Entstehung des Lebens nachstellbar?

@Monod

Zu 1. Exakt. Wir brauchen also schon ein Abgrenzmedium. Oder besondere Bedingungen. Die Vent Theorie kenn ich übrigens ... Schelf und Gezeitenzonen waren schon immer der Lebensraum schlechthin und ich würde die Entstehung des Lebens dort ansiedeln.


zu der Atmosphäre:

Vor der Bildung des Erdkerns war die Atmosphäre schon stark reduzierend. Da wir hier noch sehr schnell Verbindungen wie H2O, CO2, N2, CO, H2, sowie CH4 und NH3 in die Atmosphäre bringen können. Allerdings waren die Bedingungen zu der Zeit nicht gerade gut um Leben entstehen zu lassen. Das Problem ist sobald sich die Erde differenziert und Leben bessere Wegsamkeiten findet wird die Atmosphäre immer weniger reduzierend und unsere Atmosphäre wird immer stärker an N2 angereichert. Außerdem wird die Atmosphäre sich im Laufe der Zeit abkühlen und immer mehr N2 geht wiederum in die Atmosphäre über.

Die Uratmosphäre (die erste) war wohl reich an Wasserstoff und Helium. Zunächst wird dann (bei T>800 °C) vermehrt CO2 in die Atmosphäre gelangt sein, später nach der Abkühlung (T>500°C) bildet sich vermehrt N2. Alles was da noch an Wasserstoff übrig bliebe wäre so flüchtig, dass es einfach abhaut...

Sobald die Kruste sich bildet wird der CO2 gehalt dann wiederum verringert (da es in karbonate und Kerogen - Verbindungen gespeichert wird).

Ich hab die Zwischenstufe vergessen .. da war glaub ich noch was mit eienr Atmosphäre unter hohem Druck (100bar), die sehr reich an Wasser war (etwa 70%). Aber wie oben beschrieben geht diese Ur-Atmosphäre verloren...

Außerdem nehmen wir an, dass die frühe Atmosphäre sowies häufig verloren ging, vorallem durch die vielen Meteoritenschauer.

Tja wo soll da nur Leben entstehen ^^

@Schdaiff

Schdaiff schrieb:Tja wo soll da nur Leben entstehen ^^

Auf der Erde natürlich ... genauer: in den Gezeitenzonen.

Das chemische Ausgangsmaterial (Monomere wie Lipide, Nukleinsäurebasen und Aminosäuren) gelangte über die Gezeiten aus dem Meerwasser in die Sedimente der Gezeitenzonen bzw. in die Gesteinsporen der Uferregionen, wo sie katalytisch miteinander reagieren konnten.

Der temporäre Wasserentzug bei gleichzeitiger Variation der Salinität (Möglichkeit des Abführens von Reaktionswasser durch Hygroskopizität!) begünstigte die Polymerisierung und den Einschluss diverser Polymere in Lipidvesikel (Deamers "Sandwich-Methode").

Diese Lipidvesikel gelangten über die Gezeiten in andere Uferbereiche, wo andere katalytische Bedingungen vorhanden waren - gewissermaßen eine Vorstufe von Variabilität und nachfolgender Selektion. Irgendwann wurde der Sprung hin zu einem funktionierenden Translationssystem geschafft, der chemisch an das Genom gekoppelt war, so dass der Lückenschluss zwischen Metabolismus und Vererbung geeigneter Lösungen für Biokatalysatoren gelang, der die Grundvoraussetzung für das Entstehen einer ersten Zelle darstellt.

Wie dieser Sprung geschafft wurde, ist noch unbekannt, dass er sich irgendwann ereignet haben muss, ist evident, aber ob er statistisch oft - und damit zwangsläufig - erfolgte oder ein einmaliges Zufallsereignis war, das sich sonst nirgends ereignete, ist nach wie vor eine offene Frage, die sich bislang jeder statistischen Kalkulation entzieht.

Von daher ist es fraglich, ob dieser Sprung im Labor rekonstruiert werden kann. Prinzipiell ist es möglich, da Leben auf dem Wirken der Naturgesetze beruht, aber ob die Bedingungen so nachgestellt werden können, dass sich dieser Sprung ein zweites Mal ereignet, müsste durch einschlägige Experimente geklärt werden.

Ich denke hier passts am besten.

Osnabrück. Das Leben auf der Erde ist einer neuen Studie zufolge durch Dämpfe entstanden, die aus den Tiefen der Erde aufgestiegen sind. Das Wasser habe sich in kleinen Becken gesammelt und so ideale Bedingungen für das erste Leben geschaffen, schreiben der Biophysiker Armen Mulkidjanian von der Universität Osnabrück und seine Kollegen im Journal "PNAS". Im Gegensatz zu dieser Annahme sind viele andere Forscher der Meinung, das Leben sei im Meer entstanden.

Das Team um Mulkidjanian untersuchte 60 Gene, die heute in allen zellulären Organismen vorkommen. "Diese Gene sind auch bei dem gemeinsamen Vorfahren aller zellulären Organismen vorhanden", erläutert Mulkidjanian. Anhand der Gene konnten die Forscher einige Proteine des Vorfahren bestimmen und daraus auf den Stoffwechsel der frühen Zellen vor etwa vier Milliarden Jahren schließen. Diese benötigten demnach relativ hohe Konzentrationen an Zink, Mangan und Phosphor sowie ein hohes Verhältnis von Kalium zu Natrium. Das Wasser in solchen Urzeit-Brutstätten ähnelte nach Angaben der Forscher dem Wasser in geothermischen Quellen, wie sie etwa im Yellowstone-Nationalpark (US-Bundesstaat Wyoming) zu finden sind. "Wir haben uns angeschaut, wie die von den Genen codierten Proteine mit anorganischen Stoffen interagieren - das hat noch keiner gemacht", sagte Mulkidjanian.

Die Erde sei damals ein vulkanreicher Planet gewesen, und die Atmosphäre habe derjenigen geähnelt, die heute noch auf der Venus und dem Mars herrsche. Unter diesen Bedingungen seien dank vulkanischer Prozesse damals Dämpfe und Gase aus dem Erdinnern an die Oberfläche gelangt, die beim Abkühlen urzeitliche Tümpel bildeten. Den Anstoß für die Entstehung lebender Zellen könnten in dieser Umgebung Mineralien gegeben haben, die wie Katalysatoren wirkten. Auch Trockenperioden seien für die chemischen Prozesse wichtig gewesen, erläutert der Wissenschaftler.

Die ersten Lebensformen seien daher aller Wahrscheinlichkeit nach an Land entstanden und nicht im Ozean oder an dessen Rändern. Die zur Entstehung von Zellen notwendigen chemischen Elemente seien im Ozean nie in den richtigen Anteilen vorhanden gewesen. Daraus folge, dass das Meer wahrscheinlich erst später bevölkert worden sei.(dpa)

Eine weitere These zum Ort der wahrscheinlichen Entstehung des Leben. Demnach sei das Leben zwar im Wasser aber nicht im Meer entstanden.
Die Studie ist erst gestern veröffentlicht worden, ich konnte sie im Netz noch nicht finden. Die Zuammenfassung ercheint durchaus diskutabel, ich schau mir aber erst die Studie an.
@Pan_narrans vielleicht kannst du chon etwas dazu sagen, du bist ungleich näher am Thema als ich.

@Heide_witzka
Naja, die Hypothese, dass das Leben im offenen Meer entstanden ist, ist eh schon seit langen vom Tisch.

Momentan wird zu den Gezeitenzonen,in Tonerden oder halt Tümpeln tendiert. Genaueres kann ich aber aus dem Stehgreif auch nicht dazu sagen.

@Pan_narrans

Tonerden sind immer gut, da diese das Wachstum von DNA begünstigen. Warum weiß ich jetzt nicht mehr genau, aber ich glaub es handelt sich um epitaktisches Wachstum oder sowas....

@Heide_witzka
Ich hatte jetzt Zeit mir den Thread genauer durchzulesen. @Schdaiff und @Monod
haben das doch super erklärt. Mir scheint auch, dass die beiden über die Abiogenese deutlich mehr wissen als ich.
Ich habe mich mit dem Thema bestenfalls am Rande beschäftigt.

@Heide_witzka

Dazu hatte ich im astronews-Forum etwas geschrieben:

http://www.astronews.com/forum/showthread.php?808-was-ist-und-wie-entsteht-Leben&p=85927#post85927

@Monod
Danke für den Link, ich habs mir durchgelesen.
Als interessierter Laie freue ich mich über jegliche Information.

Dies wäre eigentlich ein höchst interessantes Thema, aber es ist so kompliziert, dass man dafür eigentlich den Dr. Titel in Mikrobiologie haben müsste um es genauer erkären zu können und sonst kommt einfach kein Knochen nach ab dem wo man erklären will.

Ich habe im hellblauen Heft über Evolution des Geos einen Bericht darüber gelesen, wie das erste Leben entstanden sein soll. Die gehen davon aus, dass das erste Leben unter Wasser in Warmwasserschloten in winzigen Eisensulfigesteinsbläschen entstanden ist, die von schwach saurem Ozeanwasser umflutet worden sind. Und von warmem basichen Grundwasser durchflutet worden ist, dieses warme Grundwasser führte verschiedene Stoffe mit sich, darunter: Methan, Ammoniak, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und Phosphorverbindungen. Bei dem Zusammentreffen der beiden Flüssigkeiten liefen physische Reaktionen ab, die Energien freisetzten die neue Stoffe entstehen liessen.

Bei Temperaturen von 50 bis zu 70 Grad wurden die Kämmerchen zu Laboren. Es gab Ansammlungen von immer grösser werdenden Mengen an Stoffen und diese reagierten weiter aufeinander, dadurch entstanden weitere grösser Molekülverbindungen wie etwa: Zuckerverbindungen, Aminosäuren und Nukleinsäurebasen, die Eisensulfidkämmerchen beschleunigten die Reaktionen noch. Infolge weiterer Reaktionen entstanden unterschiedliche Nukleotide die Grundbausteine der Erbmoleküle. Unabhängig davon verbanden sich auch Aminosäuren zu kurzen Ketten, Vorstufen der Eiweissmoleküle. Später entstand daraus die erste RNS auch (Ribonukleinsäure) genannt, nämlich als sich die Nukleotiden zu längeren Ketten zusammenschliessen begannen. Die RNS ist die erste Molekularverbindung, welche in der Lage ist, sich selbst zu verfielfältigen. Die Peptiden verbinden sich zu bestimmten Eiweissen die mit der RNS kooperierten, welche schlussendlich zu einem Bauplan für das Aussehen eines Eiweisses wurde. Vielleicht könnte man die Kooperation von Peptiden und RNS auch schon DNS nennen, sie ist weitaus stabiler als eine RNS und kann Informationen für den Bau von Eiweissen aufnehmen und wird auch als Erbsubstanz bezeichnet. Auch ist sie in der Lage Informationen von sich an das Nachbareisensulfidbläschen weiter zu geben. Somit wäre aus dem mit Molekülsuppe gefüllten Gesteinsbläschen schon fast so etwas wie die erste Protozelle entstanden, die noch keine Zellwand und Zellkern besass, und sich auch noch nicht frei fort bewegen konnte, aber schon in der Lage ist, so etwas wie einen Stoffwechsel zu betreiben, sie nahm nämlich schon Energie auf um daraus Lipide zu bilden, diese Lipide gehören zu den Fetten und sind wasserabweisend, diese lagern sich an der Innenwand der Gesteinsbläschen ab und bildem mit der Zeit der Zellmembran die Haut der Protozelle. Bereits in diesem Zustand gab es schon unterschiedliche Formen von Protozellen, daraus entstanden die ersten Archaeen und die ersten Bakterien. Erst 1,5 Milliarden Jahre später entwickelten sich daraus die Eukaryoten, die etsten Zellen mit Zellkern, welche Vorfahren aller Pflanzen, Tiere und Pilze sind. Und erst aus den Eukaryoten entstanden dann die ersten Blaualgen, welche aber bereits schon mehrzellig gewesen sind, aber von heutigen Wissenschaftlern noch eher zu den Bakterien gezählt werden als zu den normalen Pflanzen. Aus den Archaeen entwickelten sich vermutlich die ersten pilzartigen Bakterien, also Bakterien, die sich von Bakterien ernährten oder ihnen Stoffe entziehen. Und es gibt auch die Symbiose von Wirt und Pilz woraus sich womöglich die ersten Eukaryoten entwickeln konnten, also hat womöglich, das eine Bakterium das andere absorbiert und daraus den ersten Zellkern entwickelt.

Die ersten Acerola könnten womöglicherweise erst durch die Kooperation von Blaualge und Pilz zustande gekommen sein, wodurch sich ein Organismus gebildet hat, dies weil sie unter anderem auch in der Lage sind durch Photosynthese zu betreiben, und sich durch Zellvermehrung zu vermehren so wie dies nur Bakterien zu tun vermögen. Gleichzeitig saugt er aber auch Blaualgen aus, und entzieht ihnen bestimmte Stoffe, so wie dies nur Pilze tun würden, was also heisst er muss sowohl mit Pflanzen, als auch mit Bakterien und mit Pilzen verwandt sein.

Wäre diese Theorie richtig, wäre Leben nichts seltenes und könnte unter den richtigen Bedingungen auf jedem Planeten entstehen. Es wären also keine Fremdeinflüsse von aussen nötig, wenn so primitivste Formen des Lebens entstehen können. Es wäre lediglich kompliziertere Modellbaupläne von Atomen, die unter den richtigen Bedingungen entstehen können.

Eine andere Theorie geht davon aus, dass das Leben bei der Entstehung des Planeten per Asteroidbrocken eingeschossen wurde, weil nämlich in Gesteinsbrocken des Keupergürtels Glycerinsäurebausteine gefunden wurden, also ähnliche Materialien wie Aminosäuren und Ribonukleinsäuren oder evt. nur andere Zusammensetzungen von Aminosäuren oder Ribonukleinsäuren so wie sie auf der Erde nicht vorkommen.

Diese Theorie würde eher die Panspermie-Hypothese befürworten, wie sie auch in der Drakegleichung in Erwägung gezogen wird. Wobei das eine das andere ja nicht ausschliessen muss? Es könnte ja sein, dass das Leben häufig ist und es sich unter den richtigen Bedingungen auf jedem Planeten entwickeln kann und sich die Informationen durch das Weltall hindurch ausbreiten können?

Wie die Zellwand entstand, laut Geo: Die wasserabweisenden Libtiden kleiden die Innenseite der Gesteinskämmerchen immer weiter aus, in sie lagertenn sich bestimmte Eiweisse, sie nutzen die energiereiche Spannung zwischen Aussen und Innenwelt aus, diese Spannung treibt chemische Prozesse noch weiter an, es entwickelt sich ein zweites noch robustereres Membran die Zellwand. Da es ja bereits unterschiedliche Prototypen innerhalb der Urbakterien gab unterschieden sich auch die Membranen und die Zellwände der unteschiedlichen Arten voneinander. Die Zellmembranen waren durchlässig für bestimmte Stoffe, sie konnten daraus bereits einige komplexe Moleküle bilden, etwa die RNS und Eiweisse, der Bauplan für diese Stoffe war in der DNS vorhanden. Diese neu gebauten Proteine konnten sie vermutlich wieder an das Nachbarsgesteinsbläschen weiter geben, wo noch eine Ursuppe von Molekülen umher schwamm, so entstand dort wieder eine neue Zelle, so waren sie in der Lage sich zu vermehren. Oder waren in der Lage untereinander Stoffe auszutauschen, da sie auch manchmal Fehler machten und manchmal Eiweisse falsch strukturieren und diese Informationen an Nachbarszellen weiter gaben, konnten so unterschiedliche Arten entstehen, also durch Mutation. Dieser Prozess ist übrigens in der Geschichte der Evolution ein ganz normaler. Erst dadurch wurde die grosse Bandbreite unterschiedlicher Arten innerhalb der Evolution überhaupt erst möglich.

Später etwa vor 3,5 Milliarden Jahren gelang es den Zellen aus den Unterwasserschloten zu entkommen vielleicht weil die Unterwasserschloten zusammen stürzten oder der Fels porös wurde, vielleicht weil mit der Zeit die Zellen den Fels abzubauen begannen und ihm Stoffe entzogen, die sie für ihr Wachstum benötigten. Von nun an besiedelten sie Risse und Spalten in der Nähe der Schloten, dort konnten sie sich vermehren und zu den ersten Zellstrukturen zusammen wachsen.
Wie es dann aber zu den ersten Zellen mit Zellkern kam und woraus sich die ersten Bakterien die Bakterien frassen, entwickelten, (also Pilze) wäre auch noch spannend festzustellen.

Es ist doch auch gut möglich, dass sich das Leben an Land und im Meer entwickelt hat? So genau lässt sich das doch nicht sagen, evt. handelt es sich dabei ja um völlig unterschiedliche Lebensformen. Dies wäre sogar ein Hinweis darauf, dass sich das Leben auf der Erde gleich mehrfach entwickelt hat. Ich finde die Wissenschaft ist da viel zu fest gefahren, bei denen muss es immer nur 1 fester Beweis geben, auf dem sich dann sämtliche Theorien darauf aufbauen müssen, dabei kann es ja auch mehrere geben, das ist wie bei dem Denisova-Menschen den man erst in neuster Zeit gefunden hat und dem man vorher für völlig unmöglich hielt. Würde sogar auch die Theorie mit den Einschlägen der Gesteinsbrocken des Keuper-Gürtels stimmen, wäre sogar auch eine Entwicklung einer Lebenslinie auf extraterrestrischer Basis denkbar.