Wir sind die Aliens!
08.08.2007 um 18:37
Ich schildere euch mal aus molekularbiologischer Sicht, wie sich meiner Meinung nach das Leben auf unserer Erde entwickelte, bzw. der Ursprung des Lebens.
Fangen wir mit der chemischen Evolution (und damit mit den Anfängen des Lebens am Beispiel unserer Erde) an:
1. Zur abiotische Entstehung organischer Moleküle gehen wir von einer Urathmosphäre, bzw. einer Art "Urerde" aus. So nehmen wir nun einmal an, dass sich eben diese vor etwa 4,5 Mrd Jahren im Rahmen der Entstehung unseres Sonnensystems durch Massenanziehung mittels Gravitationskräften von H2, He und schwereren Elemten aus einer riesigen Gaswolke gebildet hat, die sich allmählich zu einem glutflüssigen Feuerball verdichtete. Die mit der Abkühlung verbundene Sonderung der Stoffe nach ihrer Dichte bewirkte, dass die schwereren Elemente (besonders Fe und Ni) sich vorallem im Erdkern anreicherten, wohingegen die leichteren den Erdmantel bildeten, dessen Oberfläche vor etwa vier Mrd Jahren infolge desAbkühlungsprozesses langsam erstarrte. Die erste aus H2, He und anderen Gasen bestehende Uratmosphäre entwich dabei größtenteils in den Weltraum.
2. Eine zweite Uratmosphäre entstand möglicherweise auch als Folge der Tätigkeit von Vulkanen auf der Erde der Frühzeit. Sie könnte dann neben anderen Elementen im Wesentlichen aus H2o (g), H2, N2, CO2, CH4, geringen Mengen von SO2, H2S, HCN, NOX, und vielleicht sogar auch aus einigen niederen Kohlenwasserstoffen bestanden haben. Als Nachweis für diese Vermutung, lässt sich aus der Zusammensetzung der heutigen vulkanischen Gase und der Atmosphäre anderer Planeten erschließen (Nachweis mit z.B. Dopplereffekt, Balmer-Serie, Wellenlängenanalytik, etc.). Ein Großteil an O2 wurde unter den herrschenden Bedingungen wohl in oxidischer Form gebunden, sodass diese zweite Atmosphäre kaum freien O2 enthalten konnte und infolge ihrer Zusammensetzung reduzierend gewirkt haben musste. Diese Annahme wird durch den Befund gestützt, dassEisenerzschichten, die vor circa zwei Mrd Jahren von der Erdoberfläche in größere Tiefen verlagert worden sind, das Fe in der Oxidationsstufe + II enthalten, z.B. folglich FeO, FeS, FeS2 usw.. Jüngere Eisenerze, die einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt waren, enthalten das Fe dagegen in den höheren Oxidationsstufen + III und +IV. Die kontinuierliche Abkühlung bewirkte auch die Kondensation von H2O (g) und führte so zur Entstehung der Urozeane. Vor allem durch die Fortlaufende Abdiffusion des H2 in den Weltraum veränderte sich die Zusammensetzung der Atmosphäre stetig weiter, sodass man in der Folge auch von einer dritten und von der heutigen als der vierten Atmosphäre spricht.
3. Die in der Uratmosphäre befindlichen abiotischen Moleküle reagieren nun durch elektrische Entladungen zu Kohlenstoffoxiden, N2, und mehreren organischen Substanzen. Auch durch andere Energiequellen (UV-Licht, ionisiernde Strahlen) bilden sich nun weitere organische Moleküle. AlsKonsequenz lösen sich diese in den Urozeanen und es entsteht die allen so bekannte "Ursuppe".
Übrigens bewies dieses Phänomen der Bildung organischer Kleinmoleküle und einfacher Biomoleküle der im Jahre 1953 etwa 23-jährige Chemiestudent S.L.Miller durch ein Simulationsexperiment, dass unter den von ihm angenommenen atmosphärischen und energetischen Konditionen der Früherde die abiotische Bildung von org. Molekülen möglich ist (auch bekannt unter der Bezeichnung des Miller-Versuchs): In einer einfachen Glasapparatur setzte er ein Konglomerat aus H2, H2O (g), CH4, und NH3 für einige Stunden elektrischen Entladungen aus. Die Analyse der Reaktionsprodukte ergab, dass sich in mehrstufigen Reaktionen neben Kohlenstoffoxiden und N2 insgesamt 19 ORG. SUBSTANZEN gebildet hatten, darunter allein 6 AS (Aminosäuren), Methansäure, Essigsäure, Milchsäure, Harnstoff usw.. Es ist folglich nicht allzu abwegig und unwahrscheinlich, dass sich unter diesen Bedingungen bereits Kleinmoleküleund erste Biomoleküle bilden.
Wiederum bei einer gewissen Abänderung dieses Versuches mit Beifuhr von UV-Strahlung kam es zum Nachweis der abiotischen Entstehung auch komplizierterer org. Moleküle wie z.B. Ribose, Desoxyribose, Stickstoffbasen (Purin- und Pyrimidinbasen: Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin; also BAUSTEINE DER DNS) und sogar des UNIVERSELLEN ENERGIETRÄGERS IN LEBEWESEN, DES ATP (Adenosintriphosphat)!
Hatte man früher angenommen, die abiotische Bildung org. Moleküle aus einfachen Grundstoffen sei in höchstem Maße unwahrscheinlich, so zeigen diese Ergebnisse eindeutig, dass es ganz im Gegenteil unwahrscheinlich wäre, wenn sich solche Verbindungen unter den Bedingungen der Früherde und des zur Verfügung stehenden langen Zeitraums nicht (!) in größeren Mengen gebildet hätten!
4. Da die UV-Belastung der Erde in ihrer Frühzeit eminent hoch war, diese energiereiche Strahlung nicht nur die Bildung neuer Moleküle bewirken, sondern natürlich auch diese ebensowieder zerstören kann, war eine Anreicherung der neu gebildeten Moleküle folglich nur möglich, wenn sie nach der Bildung der Einwirkung der UV-Strahlung entzogen wurde. Man nimmt an, dass sich in der Atmospähre und den oberen, noch vom UV-Licht durchdrungenen Wasserschichten bis zu diesem Zeitpunkte sich so ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Neubildung und Zerlegung der org. Moleküle eingestellt hat, die sich dagegen in tieferen Wasserschichten in größeren Mengen anreichern konnten.
5. Zur Bildung größerer Moleküle musste also die UV-Strahlung eingedämmt werden: Der sogenannte Urey-Effekt bewirkt die Photolyse des Wassers. Von den zwei Produkten (H2 und O2) verflüchtigt sich der H2, wohingegen sich der schwerere O2 anreichert (in der Atmosphäre). Es kommt nun zu einem signifikanten Rückkopplungsmechanismus. Je höher die Intensität der UV-Strahlung ist, desto höher ist automatisch auch die Konzentration des O2 in der Atmosphäre (aus Prozess der Photolyse). Jedochverfügt der O2 über die Funktion der UV-Absorption; auch die Wahrscheinlichkeit zur Bildung des hochabsorbierenden O3 wird dadurch höher. Somit pendelt sich eine relativ konstante O2-Konzentration von 0,1 % ein. In der Folge konnten sich die UV-empfindlichen Proteine und Nukleinsäuren in oberflächennahen Gewässerschichten anreichern.
6. Die Bildung eiweißähnlicher Stoffe, also größerer Biomoleküle (Makromoleküle) konnte im Jahre 1965 S.W. Fox zeigen. In seinem Versuch erhitzte er eine trockene Mischung verschiedener AS für einige Stunden auf Temperaturen um die 170° C und erhielt verschiedene Polypeptide aus bis zu 20 AS. Somit bewies er die abiotische Verknüpfung von AS zu eiweißähnlichen Makromolekülen. Diese Produkte ließen sich durch eiweißspezifische Enzyme (Proteasen) spalten (stellen auch Nährsubstanz für Bakterien dar). In Anwesenheit von H3PO4, Polyphosphaten oder einfach Lavagestein gelangen nun solche Verknüpfungen auch bei niedrigeren Temperaturen, wobeisogar Ketten bis zu 100 AS entstanden! Fox selbst nannte sie soweit ich weiß "Proteinoide".
7. Die Bildung von Polynucleotiden aus bis zu 200 Bausteinen gelangte G. Schramm 1962 durch Erhitzen einer Mischung aus Nucleotiden und Phosphaten. Von großer Bedeutung war dabei der Befund, dass die bloße Anwesenheit von solchen synthetischen Nucleotidsträngen die Bildung weiterer, aber nun komplementärer Polynucleotidstränge stark begünstigte und so eine Art "Syntheselawine" in Gang setzte.
--> Die abiotische Entstehung essentieller Makromoleküle in der Frühzeit der Erde erscheint daher als sehr wahrscheinlich.
8. Nun zur Selbstreproduktion von Proteinen: Eins ist grundsätzlich klar, dass Proteine aufgrund ihres Aufbaus im Gegensatz zu Polynucleotiden nicht geeignet sind, sich durch oben-genannte Matrizenmechanismen komplementär zu reproduzieren. Sie können jedoch als Enzyme fungieren und die Synthese bzw. Veränderung von anderen Proteinen katalysieren, die dannihrerseits wieder katalytisch aktiv werden und auf andere Proteine einwirken können. Wenn nun nach einigen derartigen Katalyseschritten das Endprodukt wiederum auf das Ausgangsprotein einwirkt, entsteht eine Art "autokatalytisches System", das die Fähigkeit zur Seblstreproduktion inne hat. Ein solches System könnte jedoch nicht mutieren, denn die Veränderung eines Proteins hätte nur zur Folge, dass die katalytisierte Reaktion schneller, langsamer oder überhaupt nicht mehr abläuft (da es sich nur um Proteine handelt). Die an der Reaktionskette beteiligten Stoffe werden also entweder in alter Form weiter oder überhaupt nicht mehr gebildet!
9. Wesentlich effektiver ist also die Reproduktion von Polynucleotiden unter der katalytischen Mitwirkung von Proteinen. Hierbei beschränkt sich nun die Funktion der Polynucleotide auf die Speicherung von Information über den Aufbau sowohl weiterer Polynucleotidmoleküle als auch von Proteinen. Verbindet man aber jetzt gedanklichmehrere solche selbst reproduzierende Protein- und Polynucleotidsysteme miteinander, so erhält man ein Gefüge, welches Informationsmoleküle und katalytisch wirksame Moleküle nebeneinander enthält. Es entstehen sodann "kooperative" Systeme, welche in der Lage sind sich selbst zu stabilisieren, wodurch in Hyperzyklen Wechselwirkungen zwischen Polynucleotiden und Polypeptiden zu einer gegenseitigen Ergänzung führen. Kommt nun druch Zufall ein weiteres Polymer hinzu, so konnte diesen den zyklischen Przess entweder verstärken oder es hatte keinen Einfluss. Je umfangreicher der vorhandene Hyperzyklus ist, desto leichter kann folglich ein weiterer Replikationszyklus eingebaut werden, wodurch es zu einer Erhöhung der Wachstumsgeschwindigkeit kommen kann! Somit konnten sich manche Hyperzyklen gegenüber anderen evolutionshistorisch durchsetzen (in ihrer Fähigeit wichtige Makromoleküle zur Eigenproduktion besonders rasch zu synthetisieren = Selektionsvorteil). Es ergibt sich somit einevolutionsfähiges System!
Von diesen Punkten ausgehend ergeben sich nachfolgend durch weitere über hunderte Jahrmillionen fortgeführte Reproduktionsmechanismen komplexere Strukturen bis hin zu Koazervaten, Mikrosphären oder Protobionten.
Diese teilautonome Selbstreproduktions- und Organisationsfähigkeit wurde bereits in Versuchen (siehe oben) nachgewiesen und ist daher kein bloßes unwahrscheinliches Phänomen.
Der Schritt zu noch komplexerem "Leben" ist dann nur noch eine Frage (um es mal salopp auszudrücken), der zunehmenden Organisation hin zu ersten Organismen und "Urlebewesen" (Prokaryonten/Bakterien). Diese konnten sich bereits im Archaikum unserer Erde etablieren (also ab ca. 3,5 Mrd Jahren), usw.. Bis zum Evolutionsbeginn des Menschen ("intelligentem Leben"; kann man drüber streiten) im Paläozen benötigte es dann schließlich nurmehr circa 3,435 Mrd Jahre. En gros ist diese zeitliche Evolutions-Spanne kosmologisch gesehen relativ klein.
Wenn wir nunnochmal vom Urpsrung des Lebens ausgehen mit der Bildung der Erde aus einer He und H2 Wolke kann man schon sagen, dass wir indirekt aus dem Weltall stammen. Mag sein, dass durch Asteroideneinschläge auf der in Abkühlung inbegriffenen Erde zusätztliche Anstöße (Zufuhr von essentiellen Elementen) zur Evolution gegeben wurden, aber das ist natürlich reine Theorie.
So nimmt man an, dass unser irdischen Gold von fernen Quasaren stammt, die über eine ausreichend hohe Dichte verfügten um sogar schwere Elemente wie Gold zu bilden.
