Origin of Life

Origin of life
Mathias Jäger, Theresa Gotthart
Der Anfang
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Entstehung der Erde / Sonnensystem:
4.6 Gyr
Erstes Leben: 3.5 Gyr (Bakterien)
Woher kam das Leben?
Wie entstand es?
Definition von Leben
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Kapazität zur Selbstreplikation
Die Fähigkeit der Darwin‘schen Evolution zu
folgen
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Darwinsche Evolution
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Selektion
 Rekombination
 Mutation
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Mutation
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2 Arten von Mutation: Unterschieden nach Erblichkeit und
Ursache
Erblichkeit
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Keimbahnmutation
Somatische Mutation
Ursache
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Spontanmutation
Induzierte Mutation
Replikationsfehler
Unzureichende Proof-Reading-Aktivität
Crossing Over
Crossing Over
Bausteine des Lebens
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Wasser (60-70%)
Sauerstoff
Kohlenstoff
Stickstoff
Phosphor
Schwefel
Atome des Elements (pro
100.000) im Menschen
H
60563
O
25670
C
10680
N
2440
Ca
230
P
130
S
130
Na
75
K
37
Cl
33
Warum Kohlenstoff ?
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Alles Leben basiert auf C
Große Anzahl möglicher langer
Molekülverbindungen
z.B.: Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor
C kann Verbindungen bauen, die in Wasser
löslich sind (für Interaktion notwendig)
Alternative: Silizium?
Warum Wasser?
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Brauchen Medium in dem Moleküle interagieren
können
Wasser bestens geeignet (weder zu heiß, noch zu
kalt), im flüssigen Zustand
Alternative: Ammoniak
Wasser
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70% der Erdoberfläche sind Wasser
Wasser ist polarisiert (Verbindung mit O)
2 Arten von Molekülen (wasserlöslich, nicht
wasserlöslich)
Beide wichtig für Leben
Möglichkeit für Makromoleküle (Fette und Öle,
Kohlenhydrate, Proteine, Nukleinsäuren)
DNA
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Proteine
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Katalysatoren
(Enzyme)
Nukleinsäuren
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DNA, RNA
T… Thymin
A... Adenin
G… Guanin
C… Cytosin
U… Uracil
Die Welt der RNA
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Zuerst RNA oder DNA?
Allgemein: zuerst RNA
Nukleide der RNA schneller entwickelt
RNA stabiler als DNA
RNA vor Proteinen entwickelt
Suche nach den Ursprüngen
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Molekulare Strukturen in Gesteinsproben
Zellreste
Abdrücke in Sedimenten
Organisches Material
Mineralien (entstanden bei Bio-Prozessen)
Isotope, die auf Bio-Aktivität hinweisen
Atmosphärische Komponenten
Zwei Vorgehensweisen
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Bottom-up Szenario
Von Entstehung der Erde auf Beginn des Lebens
 Leblose Elemente, Moleküle, Mineralien
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Top-down Szenario

Von heute auf Beginn des Lebens extrapolieren
Betrachten nur Bottom-up
Miller‘s Experiment
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Uratmosphäre
Urozean
Methan, Wasserstoff,
Ammoniak
Energie
=> Aminosäuren werden
produziert
Murchison Meteorit
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28. September 1969 nahe Melbourne
Kohlenstoffreich
Stück eines Asteroiden aus Gürtel
Enthielt organische Moleküle (Aminosäuren)
Bildung im Universum und nicht auf der Erde
Aminosäure
Glycine
Alanine
Α-amino-N-butyric acid
A-Aminoisobutyric
Valine
Norvaline
Isovaline
Proline
Pipecolic acid
Aspartic acid
Glutamic acid
Β-Alanince
B-Amino-N-butyric acid
B-Aminosobutyric acid
Y-Aminobutyric acid
Sarcosnic
N-Ethylglycine
N-Methylalanine
Miller-Experiment
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Murchison
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Erde
Ja
Ja
Nein
Nein
Ja
Nein
Nein
Ja
Nein
Ja
Ja
Nein
Nein
Nein
Nein
Nein
Nein
Nein
Leben von außerhalb?
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Meteoriten und Kometeneinschläge bringen
organisches Material auf die Erde
Masse (kg)
Akkretion /106kg yr-1
Carbon
Meteore (von Kometen)
10-17 – 10-1
16.0
10%
Meteoriten
10-2 – 105
0.058
1.3%
Kraterbildene Körper
105 – 1015
62.0
4.2%
Meteore (von Kometen)
10-15 – 10-9
3.2
10%
Meteoriten (ohne C)
10-2 – 105
2.9x10-3
0.1%
Meteoriten (mit C)
10-2 – 105
1.9x10-4
2.5%
Quellen
Meteoritenmaterial
Organisches Material
Chirality
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2 Arten von Molekülen
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Chiral (Rechte-Hand-Linke-Hand-Prinzip)
Achiral (Spiegelfest)
Chirality und das Leben
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Aminosäuren gemischt, rechte Hand, linke Hand
Proteine nur aus linke Hand Aminosäuren
Bemerkenswert: 19 der 20 Säuren können
sowohl links als auch rechts händig sein
Linke Hand Aminosäuren wurden auch im
Murchison-Meteoriten gefunden
Akkumulation von organischem
Material
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Abgeschlossene Lagunen und Tümpel, Wasser
verdampft, Konzentration steigt
Wasser friert, angereichertes gefriert später
Ton und Mineralien sammeln organisches Material, Ton
sammelt es innerhalb seiner Struktur
Weiterentwicklung: Genauen Prozesse noch unbekannt
Zusammenfassung
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Leben basiert auf C
Wasser ist Grundlage, aufgrund molekularer
Entwicklung
Offene Fragen:
 Leben von außerhalb, oder Erde?
 Leben auf anderen Elementen basierend?
 Entwicklung des Lebens an sich?