Wie entstand das erste Leben auf der Welt?

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3 Antworten

Das ist ein viel zu umfassendes, unübersichtliches und zu ungenügend erforschtes Thema, um es hier in einer begrenzten Antwort darzustellen, aber vielleicht kann ich dir einen groben Überblick verschaffen, ich hänge auch weiterführende Links an.

Anfangen sollte man bei diesem Thema jedenfalls mit der Erzeugung organischer Moleküle. Es gibt keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen belebter und unbelebter Chemie, und in einfachen chemischen Reaktionen, die theoretisch überall ablaufen können, kann beides ineinander umgewandelt werden. Das wichtigste Stichwort ist hiebei das Urey-Miller-Experiment. 

Die ursprünglichen Versuchsbedingungen entsprechen zwar heute nicht mehr ganz denen, die wir auf der jungen Erde vermuten, aber das Experiment wurde in tausenden Variationen wiederholt. Dabei wurden unterschiedliche Energiequellen, Ausgangsstoffe, Milieus und Katalysatoren getestet. 

Unter so ziemlich allen Bedingungen bilden sich Aminosäuren, Nukleinbasen, Zucker und andere Moleküle, solange die Ausgangsstoffe die grundlegenden Elemente des Lebens beinhalten, also H, C, O, N, S und P. Interessanterweise findet man die meisten biologischen Grundstoffe sogar in Meteoriten und Kometen. Dass das Leben aus dem All stammt, ist trotzdem eher unwahrscheinlich.

Die tatsächlichen Moleküle, die lebenden Zellen zugrunde liegen, sind allerdings nicht nur einfache Moleküle wie Einfachzucker oder Aminosäuren, sondern riesige Ketten aus ebendiesen (z.B Proteine, DNA) Die Kettenbildungsreaktion (Polymerisation/Kondensation) läuft unter Energiezufuhr und der Abspaltung von Wasser ab. In die andere Richtung funktioniert die Reaktion ebenfalls. Bei diesem Zerfall der Ketten (Hydrolyse), der gleichzeitig mit der Polymerisation stattfindet, wird also Energie frei und Wasser verbraucht. 

Die Forschung beschäftigt sich hauptsächlich mit der Frage, an welchen Orten die Bedingungen günstig für die Polymerisation waren (also mit freier Energie und wenig Wasser, das allerdings in gewissen Mengen als Lösungsmittel vorhanden sein muss). Lange Zeit stellte man sich dabei vom Meer isolierte Tümpel vor, die regelmäßig austrockneten und durch Sonnenlicht mit Energie versorgt wurden, um die Reaktionen anzutreiben. 

In den letzten Jahren fand man allerdings heraus, dass bestimmte Kristallstrukturen die Kettenbildung begünstigen, da sie als Matrize dienen können. Deswegen forscht man heute vor allem an Vulkanschloten am Meeresgrund, auf die einige Indizien als Ursprung des Lebens hindeuten und wo katalytische Tonminerale vorkommen, sowie an Meereis, das ebenfalls katalytisch wirkt und außerdem durch seine Kälte die Stabilität von hitzeempfindlichen Aminosäureketten erhöht.

Die Grundbausteine von Zellmembranen können ebenfalls in natürlichen Reaktionen synthetisiert werden, und ihre Bildung wird ebenfalls sowohl durch Pyrit, das am Meeresgrund vorkommt, als auch durch Meereis begünstigt.

Die Replikationssysteme der Lebewesen leiten sich wahrscheinlich von Ribozymen ab, also RNA-Stücken, die sich selbst vervielfältigen können, ohne dass Enzyme im Spiel sind, wie es heutzutage der Fall ist. Auch die ersten Stoffwechselfunktionen liefen wohl ohne moderne Enzyme ab, sondern wurden durch Metalle und Mineralien aus der Umgebung katalysiert, z.B. katalysiert Nickel die Reaktion von Wasserstoff und Kohlendioxid.

Ribozyme können auch Aminosäureketten und damit Proteine, darunter  Enzyme, erzeugen, die wohl nach und nach die wichtigen Prozesse in einer Zelle übernahmen. Auch können bestimmte Enzyme zwei RNA-Stränge zu einem doppelten DNA-Strang verbinden, wodurch wohl das heutige Erbgut aller Lebewesen entstand.

Relativ sicher ist jedenfalls, dass die frühen Zellen noch ohne DNA ausgekommen sind, sondern RNA und eventuell davor PNA verwendeten und ihre Energie aus einem Gärungsstoffwechsel bezogen. Welche Gärung verwendet wurde, ist aber unklar und hängt auch von der Umgebung der Entstehung des Lebens ab.

Eine wichtige Frage ist dabei natürlich auch, wie man ein lebendes System definiert. Ist ein sich selbst vervielfältigendes RNA-Stück bereits lebendig? Kann es auch Leben ohne Zellmembranen geben, wie etwa den hypothetischen Oberflächenmetabolismus, also eine Ansammlung von organischen Molekülen, die auf einer geladenen Fläche gehalten werden und miteinander reagieren? Fundamental ist auch die Erkenntnis, dass sich der darwinistische Evolutionsprozess nicht auf Lebewesen beschränkt, sondern wohl auch bei ihren Vorläufern stattfand - die Ribozyme, die sich selbst oder durch von ihnen erzeugte Enzyme besonders schnell vervielfältigten, übernahmen die Oberhand über die übrigen und vererbten ihre Eigenschaften bei ihrer Vermehrung. Hier sind also Variation und Selektion wirksam.

Zum Abschluss wie versprochen die Links:

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

Das leichtverständlichste, was ich zum Thema finden kann. Allerdings ist die Seite in vielen Bereichen nicht mehr auf dem neuesten Stand und geht auch nicht besonders in die Tiefe.

http://www.evolution-im-fadenkreuz.info/KapVII.pdf

Das ist ein Kapitel aus einem Buch über Kreationismuskritik, das von der AG EvoBio herausgegeben wurde. Sehr detailliert und aufschlussreich, erfordert allerdings auch jede Menge Vorwissen, für Laien also nur bedingt geeignet.

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

Die Seite findet ein gutes Kompromiss zwischen den Extremen der ersten beiden. Relativ kompakt und verständlich sowie mit vielen Erklärungen, allerdings trotzdem fachlich korrekt und fast auf dem neuesten Stand.

Außerdem gibt es hunderte wissenschaftliche Artikel zum Thema, diese sind allerdings oft sehr speziell und konzentrieren sich nur auf einen einzigen Sachverhalt, weil sie exakte neue Erkenntnisse für die wissenschaftliche Gemeinde liefern sollen und nicht Laien über das Thema informieren. Aber vielleicht helfen dir Paper über das Verhalten von Protozellen o.Ä. dennoch weiter. Dann kannst du einfach "Abiogenese" oder "chemische Evolution" bei Google Scholar eingeben.

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Dazu gibt es viele Theorien, die realistischste davon wäre die, dass Kometen das Wasser auf die Erde gebracht haben, und durch die Salze und Mineralien die im Wasser waren, die Lebewesen entstanden sind.

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