Chemische Evolution

Geschichte der Studien über den Ursprung des Lebens

Spontane Erzeugung

Bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts glaubten viele Menschen an die regelmäßige spontane Erzeugung von Leben aus unbelebter Materie. Dies wurde als spontane Erzeugung bezeichnet und von Louis Pasteur widerlegt. Er zeigte, dass ohne Sporen keine Bakterien oder Viren auf sterilem Material wachsen.

Darwin

In einem Brief an Joseph Dalton Hooker vom 11. Februar 1871 schlug Charles Darwin einen natürlichen Prozess für den Ursprung des Lebens vor.

Er vermutete, dass der ursprüngliche Lebensfunke in einem "warmen kleinen Teich mit allen Arten von Ammoniak und Phosphorsalzen, Licht, Wärme, Elektrizität usw." begonnen haben könnte. Dann wurde chemisch eine Proteinverbindung gebildet, die bereit war, noch komplexere Veränderungen zu durchlaufen". Er führte weiter aus, dass "diese Materie heute sofort verschlungen oder absorbiert würde, was vor der Entstehung von Lebewesen nicht der Fall gewesen wäre".

Haldane und Oparin

Wirkliche Fortschritte wurden erst 1924 erzielt, als Alexander Oparin argumentierte, dass Luftsauerstoff die Synthese der organischen Moleküle verhindere. Organische Moleküle sind die notwendigen Bausteine für die Evolution des Lebens. In seinem Buch Der Ursprung des Lebens argumentierte Oparin, dass eine "Ursuppe" organischer Moleküle in einer sauerstofflosen Atmosphäre durch die Einwirkung von Sonnenlicht entstehen könne. Diese würden sich zu immer komplexeren Moden verbinden, bis sie Tröpfchen bilden. Diese Tröpfchen würden durch Verschmelzung mit anderen Tröpfchen "wachsen" und sich durch Spaltung in Tochtertröpfchen "fortpflanzen" und so einen primitiven Stoffwechsel haben, in dem jene Faktoren, die die "Zellintegrität" fördern, überleben, jene, die nicht aussterben. Viele moderne Theorien über den Ursprung des Lebens gehen immer noch von den Ideen Oparins aus.

Etwa zur gleichen Zeit schlug J.B.S. Haldane auch vor, dass die vorbiotischen Ozeane der Erde, die sich sehr von dem unterschieden, was die Ozeane heute sind, eine "heiße verdünnte Suppe" gebildet hätten. In dieser Suppe könnten sich organische Verbindungen, die Bausteine des Lebens, gebildet haben. Diese Idee wurde Biopoiese genannt, der Prozess, bei dem sich lebende Materie aus selbstreplizierenden, aber nicht lebenden Molekülen entwickelt.

Alexander Oparin (rechts) im Labor

Geschichte der Studien über den Ursprung des Lebens

Spontane Erzeugung

Bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts glaubten viele Menschen an die regelmäßige spontane Erzeugung von Leben aus unbelebter Materie. Dies wurde als spontane Erzeugung bezeichnet und von Louis Pasteur widerlegt. Er zeigte, dass ohne Sporen keine Bakterien oder Viren auf sterilem Material wachsen.

Darwin

In einem Brief an Joseph Dalton Hooker vom 11. Februar 1871 schlug Charles Darwin einen natürlichen Prozess für den Ursprung des Lebens vor.

Er vermutete, dass der ursprüngliche Lebensfunke in einem "warmen kleinen Teich mit allen Arten von Ammoniak und Phosphorsalzen, Licht, Wärme, Elektrizität usw." begonnen haben könnte. Dann wurde chemisch eine Proteinverbindung gebildet, die bereit war, noch komplexere Veränderungen zu durchlaufen". Er führte weiter aus, dass "diese Materie heute sofort verschlungen oder absorbiert würde, was vor der Entstehung von Lebewesen nicht der Fall gewesen wäre".

Haldane und Oparin

Wirkliche Fortschritte wurden erst 1924 erzielt, als Alexander Oparin argumentierte, dass Luftsauerstoff die Synthese der organischen Moleküle verhindere. Organische Moleküle sind die notwendigen Bausteine für die Evolution des Lebens. In seinem Buch Der Ursprung des Lebens argumentierte Oparin, dass eine "Ursuppe" organischer Moleküle in einer sauerstofflosen Atmosphäre durch die Einwirkung von Sonnenlicht entstehen könne. Diese würden sich zu immer komplexeren Moden verbinden, bis sie Tröpfchen bilden. Diese Tröpfchen würden durch Verschmelzung mit anderen Tröpfchen "wachsen" und sich durch Spaltung in Tochtertröpfchen "fortpflanzen" und so einen primitiven Stoffwechsel haben, in dem jene Faktoren, die die "Zellintegrität" fördern, überleben, jene, die nicht aussterben. Viele moderne Theorien über den Ursprung des Lebens gehen immer noch von den Ideen Oparins aus.

Etwa zur gleichen Zeit schlug J.B.S. Haldane auch vor, dass die vorbiotischen Ozeane der Erde, die sich sehr von dem unterschieden, was die Ozeane heute sind, eine "heiße verdünnte Suppe" gebildet hätten. In dieser Suppe könnten sich organische Verbindungen, die Bausteine des Lebens, gebildet haben. Diese Idee wurde Biopoiese genannt, der Prozess, bei dem sich lebende Materie aus selbstreplizierenden, aber nicht lebenden Molekülen entwickelt.

Frühe Bedingungen auf der Erde

Es gibt fast keine geologischen Aufzeichnungen von vor 3,8 Milliarden Jahren. Die Umwelt, die in der Hadean-Ära existierte, war lebensfeindlich, aber wie sehr, ist nicht bekannt. Es gab eine Zeit vor 3,8 bis 4,1 Milliarden Jahren, die als "Späte schwere Bombardierung" bekannt ist. Sie ist so benannt, weil sich damals vermutlich viele Mondkrater gebildet haben. Die Situation auf anderen Planeten, wie Erde, Venus, Merkur und Mars, muss ähnlich gewesen sein. Diese Einschläge würden wahrscheinlich die Erde sterilisieren (alles Leben töten), wenn es sie zu dieser Zeit gegeben hätte.

Mehrere Personen haben angedeutet, dass die Chemikalien in der Zelle Hinweise darauf geben, wie die frühen Meere ausgesehen haben müssen. 1926 stellte Macallum fest, dass sich die anorganische Zusammensetzung des Zellzytosols dramatisch von der des modernen Meerwassers unterscheidet: "die Zelle... hat Begabungen, die aus einer Vergangenheit übertragen wurden, die fast so weit zurückliegt wie der Ursprung des Lebens auf der Erde". Zum Beispiel: "Alle Zellen enthalten viel mehr Kalium, Phosphat und Übergangsmetalle als moderne ... Ozeane, Seen oder Flüsse". "Unter der anoxischen, _{CO2-dominierten} Uratmosphäre wäre die Chemie der Binnenbecken an geothermischen Feldern [wie die Chemie im Inneren] moderner Zellen".

Temperatur

Wenn sich Leben in der Tiefsee in der Nähe eines hydrothermalen Schlotes entwickelt hat, könnte es bereits vor 4 bis 4,2 Milliarden Jahren entstanden sein. Wenn sich das Leben dagegen an der Oberfläche des Planeten entwickelt hat, dann könnte es nach allgemeiner Meinung erst vor 3,5 bis 4 Milliarden Jahren entstanden sein.

Lazcano und Miller (1994) weisen darauf hin, dass das Tempo der molekularen Evolution durch die Geschwindigkeit der Wasserzirkulation durch mittelozeanische U-Boot-Schächte bestimmt wurde. Eine vollständige Rezirkulation dauert 10 Millionen Jahre, so dass alle organischen Verbindungen, die bis dahin produziert wurden, durch Temperaturen von über 300 °C verändert oder zerstört würden. Sie schätzen, dass die Entwicklung eines 100-Kilobase-Genoms eines primitiven DNA/Protein-Heterotrophs zu einem 7000 Gen umfassenden filamentösen Cyanobakterium nur 7 Millionen Jahre gedauert hätte.

Geschichte der Erdatmosphäre

Ursprünglich gab es in der Erdatmosphäre fast keinen freien Sauerstoff. Sie veränderte sich allmählich und über einen sehr langen Zeitraum hinweg zu dem, was sie heute ist (siehe Großes Sauerstoffereignis). Der Prozess begann mit Cyanobakterien. Sie waren die ersten Organismen, die durch Photosynthese freien Sauerstoff herstellten. Die meisten Organismen benötigen heute Sauerstoff für ihren Stoffwechsel; nur wenige können andere Quellen für die Atmung nutzen.

Es wird also erwartet, dass die ersten Protoorganismen chemoautotrophe Organismen waren und keine aerobe Atmung nutzten. Sie waren anaerob.

Frühe Bedingungen auf der Erde

Es gibt fast keine geologischen Aufzeichnungen von vor 3,8 Milliarden Jahren. Die Umwelt, die in der Hadean-Ära existierte, war lebensfeindlich, aber wie sehr, ist nicht bekannt. Es gab eine Zeit vor 3,8 bis 4,1 Milliarden Jahren, die als "Späte schwere Bombardierung" bekannt ist. Sie ist so benannt, weil sich damals vermutlich viele Mondkrater gebildet haben. Die Situation auf anderen Planeten, wie Erde, Venus, Merkur und Mars, muss ähnlich gewesen sein. Diese Einschläge würden wahrscheinlich die Erde sterilisieren (alles Leben töten), wenn es sie zu dieser Zeit gegeben hätte.

Mehrere Personen haben angedeutet, dass die Chemikalien in der Zelle Hinweise darauf geben, wie die frühen Meere ausgesehen haben müssen. 1926 stellte Macallum fest, dass sich die anorganische Zusammensetzung des Zellzytosols dramatisch von der des modernen Meerwassers unterscheidet: "die Zelle... hat Begabungen, die aus einer Vergangenheit übertragen wurden, die fast so weit zurückliegt wie der Ursprung des Lebens auf der Erde". Zum Beispiel: "Alle Zellen enthalten viel mehr Kalium, Phosphat und Übergangsmetalle als moderne ... Ozeane, Seen oder Flüsse". "Unter der anoxischen, _{CO2-dominierten} Uratmosphäre wäre die Chemie der Binnenbecken an geothermischen Feldern [wie die Chemie im Inneren] moderner Zellen".

Temperatur

Wenn sich Leben in der Tiefsee in der Nähe eines hydrothermalen Schlotes entwickelt hat, könnte es bereits vor 4 bis 4,2 Milliarden Jahren entstanden sein. Wenn sich das Leben dagegen an der Oberfläche des Planeten entwickelt hat, dann könnte es nach allgemeiner Meinung erst vor 3,5 bis 4 Milliarden Jahren entstanden sein.

Lazcano und Miller (1994) weisen darauf hin, dass das Tempo der molekularen Evolution durch die Geschwindigkeit der Wasserzirkulation durch mittelozeanische U-Boot-Schächte bestimmt wurde. Eine vollständige Rezirkulation dauert 10 Millionen Jahre, so dass alle organischen Verbindungen, die bis dahin produziert wurden, durch Temperaturen von über 300 °C verändert oder zerstört würden. Sie schätzen, dass die Entwicklung eines 100-Kilobase-Genoms eines primitiven DNA/Protein-Heterotrophs zu einem 7000 Gen umfassenden filamentösen Cyanobakterium nur 7 Millionen Jahre gedauert hätte.

Geschichte der Erdatmosphäre

Ursprünglich gab es in der Erdatmosphäre fast keinen freien Sauerstoff. Sie veränderte sich allmählich und über einen sehr langen Zeitraum hinweg zu dem, was sie heute ist (siehe Großes Sauerstoffereignis). Der Prozess begann mit Cyanobakterien. Sie waren die ersten Organismen, die durch Photosynthese freien Sauerstoff herstellten. Die meisten Organismen benötigen heute Sauerstoff für ihren Stoffwechsel; nur wenige können andere Quellen für die Atmung nutzen.

Es wird also erwartet, dass die ersten Protoorganismen chemoautotrophe Organismen waren und keine aerobe Atmung nutzten. Sie waren anaerob.

Aktuelle Modelle

Es gibt kein "Standardmodell" dafür, wie das Leben begann. Die meisten akzeptierten Modelle basieren auf der Molekular- und Zellbiologie:

1. Weil es die richtigen Bedingungen gibt, werden einige grundlegende kleine Moleküle geschaffen. Diese werden Monomere des Lebens genannt. Aminosäuren sind eine Art dieser Moleküle. Dies wurde durch das Miller-Urey-Experiment von Stanley L. Miller und Harold C. Urey im Jahre 1953 bewiesen, und wir wissen heute, dass diese Grundbausteine im gesamten Raum verbreitet sind. Die frühe Erde hätte sie alle gehabt.
2. Phospholipide, die Lipid-Doppelschichten, einen Hauptbestandteil der Zellmembran, bilden können.
3. Nukleotide, die sich zu zufälligen RNA-Molekülen verbinden können. Dies könnte zu selbstreplizierenden Ribozymen geführt haben (RNA-Welthypothese).
4. Der Wettbewerb um Substrate würde Mini-Proteine zu Enzymen selektieren. Das Ribosom ist entscheidend für die Proteinsynthese in den heutigen Zellen, aber wir haben keine Ahnung, wie es sich entwickelt hat.
5. Anfangs waren Ribonukleinsäuren Katalysatoren, später spezialisierte man sich auf Nukleinsäuren für genomische Anwendungen.

Die Herkunft der grundlegenden Biomoleküle ist zwar nicht geklärt, aber weniger umstritten als die Bedeutung und Reihenfolge der Schritte 2 und 3. Die Grundchemikalien, aus denen sich das Leben vermutlich gebildet hat, sind:

• Methan (CH4),
• Ammoniak (NH3),
• Wasser (H2O),
• Schwefelwasserstoff (H2S),
• Kohlendioxid (_CO2) oder Kohlenmonoxid (CO) und
• Phosphat (PO43-).

Molekularer Sauerstoff (O2) und Ozon (O3) waren entweder selten oder nicht vorhanden.

Drei Stufen

• Stufe 1: Der Ursprung der biologischen Monomere
• Stufe 2: Der Ursprung der biologischen Polymere
• Stufe 3: Die Entwicklung vom Molekül zur Zelle

Bernal schlug vor, dass die Entwicklung möglicherweise schon früh begonnen hat, einige Zeit zwischen Phase 1 und 2.

Aktuelle Modelle

Es gibt kein "Standardmodell" dafür, wie das Leben begann. Die meisten akzeptierten Modelle basieren auf der Molekular- und Zellbiologie:

1. Weil es die richtigen Bedingungen gibt, werden einige grundlegende kleine Moleküle geschaffen. Diese werden Monomere des Lebens genannt. Aminosäuren sind eine Art dieser Moleküle. Dies wurde durch das Miller-Urey-Experiment von Stanley L. Miller und Harold C. Urey im Jahre 1953 bewiesen, und wir wissen heute, dass diese Grundbausteine im gesamten Raum verbreitet sind. Die frühe Erde hätte sie alle gehabt.
2. Phospholipide, die Lipid-Doppelschichten, einen Hauptbestandteil der Zellmembran, bilden können.
3. Nukleotide, die sich zu zufälligen RNA-Molekülen verbinden können. Dies könnte zu selbstreplizierenden Ribozymen geführt haben (RNA-Welthypothese).
4. Der Wettbewerb um Substrate würde Mini-Proteine zu Enzymen selektieren. Das Ribosom ist entscheidend für die Proteinsynthese in den heutigen Zellen, aber wir haben keine Ahnung, wie es sich entwickelt hat.
5. Anfangs waren Ribonukleinsäuren Katalysatoren, später spezialisierte man sich auf Nukleinsäuren für genomische Anwendungen.

Die Herkunft der grundlegenden Biomoleküle ist zwar nicht geklärt, aber weniger umstritten als die Bedeutung und Reihenfolge der Schritte 2 und 3. Die Grundchemikalien, aus denen sich das Leben vermutlich gebildet hat, sind:

• Methan (CH4),
• Ammoniak (NH3),
• Wasser (H2O),
• Schwefelwasserstoff (H2S),
• Kohlendioxid (_CO2) oder Kohlenmonoxid (CO) und
• Phosphat (PO43-).

Molekularer Sauerstoff (O2) und Ozon (O3) waren entweder selten oder nicht vorhanden.

Drei Stufen

• Stufe 1: Der Ursprung der biologischen Monomere
• Stufe 2: Der Ursprung der biologischen Polymere
• Stufe 3: Die Entwicklung vom Molekül zur Zelle

Bernal schlug vor, dass die Entwicklung möglicherweise schon früh begonnen hat, einige Zeit zwischen Phase 1 und 2.

Ursprung der organischen Moleküle

Es gibt drei Quellen für organische Moleküle auf der frühen Erde:

1. organische Synthese durch Energiequellen (wie ultraviolettes Licht oder elektrische Entladungen).
2. Lieferung durch extraterrestrische Objekte wie kohlenstoffhaltige Meteorite (Chondrite);
3. organische Synthese, die durch Stoßwellen angetrieben wird.

Schätzungen dieser Quellen deuten darauf hin, dass durch die schweren Bombardierungen vor 3,5 Milliarden Jahren organische Stoffe in Mengen verfügbar wurden, die mit denen anderer Energiequellen vergleichbar sind.

Millers Experiment und die Ursuppe

1953 führten ein Doktorand, Stanley Miller, und sein Professor, Harold Urey, ein Experiment durch, das zeigte, wie sich organische Moleküle auf der frühen Erde aus anorganischen Vorläufern gebildet haben könnten.

Das inzwischen berühmte Miller-Urey-Experiment verwendete ein stark reduziertes Gasgemisch - Methan, Ammoniak und Wasserstoff - zur Bildung von organischen Grundmonomeren, wie z.B. Aminosäuren. Heute wissen wir, dass die Atmosphäre während mehr als der ersten Hälfte der Erdgeschichte fast keinen Sauerstoff enthielt.

Fox' Experimente

In den 1950er und 1960er Jahren untersuchte Sidney W. Fox die spontane Bildung von Peptidstrukturen unter Bedingungen, die möglicherweise schon früh in der Erdgeschichte vorgelegen haben. Er zeigte, dass Aminosäuren von sich aus kleine Peptide bilden können. Diese Aminosäuren und kleinen Peptide konnten dazu angeregt werden, geschlossene kugelförmige Membranen, so genannte Mikrosphären, zu bilden.

Ursprung der organischen Moleküle

Es gibt drei Quellen für organische Moleküle auf der frühen Erde:

1. organische Synthese durch Energiequellen (wie ultraviolettes Licht oder elektrische Entladungen).
2. Lieferung durch extraterrestrische Objekte wie kohlenstoffhaltige Meteorite (Chondrite);
3. organische Synthese, die durch Stoßwellen angetrieben wird.

Schätzungen dieser Quellen deuten darauf hin, dass durch die schweren Bombardierungen vor 3,5 Milliarden Jahren organische Stoffe in Mengen verfügbar wurden, die mit denen anderer Energiequellen vergleichbar sind.

Millers Experiment und die Ursuppe

1953 führten ein Doktorand, Stanley Miller, und sein Professor, Harold Urey, ein Experiment durch, das zeigte, wie sich organische Moleküle auf der frühen Erde aus anorganischen Vorläufern gebildet haben könnten.

Das inzwischen berühmte Miller-Urey-Experiment verwendete ein stark reduziertes Gasgemisch - Methan, Ammoniak und Wasserstoff - zur Bildung von organischen Grundmonomeren, wie z.B. Aminosäuren. Heute wissen wir, dass die Atmosphäre während mehr als der ersten Hälfte der Erdgeschichte fast keinen Sauerstoff enthielt.

Fox' Experimente

In den 1950er und 1960er Jahren untersuchte Sidney W. Fox die spontane Bildung von Peptidstrukturen unter Bedingungen, die möglicherweise schon früh in der Erdgeschichte vorgelegen haben. Er zeigte, dass Aminosäuren von sich aus kleine Peptide bilden können. Diese Aminosäuren und kleinen Peptide konnten dazu angeregt werden, geschlossene kugelförmige Membranen, so genannte Mikrosphären, zu bilden.

Besondere Bedingungen

Einige Wissenschaftler haben spezielle Bedingungen vorgeschlagen, die die Zellsynthese erleichtern könnten.

Welt des Tons

Ein Tonmodell für den Ursprung des Lebens wurde von A. Graham Cairns-Smith vorgeschlagen. Die Theorie des Tons suggeriert, dass komplexe organische Moleküle allmählich auf einer bereits existierenden anorganischen Plattform entstanden, nämlich Silikatkristalle in Lösung.

Tief-heißes Biosphärenmodell

In den 1970er Jahren stellte Thomas Gold die Theorie auf, dass sich das Leben zunächst nicht auf der Erdoberfläche, sondern mehrere Kilometer unter der Erdoberfläche entwickelte. Die Entdeckung der Nanobes (Fadenstrukturen, die kleiner als Bakterien sind, aber in tiefem Gestein DNA enthalten können) in den späten 1990er Jahren könnte Golds Theorie unterstützen.

Es ist inzwischen einigermaßen nachgewiesen, dass in geringer Tiefe der Erde (bis zu fünf Kilometer unter der Oberfläche) reichlich mikrobielles Leben in Form von extremophilen Archaeen vorhanden ist, statt der besser bekannten Eubakterien (die unter leichter zugänglichen Bedingungen leben).

Gold behauptete, dass ein Rinnsal von Nahrung aus einer tiefen, unerreichbaren Quelle für das Überleben notwendig ist, weil das Leben, das in einer Pfütze organischen Materials entsteht, wahrscheinlich seine gesamte Nahrung auffressen und aussterben wird. Golds Theorie war, dass der Nahrungsfluss auf das Ausgasen von Urmethan aus dem Erdmantel zurückzuführen ist.

Selbstorganisation und Replikation

Selbstorganisation und Selbstreplikation sind das Markenzeichen lebender Systeme. Nicht lebende Moleküle zeigen diese Eigenschaften manchmal unter korrekten Bedingungen. Martin und Russel zeigten zum Beispiel, dass Zellmembranen, die den Inhalt von der Umgebung trennen, und die Selbstorganisation in sich geschlossener Redoxreaktionen die konserviertesten Eigenschaften von Lebewesen sind. Sie argumentieren, dass anorganische Materie wie diese höchstwahrscheinlich der letzte gemeinsame Vorfahre des Lebens wäre.

Besondere Bedingungen

Einige Wissenschaftler haben spezielle Bedingungen vorgeschlagen, die die Zellsynthese erleichtern könnten.

Welt des Tons

Ein Tonmodell für den Ursprung des Lebens wurde von A. Graham Cairns-Smith vorgeschlagen. Die Theorie des Tons suggeriert, dass komplexe organische Moleküle allmählich auf einer bereits existierenden anorganischen Plattform entstanden, nämlich Silikatkristalle in Lösung.

Tief-heißes Biosphärenmodell

In den 1970er Jahren stellte Thomas Gold die Theorie auf, dass sich das Leben zunächst nicht auf der Erdoberfläche, sondern mehrere Kilometer unter der Erdoberfläche entwickelte. Die Entdeckung der Nanobes (Fadenstrukturen, die kleiner als Bakterien sind, aber in tiefem Gestein DNA enthalten können) in den späten 1990er Jahren könnte Golds Theorie unterstützen.

Es ist inzwischen einigermaßen nachgewiesen, dass in geringer Tiefe der Erde (bis zu fünf Kilometer unter der Oberfläche) reichlich mikrobielles Leben in Form von extremophilen Archaeen vorhanden ist, statt der besser bekannten Eubakterien (die unter leichter zugänglichen Bedingungen leben).

Gold behauptete, dass ein Rinnsal von Nahrung aus einer tiefen, unerreichbaren Quelle für das Überleben notwendig ist, weil das Leben, das in einer Pfütze organischen Materials entsteht, wahrscheinlich seine gesamte Nahrung auffressen und aussterben wird. Golds Theorie war, dass der Nahrungsfluss auf das Ausgasen von Urmethan aus dem Erdmantel zurückzuführen ist.

Selbstorganisation und Replikation

Selbstorganisation und Selbstreplikation sind das Markenzeichen lebender Systeme. Nicht lebende Moleküle zeigen diese Eigenschaften manchmal unter korrekten Bedingungen. Martin und Russel zeigten zum Beispiel, dass Zellmembranen, die den Inhalt von der Umgebung trennen, und die Selbstorganisation in sich geschlossener Redoxreaktionen die konserviertesten Eigenschaften von Lebewesen sind. Sie argumentieren, dass anorganische Materie wie diese höchstwahrscheinlich der letzte gemeinsame Vorfahre des Lebens wäre.

Theorien

RNA-Welt-Hypothese

In dieser Hypothese wird der RNA nachgesagt, dass sie sowohl als Enzym als auch als Behälter für Gene funktioniert. Später übernahm die DNA ihre genetische Rolle.

Die RNA-Welthypothese geht davon aus, dass das auf Ribonukleinsäure (RNA) basierende Leben vor der heutigen, auf Desoxyribonukleinsäure (DNA), RNA und Proteinen basierenden Lebenswelt liegt. Die RNA ist in der Lage, sowohl genetische Information zu speichern, wie die DNA, als auch chemische Reaktionen zu katalysieren, wie ein Enzym. Möglicherweise hat sie das vorzelluläre Leben unterstützt und war ein wichtiger Schritt in Richtung zelluläres Leben.

Es gibt einige Beweisstücke, die diese Idee unterstützen:

1. Es gibt einige RNAs, die als Enzyme arbeiten.
2. Einige Viren verwenden RNA zur Vererbung.
3. Viele der grundlegendsten Teile der Zelle (diejenigen, die sich am langsamsten entwickeln) benötigen RNA.

Stoffwechsel und Proteine

Diese Idee legt nahe, dass Proteine zunächst als Enzyme arbeiteten, die den Stoffwechsel produzieren. Danach begannen DNA und RNA als Container von Genen zu arbeiten.

Diese Idee hat auch einige Belege, die dies unterstützen.

1. Eiweiß als Enzym ist für unser heutiges Leben unverzichtbar.
2. Einige Aminosäuren werden im Miller-Urey-Experiment aus grundlegenderen Chemikalien gebildet. Einige lehnen diese Idee ab, weil Proteine sich nicht selbst kopieren können.

Lipide

In diesem Schema kommen Membranen aus Lipid-Doppelschichten schon früh vor. Sobald organische Chemikalien eingeschlossen sind, ist dann eine komplexere Biochemie möglich.

Theorien

RNA-Welt-Hypothese

In dieser Hypothese wird der RNA nachgesagt, dass sie sowohl als Enzym als auch als Behälter für Gene funktioniert. Später übernahm die DNA ihre genetische Rolle.

Die RNA-Welthypothese geht davon aus, dass das auf Ribonukleinsäure (RNA) basierende Leben vor der heutigen, auf Desoxyribonukleinsäure (DNA), RNA und Proteinen basierenden Lebenswelt liegt. Die RNA ist in der Lage, sowohl genetische Information zu speichern, wie die DNA, als auch chemische Reaktionen zu katalysieren, wie ein Enzym. Möglicherweise hat sie das vorzelluläre Leben unterstützt und war ein wichtiger Schritt in Richtung zelluläres Leben.

Es gibt einige Beweisstücke, die diese Idee unterstützen:

1. Es gibt einige RNAs, die als Enzyme arbeiten.
2. Einige Viren verwenden RNA zur Vererbung.
3. Viele der grundlegendsten Teile der Zelle (diejenigen, die sich am langsamsten entwickeln) benötigen RNA.

Stoffwechsel und Proteine

Diese Idee legt nahe, dass Proteine zunächst als Enzyme arbeiteten, die den Stoffwechsel produzieren. Danach begannen DNA und RNA als Container von Genen zu arbeiten.

Diese Idee hat auch einige Belege, die dies unterstützen.

1. Eiweiß als Enzym ist für unser heutiges Leben unverzichtbar.
2. Einige Aminosäuren werden im Miller-Urey-Experiment aus grundlegenderen Chemikalien gebildet. Einige lehnen diese Idee ab, weil Proteine sich nicht selbst kopieren können.

Lipide

In diesem Schema kommen Membranen aus Lipid-Doppelschichten schon früh vor. Sobald organische Chemikalien eingeschlossen sind, ist dann eine komplexere Biochemie möglich.

Panspermie

Dies ist die von Arrhenius vorgeschlagene und von Fred Hoyle entwickelte Idee, dass sich das Leben anderswo im Universum entwickelte und auf der Erde in Form von Sporen ankam. Dies ist keine Theorie darüber, wie das Leben begann, sondern eine Theorie darüber, wie es sich ausgebreitet haben könnte. Es könnte sich zum Beispiel durch Meteoriten verbreitet haben.

Einige schlagen vor, dass der frühe Mars ein besserer Ort für den Beginn des Lebens war als die frühe Erde. Die Moleküle, die sich zu genetischem Material verbanden, sind komplexer als die "Ursuppe" aus organischen Chemikalien (auf Kohlenstoffbasis), die vor vier Milliarden Jahren auf der Erde existierte. Wenn RNA das erste genetische Material war, dann könnten bor- und molybdänhaltige Mineralien bei seiner Bildung helfen. Diese Mineralien waren auf dem Mars viel häufiger anzutreffen als auf der Erde.

Panspermie

Dies ist die von Arrhenius vorgeschlagene und von Fred Hoyle entwickelte Idee, dass sich das Leben anderswo im Universum entwickelte und auf der Erde in Form von Sporen ankam. Dies ist keine Theorie darüber, wie das Leben begann, sondern eine Theorie darüber, wie es sich ausgebreitet haben könnte. Es könnte sich zum Beispiel durch Meteoriten verbreitet haben.

Einige schlagen vor, dass der frühe Mars ein besserer Ort für den Beginn des Lebens war als die frühe Erde. Die Moleküle, die sich zu genetischem Material verbanden, sind komplexer als die "Ursuppe" aus organischen Chemikalien (auf Kohlenstoffbasis), die vor vier Milliarden Jahren auf der Erde existierte. Wenn RNA das erste genetische Material war, dann könnten bor- und molybdänhaltige Mineralien bei seiner Bildung helfen. Diese Mineralien waren auf dem Mars viel häufiger anzutreffen als auf der Erde.

Verwandte Seiten

• Astrobiologie
• Früheste bekannte Lebensformen

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