterer Beweis für den monophyletischen Ursprung ist die
vorher schon erwähnte Universalität des genetischen Kodes. Die Verhältnisse der konkreten
Basistriplets und deren Aminosäuren-Partner sind zufallsartig entstanden, kein physischer,
chemischer oder biologischer Zwang argumentiert die konkrete Verwirklichung derer. Mit anderen
Worten, im Fall eines polyphyletischen (mehrfachen, unabhängigen Ursprungs) Ursprungs wäre das
Kode-Wörterbuch bei den einzelnen Arten unterschiedlich.
Fremdes Leben Exobiologie erforscht die Lebenszeichne auf andere Planeten. Das fremde Leben –
unabhängig ob es gibt oder nicht – ist häufig Grund für fantastische UFO-Geschichte. Silizium ähnelt
an Kohlenstoff und theoretisch kann es Makromoleküle bilden. Flüssiges Methan auf den Mond
„Titan” von Saturnus könnte auch die Umgebung anderer Lebensformen sein. Im Kalifornischen
Monosee wurden Bakterien entdeckt, die anstatt Phosphor Arsen in ihren DNA enthalten; die
Ergebnisse lieferten keine zweifellose Argumente.
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