Frage von LeFerdinand, 8

Wie entstanden die ersten Zellen?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von DiegoderAeltere, Community-Experte für Biologie & Evolution, 6

So ein Themenkomplex lässt sich nicht in ein, zwei Sätzen erklären, also mach dich auf einen langen Text und etwas Chemie gefasst:

Die Entstehung des Lebens wird immer noch eifrig erforscht. Die bis jetzt geltenden Erkenntnisse können also jederzeit wieder veraltet sein. Gemäß dem jetzigen Stand kann man aber die Entstehung des Lebens ganz grob auf vier wichtige Schritte herunterbrechen.

1.) Die Entstehung organischer Moleküle: Dieser Schritt ist am einfachsten zu rekonstruieren und auch am besten erforscht. Solange nämlich in den Ausgangsstoffen die richtigen Elemente (Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor) vorkommen, können fast unter allen Bedingungen (Milieu, Vorhandensein von Katalysatoren ...) unter Energiezufuhr die Grundstoffe des Lebens, also Aminosäuren, Zucker und andere wichtige Moleküle entstehen. Die Frage lautet hier vor allem, welche Bedingungen denn genau auf der jungen Erde herrschten.

2.) Bildung von Polymeren: Die wichtigsten Moleküle in Lebewesen (DNA, Proteine, Stärke etc.) sind Kettenmoleküle/Polymere, die in einem zweiten Reaktionsschritt aus den im ersten Schritt gebildeten Molekülen entstehen mussten. Die Bedingungen, welche diese Reaktion begünstigen, sind: Energiezufuhr und Abwesenheit von Wasser (ganz ohne geht es aber nicht). Die Forschung beschäftigt vor allem die Frage, an welchen Orten diese Bedingungen gegeben waren. Die wahrscheinlichsten Möglichkeiten sind:

- Hydrothermale Quellen in der Tiefsee, viele hier vorkommende Mineralien können als Katalysatoren für Polymerisationen dienen, außerdem ist Energie in Form von Wärme reichlich vorhanden. Auch leben die einfachsten bekannten Lebewesen an solchen Quellen und geeignete Edukte für die Energiegewinnung sind ebenfalls vorhanden.

- Meereis, die darin vorkommenden Kristallstrukturen begünstigen ebenfalls Polymerisationen, außerdem stabilisieren niedrige Temperaturen Aminosäureketten. Im wissenschaftlichen Eisschrank konnten bisher die längsten künstlichen Aminosäureketten erzeugt werden.

- Gezeitentümpel, da die vollständige oder teilweise Austrocknung die Polymerisation fördern könnte. Allerdings ist dieses Modell weniger wahrscheinlich als die ersten beiden.

3.) Die Bildung von Zellmembranen: Als Grundstoffe für Membranen dienten den ersten Lebewesen wahrscheinlich Fettsäuren oder Proteine, die in den ersten beiden Schritten erzeugt wurden. Die Bildung von Membranen wird ebenfalls durch die Kristallstrukturen an hydrothermalen Quellen und im Meereis gefördert, die ich oben erwähnt habe. 

Interessant für die Forschung ist vor allem das Verhalten von Protozellen, also Zellmembranen ohne Inhalt, die künstlich erzeugt wurden. Diese "fressen", indem sie zusätzliches Zellmaterial aus ihrer Umgebung aufnehmen und wachsen dadurch, bis es zur Knospung und Teilung kommt - ein Vorgang, der der Zellteilung nicht unähnlich ist. Es wäre auch möglich, dass die Zellmembranen sich erst im vierten Schritt bildeten und die ersten Lebewesen die Gestalt eines Films auf einer Oberfläche hatten und nicht die von Zellen.

4.) Entstehung von Stoffwechsel und Replikationssystemen: Das ist mit Abstand der komplexeste Schritt, aber im wesentlichen sind die bisherigen Erkenntnisse die, dass das frühe Leben auf bestimmten RNA-Molekülen, den Ribozymen basierte. Ribozyme sind so eine Art Multitasking-Moleküle, die sowohl Erbinformation enthalten als auch als Enzyme (biologische Katalysatoren) fungieren können.

Im Klartext heißt das, dass Ribozyme sich selbst vervielfältigen können und auch die Bildung von Proteinen anregen können, die Funktionen in der Zelle übernehmen. Mit der Zeit muss eine Spezialisierung der beiden Molekültypen erfolgt sein. RNA diente später nur noch zur Erbgutspeicherung, und den Proteinen kam die Aufgabe zu, Stoffwechselvorgänge zu katalysieren, aus denen Energie für das Wachstum und die Vermehrung der Zelle gewonnen wurde. Proteine sind bei heutigen Lebewesen auch dafür verantwortlich, die Erbinformation abzulesen und zu vervielfältigen, das ist eine weitere Funktion, die sie von den Ribozymen übernommen haben. Die RNA wurde im Laufe der Stammesgeschichte dann durch die etwas komplexere DNA ersetzt (eine Reaktion, die auch durch ein Protein ausgelöst wird).

Alles weitere kannst du auf diesen beiden Seiten nachlesen, einmal einfach gehalten und einmal ein wenig komplizierter, dafür aktueller und genauer:

 https://www.bernd-leitenberger.de/leben1.shtml

http://www.oekosystem-erde.de/html/leben-01.html

Kommentar von DiegoderAeltere ,

Danke für den Stern!

Antwort
von Guekeller, 5

Das weiß kein Mensch und ist ein großes Rätsel. Wer die Frage beantworten kann, hat den Nobelpreis sicher.

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