Workshop - arthur

Chemische Evolution
Entwicklung einfachster
organischer Moleküle zu
Makromolekülen aus Komponenten
der Uratmosphäre
und der Urmeere der Erde
Stanley Miller
(1930 – 2007) = amerik.
Biologe und Chemiker, führte
1953 die ersten Experimente
mit "Ursuppen" durch
Schwarze Raucher
heiße vulkanische Quellen
in der Tiefsee mit hohem
Gehalt an Sulfiden und
Schwermetallen
Protobionten
(griech. protos = erster;
griech. bios = Leben) =
die mit der Fähigkeit zur
Selbstvermehrung
Biologische Evolution
Entwicklung der Lebewesen
von den Protobionten über
die Prokaryoten zu den
Eukaryoten
System
Einheit aus mehreren
Elementen, die miteinander
in Beziehung stehen; das
System kann belebt oder
unbelebt sein;
Die ältesten bekannten Lebensspuren auf unserer Erde
sind 3,8 Milliarden Jahre alt. Es ist daher anzunehmen,
dass sich nach der Entstehung der Erdkruste vor etwa
4,5 Milliarden Jahren Vorgänge abgespielt haben, die
zur Bildung einfachster lebender Strukturen aus leblosen
Stoffen führten. Als gängige Hypothese gilt heute,
dass im Zuge einer chemischen Evolution die ersten
organischen Moleküle entstanden sind.
Unter den damals herrschenden Bedingungen (u. a.
extrem hohe UV-Strahlung, Hitze und elektrischen-
Entladungen) sollen sich im Ozean aus anorganischen
Verbindungen wie Kohlenstoffdioxid, Methan
und Ammoniak die ersten organischen Moleküle
(z. B. Aminosäuren) gebildet haben. Im Rahmen der
Miller’schen Versuche, in denen diese Bedingungen
nachgebildet wurden, konnten alle wesentlichen
Bausteine der Lebewesen erzeugt werden.
Als Entstehungsort werden meist flache, warme Meeresbuchten
vermutet. Die Bildung erster Zellbausteine
könnte auch an den so genannten Schwarzen
Rauchern – verbreitete vulkanische Quellen in der
Tiefsee – stattgefunden haben.
1 Kennzeichen der Lebewesen
Abb. 29: Alle Lebewesen verbinden die Kennzeichen des
Lebens
Folgende Kennzeichen charakterisieren das Phänomen
Leben:
Aktive Bewegung: Plasmabewegung, Geißelbewegung
und Flimmerbewegung sind beispielsweise typisch
für Einzeller ( S. XY), Muskelbewegung für Wirbellose
und Wirbeltiere, Turgor- und Wachstumsbewegung
für Pflanzen.
Fortpflanzung: Leben geht immer aus anderem Leben
hervor – dieses Grundphänomen heißt Biogenese. Dabei
werden die Erbanlagen weitergegeben, die bei allen
Lebewesen in der DNA gespeichert sind.
Als erste Vorstufen der Zellen gelten einfache, hohle
„Membrankugeln“ – die Protobionten. Sie bestanden
vermutlich aus einer Nucleotidmembran, abiotisch
gebildeten Proteinen und Nucleinsäuren sowie einem
einfachen Apparat zur Energiegewinnung und
zur Informationsübertragung. Die Voraussetzung für
die Bildung der ersten „echten“ Zellen schufen jedoch
die Proteinbiosynthese ( S. XY) und die Mechanismen
der Vererbung. Deren Entstehung ist derzeit
noch ungeklärt, jedoch waren sie wesentlich für
den Beginn der biologischen Evolution.
Abb. 27: Protobionten
Abb. 28: Schwarze Raucher
Stoffwechsel: Stoffe werden aus der Umgebung aufgenommen
und mit Hilfe von Enzymen um-, auf- und
wieder abgebaut und ausgeschieden. Zellen sind offene
Systeme, weil sie mit ihrer Umgebung Stoffe und
Energie austauschen. Ein Strom von Stoffen fließt durch
den Körper (Fließgleichgewicht). Der Stoffwechsel ist so
geregelt, dass die Zelle innerhalb bestimmter Grenzen
eine konstante Zusammensetzung hat. Diese Aufrechterhaltung
des Gleichgewichts nennt man Homöostase.
Energieumsatz: Energie wird aufgenommen, umgewandelt
und wieder abgegeben. Durch den Abbau energiereicher
Stoffe wird Energie freigesetzt, die für die
Organismen nutzbar ist. Ein Teil dient als chemische Energie
den Stoffwechselreaktionen, ein anderer Teil wird
als Wärme frei.
Wachstum und Entwicklung: Wachstum bedeutet die
Vermehrung der Körpermasse durch den Aufbau körpereigener
Stoffe. Im Zuge der evolutionären Anpassung
werden neue Formen und Eigenschaften ausgebildet.
Diese Prozesse sind nicht umkehrbar!
Reizbarkeit: Organismen reagieren in bestimmter Weise
auf Reize ihrer Umwelt. Sie antworten auf Einflüsse
von außen und können sich dadurch auf veränderte
Umweltbedingungen einstellen (Selbstregulation).
Systemcharakter: Zellen sind belebte Systeme, d. h. die
einzelnen Teile einer Zelle sind isoliert nicht lebensfähig.
Erst ihr Zusammenwirken ermöglicht Eigenschaften,
die wir als Kennzeichen des Lebendigen bezeichnen
können. Alle diese Eigenschaften des Lebens ergeben
sich bei Organismen aus dem hochgradig geordneten
System der Lebewesen.
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