Es ist bekannt, dass wissenschaftliche Zeitschriften versuchen, Artikel zu Problemen, die allgemeine Aufmerksamkeit erregen, nicht zur Veröffentlichung anzunehmen, aber keine klare Lösung haben – eine ernsthafte Veröffentlichung über Physik wird kein Projekt für ein Perpetuum mobile veröffentlichen. Dieses Thema war der Ursprung des Lebens auf der Erde. Die Frage nach der Entstehung der belebten Natur, der Erscheinung des Menschen beschäftigt denkende Menschen seit vielen Jahrtausenden, und nur Kreationisten – Befürworter des göttlichen Ursprungs aller Dinge – haben eine eindeutige Antwort gefunden, aber diese Theorie ist nicht wissenschaftlich, da sie es nicht sein kann verifiziert.
Ansichten der Alten
Alte chinesische und altindische Manuskripte erzählen von der Entstehung lebender Kreaturen aus Wasser und verrottenden Überresten; die Geburt amphibischer Kreaturen in den schlammigen Sedimenten großer Flüsse ist in altägyptischen Hieroglyphen und der Keilschrift des alten Babylon niedergeschrieben. Die Hypothesen über den Ursprung des Lebens auf der Erde durch spontane Zeugung waren für die Weisen der fernen Vergangenheit offensichtlich.
Auch antike Philosophen führten Beispiele für die Entstehung von Tieren aus unbelebter Materie an, ihre theoretischen Begründungen waren jedoch anderer Natur: materialistisch und idealistisch. Demokrit (460-370 v. Chr.) fand den Grund für die Entstehung des Lebens im besonderen Zusammenspiel der kleinsten, ewigen und unteilbaren Teilchen – Atome. Platon (428–347 v. Chr.) und Aristoteles (384–322 v. Chr.) erklärten den Ursprung des Lebens auf der Erde durch den wundersamen Einfluss eines höheren Prinzips auf leblose Materie, das Seelen in natürliche Objekte einfließen ließ.
Die Vorstellung von der Existenz einer Art „Lebenskraft“, die zur Entstehung von Lebewesen beiträgt, hat sich als sehr hartnäckig erwiesen. Es prägte die Ansichten vieler Wissenschaftler über den Ursprung des Lebens auf der Erde, die im Mittelalter und später bis zum Ende des 19. Jahrhunderts lebten.
Theorie der spontanen Erzeugung
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723) machte mit der Erfindung des Mikroskops die kleinsten Mikroorganismen, die er entdeckte, zum Hauptstreitpunkt zwischen Wissenschaftlern, die zwei Haupttheorien über den Ursprung des Lebens auf der Erde teilten – Biogenese und Abiogenese. Ersterer glaubte, dass alle Lebewesen nur das Produkt von Lebewesen sein könnten, letzterer glaubte, dass die spontane Erzeugung organischer Materie in Lösungen unter besonderen Bedingungen möglich sei. Am Kern dieses Streits hat sich bis heute nichts geändert.
Die Experimente einiger Naturforscher bewiesen die Möglichkeit der spontanen Entstehung einfachster Mikroorganismen; Befürworter der Biogenese lehnten diese Möglichkeit völlig ab. Louis Pasteur (1822-1895) bewies mit streng wissenschaftlichen Methoden und der hohen Korrektheit seiner Experimente das Fehlen einer mythischen Lebenskraft, die durch die Luft übertragen wird und lebende Bakterien erzeugt. In seinen Werken berücksichtigte er jedoch die Möglichkeit einer spontanen Zeugung unter bestimmten besonderen Bedingungen, die Wissenschaftler künftiger Generationen herausfinden mussten.
Evolutionstheorie
Die Werke des großen Charles Darwin (1809-1882) erschütterten die Grundfesten vieler Naturwissenschaften. Die von ihm verkündete Entstehung einer riesigen Vielfalt biologischer Arten aus einem gemeinsamen Vorfahren machte den Ursprung des Lebens auf der Erde erneut zur wichtigsten Frage der Wissenschaft. Die Theorie der natürlichen Auslese hatte anfangs Schwierigkeiten, ihre Anhänger zu finden, und ist heute Gegenstand kritischer Angriffe, die durchaus vernünftig erscheinen, aber es ist der Darwinismus, der die Grundlage der modernen Naturwissenschaften bildet.
Nach Darwin konnte die Biologie den Ursprung des Lebens auf der Erde nicht mehr von ihren bisherigen Standpunkten aus betrachten. Wissenschaftler aus vielen Bereichen der biologischen Wissenschaft waren von der Wahrheit des evolutionären Entwicklungspfads von Organismen überzeugt. Obwohl sich die modernen Ansichten über den gemeinsamen Vorfahren, den Darwin als Grundlage des Baumes des Lebens ansah, in vielerlei Hinsicht geändert haben, ist die Wahrheit des allgemeinen Konzepts unerschütterlich.
Steady-State-Theorie
Die Widerlegung der spontanen Entstehung von Bakterien und anderen Mikroorganismen im Labor, das Bewusstsein für die komplexe biochemische Struktur der Zelle sowie die Ideen des Darwinismus hatten einen besonderen Einfluss auf die Entstehung alternativer Versionen der Theorie über den Ursprung des Lebens auf der Erde. Eines der neuen Urteile wurde 1880 von William Preyer (1841-1897) vorgeschlagen. Er glaubte, dass es nicht nötig sei, über die Geburt des Lebens auf unserem Planeten zu sprechen, da es für immer existiert und keinen Anfang als solchen hatte, sondern unveränderlich und ständig zur Wiedergeburt unter allen geeigneten Bedingungen bereit ist.
Die Ideen von Preyer und seinen Anhängern sind von rein historischem und philosophischem Interesse, da spätere Astronomen und Physiker den Zeitpunkt der endgültigen Existenz von Planetensystemen berechneten und die konstante, aber stetige Expansion des Universums aufzeichneten, d. h. es war niemals ewig oder konstant.
Der Wunsch, die Welt als ein einziges globales Lebewesen zu betrachten, spiegelte die Ansichten des großen russischen Wissenschaftlers und Philosophen Wladimir Iwanowitsch Wernadski (1863–1945) wider, der auch seine eigene Vorstellung vom Ursprung des Lebens auf der Erde hatte. Es basierte auf dem Verständnis des Lebens als integralem Merkmal des Universums, des Kosmos. Die Tatsache, dass die Wissenschaft keine Schichten finden konnte, die keine Spuren organischer Substanzen enthielten, zeugte laut Wernadskij von der geologischen Ewigkeit des Lebens. Eine der Arten, wie Leben auf dem jungen Planeten entstand, nannte Wernadskij seine Kontakte mit Weltraumobjekten – Kometen, Asteroiden und Meteoriten. Hier verschmolz seine Theorie mit einer anderen Version, die den Ursprung des Lebens auf der Erde mit der Methode der Panspermie erklärte.
Die Wiege des Lebens ist der Weltraum
Panspermia (griech. „Samenmischung“, „Samen überall“) betrachtet das Leben als eine grundlegende Eigenschaft der Materie und erklärt nicht die Wege seiner Entstehung, sondern nennt den Kosmos eine Quelle von Lebenskeimen, die unter geeigneten Bedingungen auf Himmelskörper fallen für ihre „Keimung“.
Die ersten Erwähnungen der Grundkonzepte der Panspermie finden sich in den Schriften des antiken griechischen Philosophen Anaxagoras (500–428 v. Chr.), und im 18. Jahrhundert sprach der französische Diplomat und Geologe Benoit de Maillet (1656–1738) darüber. Diese Ideen wurden von Svante August Arrhenius (1859–1927), Lord Kelvin William Thomson (1824–1907) und Hermann von Helmholtz (1821–1894) wiederbelebt.
Die Untersuchung des grausamen Einflusses der kosmischen Strahlung und der Temperaturbedingungen des interplanetaren Raums auf lebende Organismen machte solche Hypothesen über den Ursprung des Lebens auf der Erde nicht sehr relevant, aber mit Beginn des Weltraumzeitalters wuchs das Interesse an Panspermie.
Im Jahr 1973 äußerte Nobelpreisträger Francis Crick (1916-2004) die Idee der außerirdischen Produktion molekularer lebender Systeme und ihrer Ankunft auf der Erde mit Meteoriten und Kometen. Gleichzeitig schätzte er die Chancen der Abiogenese auf unserem Planeten als sehr gering ein. Der bedeutende Wissenschaftler hielt die Entstehung und Entwicklung des Lebens auf der Erde durch die Methode der Selbstorganisation hochgradiger organischer Materie nicht für Realität.
Überall auf dem Planeten wurden in Meteoriten versteinerte biologische Strukturen gefunden, und ähnliche Spuren wurden in Bodenproben gefunden, die vom Mond und vom Mars mitgebracht wurden. Andererseits werden zahlreiche Experimente zur Behandlung biologischer Strukturen mit Einflüssen durchgeführt, die im Weltraum und beim Durchgang durch eine erdähnliche Atmosphäre möglich sind.
Ein wichtiges Experiment wurde 2006 im Rahmen der Deep Impact-Mission durchgeführt. Der Komet Tempel wurde von einer speziellen Impaktorsonde gerammt, die von einem automatischen Gerät gestartet wurde. Die Analyse der durch den Aufprall freigesetzten Kometensubstanz ergab das Vorhandensein von Wasser und verschiedenen organischen Verbindungen darin.
Fazit: Seit ihrer Einführung hat sich die Theorie der Panspermie erheblich verändert. Die moderne Wissenschaft interpretiert die primären Elemente des Lebens, die durch Weltraumobjekte auf unseren jungen Planeten hätten gelangen können, unterschiedlich. Forschungen und Experimente beweisen die Lebensfähigkeit lebender Zellen während interplanetarer Reisen. All dies macht die Idee des außerirdischen Ursprungs des irdischen Lebens relevant. Die Hauptkonzepte zum Ursprung des Lebens auf der Erde sind Theorien, die Panspermie entweder als Hauptbestandteil oder als Methode zur Lieferung von Komponenten an die Erde zur Schaffung lebender Materie einbeziehen.
Oparin-Haldane-Theorie der biochemischen Evolution
Die Idee der spontanen Erzeugung lebender Organismen aus anorganischen Substanzen blieb immer fast die einzige Alternative zum Kreationismus, und 1924 wurde eine 70-seitige Monographie veröffentlicht, die dieser Idee die Kraft einer gut entwickelten und fundierten Theorie verlieh. Dieses Werk hieß „Der Ursprung des Lebens“, sein Autor war ein russischer Wissenschaftler – Alexander Iwanowitsch Oparin (1894-1980). Im Jahr 1929, als Oparins Werke noch nicht ins Englische übersetzt worden waren, äußerte der englische Biologe John Haldane (1860-1936) ähnliche Vorstellungen über den Ursprung des Lebens auf der Erde.
Oparin schlug vor, dass ein starker Energiestoß (wie Blitze oder ultraviolette Strahlung) die Synthese organischer Verbindungen aus anorganischer Materie fördern könnte, wenn die primitive Atmosphäre des jungen Planeten Erde reduzierend wäre (d. h. keinen Sauerstoff enthält). Anschließend könnten solche Moleküle Klumpen und Cluster bilden – Koazervattropfen, die Protoorganismen sind, um die sich Wassermäntel bilden – die Rudimente einer Hüllenmembran. Es kommt zur Trennung, wodurch ein Ladungsunterschied entsteht, was Bewegung bedeutet – der Beginn des Stoffwechsels , die Grundlagen des Stoffwechsels usw. Koazervate galten als Grundlage für den Beginn der Evolutionsprozesse, die zur Entstehung der ersten Lebensformen führten.
Haldane führte das Konzept der „Ursuppe“ ein – des ursprünglichen Ozeans der Erde, der zu einem riesigen chemischen Labor wurde, das an eine starke Energiequelle – das Sonnenlicht – angeschlossen war. Die Kombination von Kohlendioxid, Ammoniak und ultravioletter Strahlung führte zu einer konzentrierten Population organischer Monomere und Polymere. Anschließend wurden solche Formationen mit dem Auftreten einer Lipidmembran um sie herum kombiniert, und ihre Entwicklung führte zur Bildung einer lebenden Zelle.
Die Hauptstadien der Entstehung des Lebens auf der Erde (nach Oparin-Haldane)
Nach der Theorie der Entstehung des Universums aus einem Energieklumpen ereignete sich der Urknall vor etwa 14 Milliarden Jahren, und vor etwa 4,6 Milliarden Jahren war die Entstehung der Planeten des Sonnensystems abgeschlossen.
Die junge Erde kühlte sich allmählich ab und erhielt eine feste Hülle, um die sich eine Atmosphäre bildete. Die Primäratmosphäre enthielt Wasserdampf und Gase, die später als Rohstoffe für die organische Synthese dienten: Kohlenoxid und -dioxid, Schwefelwasserstoff, Methan, Ammoniak und Cyanidverbindungen.
Der Beschuss durch Weltraumobjekte, die gefrorenes Wasser enthielten, und die Kondensation von Wasserdampf in der Atmosphäre führten zur Bildung des Weltozeans, in dem sich verschiedene chemische Verbindungen lösten. Starke Gewitter begleiteten die Bildung einer Atmosphäre, durch die starke ultraviolette Strahlung eindrang. Unter solchen Bedingungen erfolgte die Synthese von Aminosäuren, Zuckern und anderen einfachen organischen Stoffen.
Am Ende der ersten Milliarde Jahre der Existenz der Erde begann der Prozess der Polymerisation der einfachsten Monomere in Wasser zu Proteinen (Polypeptiden) und Nukleinsäuren (Polynukleotiden). Sie begannen, präbiologische Verbindungen zu bilden – Koazervate (mit den Grundlagen des Zellkerns, des Stoffwechsels und der Membran).
3,5–3 Milliarden Jahre v. Chr. – das Stadium der Bildung von Protobionten mit Selbstreproduktion, reguliertem Stoffwechsel und einer Membran mit variabler Permeabilität.
3 Milliarden Jahre v. Chr e. - das Auftreten zellulärer Organismen, Nukleinsäuren, primärer Bakterien, der Beginn der biologischen Evolution.
Experimenteller Beweis für die Oparin-Haldane-Hypothese
Viele Wissenschaftler bewerteten die auf der Abiogenese basierenden Grundkonzepte zur Entstehung des Lebens auf der Erde positiv, stellten jedoch von Anfang an Engpässe und Inkonsistenzen in der Oparin-Haldane-Theorie fest. In verschiedenen Ländern wurde mit der Durchführung von Teststudien zur Hypothese begonnen, von denen das bekannteste das klassische Experiment ist, das 1953 von den amerikanischen Wissenschaftlern Stanley Miller (1930–2007) und Harold Urey (1893–1981) durchgeführt wurde.
Der Kern des Experiments bestand darin, im Labor die Bedingungen der frühen Erde zu simulieren, unter denen die Synthese der einfachsten organischen Verbindungen stattfinden konnte. In dem Gerät zirkulierte ein Gasgemisch, dessen Zusammensetzung der primären Erdatmosphäre ähnelte. Das Design des Geräts war eine Nachahmung vulkanischer Aktivität, und elektrische Entladungen, die durch die Mischung geleitet wurden, erzeugten den Effekt eines Blitzes.
Nachdem die Mischung eine Woche lang durch das System zirkuliert wurde, wurde der Übergang von einem Zehntel Kohlenstoff in organische Verbindungen festgestellt, es wurden Aminosäuren, Zucker, Lipide und Verbindungen vor Aminosäuren entdeckt. Wiederholte und modifizierte Experimente bestätigten vollständig die Möglichkeit einer Abiogenese unter simulierten Bedingungen der frühen Erde. In den Folgejahren wurden wiederholt Experimente in anderen Laboren durchgeführt. Der Zusammensetzung des Gasgemisches wurde Schwefelwasserstoff als möglicher Bestandteil vulkanischer Emissionen zugesetzt, und es wurden weitere, nicht drastische Änderungen vorgenommen. In den meisten Fällen war die Erfahrung mit der Synthese organischer Verbindungen erfolgreich, obwohl Versuche, weiter zu gehen und komplexere Elemente zu erhalten, die der Zusammensetzung einer lebenden Zelle nahekommen, erfolglos blieben.
RNA-Welt
Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts wurde vielen Wissenschaftlern, die sich immer wieder für das Problem der Entstehung des Lebens auf der Erde interessierten, klar, dass die Oparin-Haldane-Theorie bei aller Harmonie theoretischer Konstruktionen und klarer experimenteller Bestätigung vorhanden war offensichtliche, vielleicht unüberwindbare Mängel. Der Hauptgrund war die Unmöglichkeit, das Auftreten der Eigenschaften, die einen lebenden Organismus ausmachen, bei Protobionten zu erklären – sich zu reproduzieren und dabei erbliche Eigenschaften beizubehalten. Mit der Entdeckung genetischer Zellstrukturen, mit der Bestimmung der Funktion und Struktur der DNA, mit der Entwicklung der Mikrobiologie tauchte ein neuer Kandidat für die Rolle des Moleküls des ursprünglichen Lebens auf.
Es wurde ein Ribonukleinsäuremolekül – RNA. Dieses Makromolekül, das Teil aller lebenden Zellen ist, ist eine Kette von Nukleotiden – den einfachsten organischen Einheiten bestehend aus Stickstoffatomen, einem Monosaccharid – Ribose und einer Phosphatgruppe. Es ist die Nukleotidsequenz, die den Code für Erbinformationen darstellt, und bei Viren beispielsweise spielt RNA die gleiche Rolle wie DNA in komplexen Zellstrukturen.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler die einzigartige Fähigkeit einiger RNA-Moleküle entdeckt, Brüche in andere Ketten einzuführen oder einzelne RNA-Elemente zu verkleben, und einige spielen die Rolle von Autokatalysatoren – das heißt, sie tragen zur schnellen Selbstreproduktion bei. Die relativ geringe Größe des RNA-Makromoleküls und seine im Vergleich zur DNA (ein Strang) vereinfachte Struktur machten Ribonukleinsäure zum Hauptkandidaten für die Rolle des Hauptelements präbiologischer Systeme.
Die neue Theorie der Entstehung lebender Materie auf dem Planeten wurde schließlich 1986 von Walter Gilbert (geb. 1932), einem amerikanischen Physiker, Mikrobiologen und Biochemiker, formuliert. Nicht alle Experten stimmten dieser Ansicht über den Ursprung des Lebens auf der Erde zu. Die Theorie der Struktur der präbiologischen Welt unseres Planeten, kurz „RNA-Welt“ genannt, kann die einfache Frage nicht beantworten, wie das erste RNA-Molekül mit den gegebenen Eigenschaften entstand, selbst wenn darin eine große Menge „Baumaterial“ vorhanden war Form von Nukleotiden usw.
PAH-Welt
Simon Nicholas Platts versuchte im Mai 2004, die Antwort zu finden, und 2006 eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Pascale Ehrenfreund. Als Ausgangsmaterialien für RNA mit katalytischen Eigenschaften wurden polyaromatische Kohlenwasserstoffe vorgeschlagen.
Die Welt der PAKs basierte auf der großen Häufigkeit dieser Verbindungen im sichtbaren Raum (sie waren wahrscheinlich in der „Ursuppe“ der jungen Erde vorhanden) und den Besonderheiten ihrer ringförmigen Struktur, die eine schnelle Kombination mit stickstoffhaltigen Basen ermöglicht – Schlüsselkomponenten der RNA. Die PAH-Theorie spricht erneut von der Relevanz einiger Bestimmungen der Panspermie.
Einzigartiges Leben auf einem einzigartigen Planeten
Solange Wissenschaftler nicht die Möglichkeit haben, in die Zeit vor 3 Milliarden Jahren zurückzublicken, wird das Geheimnis des Ursprungs des Lebens auf unserem Planeten nicht gelüftet – zu dieser Schlussfolgerung sind viele derjenigen gekommen, die sich mit diesem Problem befasst haben. Die Hauptkonzepte zur Entstehung des Lebens auf der Erde sind: die Theorie der Abiogenese und die Theorie der Panspermie. Sie mögen sich in vielerlei Hinsicht überschneiden, aber höchstwahrscheinlich werden sie nicht antworten können: Wie inmitten des riesigen Kosmos ein erstaunlich präzise ausgewogenes System aus der Erde und ihrem Satelliten, dem Mond, entstand, wie das Leben entstand drauf...
Valery Spiridonov, der erste Kandidat für eine Kopftransplantation, für RIA Novosti
Seit vielen Jahren versucht die Menschheit, die wahre Ursache und Geschichte der Entstehung von Leben auf unserem Planeten aufzuklären. Vor etwas mehr als hundert Jahren dachten die Menschen in fast allen Ländern nicht einmal daran, die Theorie des göttlichen Eingreifens und der Erschaffung der Welt durch ein höchstes spirituelles Wesen in Frage zu stellen.
Die Situation änderte sich nach der Veröffentlichung von Charles Darwins größtem Werk im November 1859, und nun gibt es viele Kontroversen um dieses Thema. Die Zahl der Befürworter der Darwinschen Evolutionstheorie beträgt Ende des letzten Jahrzehnts in Europa und Asien mehr als 60-70 %, in den USA etwa 20 % und in Russland etwa 19 %.
In vielen Ländern gibt es heute Forderungen, Darwins Werk aus dem Lehrplan zu streichen oder es zumindest zusammen mit anderen wahrscheinlichen Theorien zu studieren. Wenn wir nicht über die religiöse Version sprechen, zu der der Großteil der Weltbevölkerung neigt, gibt es heute mehrere grundlegende Theorien über den Ursprung und die Entwicklung des Lebens, die seine Entwicklung in verschiedenen Stadien beschreiben.
Panspermie
Befürworter der Panspermie-Idee sind davon überzeugt, dass die ersten Mikroorganismen aus dem Weltraum auf die Erde gebracht wurden. Dieser Meinung waren der berühmte deutsche Enzyklopädist Hermann Helmholtz, der englische Physiker Kelvin, der russische Wissenschaftler Wladimir Wernadski und der schwedische Chemiker Svante Arrhenius, der heute als Begründer dieser Theorie gilt.
Es ist wissenschaftlich bestätigt, dass auf der Erde immer wieder Meteoriten vom Mars und anderen Planeten, möglicherweise von Kometen, die sogar aus fremden Sternensystemen stammen könnten, entdeckt wurden. Daran zweifelt heute niemand mehr, aber es ist noch nicht klar, wie Leben auf anderen Welten entstanden sein könnte. Im Wesentlichen schieben Apologeten der Panspermie die „Verantwortung“ für das, was geschieht, auf außerirdische Zivilisationen.
Die Ursuppentheorie
Die Entstehung dieser Hypothese wurde durch die in den 1950er Jahren durchgeführten Experimente von Harold Urey und Stanley Miller erleichtert. Sie konnten nahezu die gleichen Bedingungen wiederherstellen, die auf der Oberfläche unseres Planeten vor der Entstehung des Lebens herrschten. Kleine elektrische Entladungen und ultraviolettes Licht wurden durch eine Mischung aus molekularem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan geleitet.
Dadurch verwandelten sich Methan und andere primitive Moleküle in komplexe organische Substanzen, darunter Dutzende Aminosäuren, Zucker, Lipide und sogar die Anfänge von Nukleinsäuren.
Vor relativ kurzer Zeit, im März 2015, zeigten Wissenschaftler der Universität Cambridge unter der Leitung von John Sutherland, dass alle Arten von „Molekülen des Lebens“, einschließlich RNA, Proteine, Fette und Kohlenhydrate, durch ähnliche Reaktionen gewonnen werden können, bei denen einfacher anorganischer Kohlenstoff verwendet wird Verbindungen, Schwefelwasserstoff, Metallsalze und Phosphate.
Lehm-Atem des Lebens
Eines der Hauptprobleme bei der vorherigen Version der Evolution des Lebens besteht darin, dass viele organische Moleküle, darunter Zucker, DNA und RNA, zu zerbrechlich sind, um sich in ausreichenden Mengen in den Gewässern des Urmeeres der Erde anzusammeln, wo man früher davon ausging, dass dies am häufigsten vorkommt Den Evolutionisten zufolge entstanden die ersten Lebewesen.
Der britische Chemiker Alexander Cairns-Smith glaubt, dass das Leben eher „Ton“ als aquatischen Ursprungs ist – die optimale Umgebung für die Ansammlung und Komplikation komplexer organischer Moleküle findet sich in den Poren und Kristallen von Tonmineralien und nicht in Darwins „Urteich“. " oder das Meer der Miller-Urey-Theorien.
Tatsächlich begann die Evolution auf der Ebene der Kristalle, und erst dann, als die Verbindungen ausreichend komplex und stabil wurden, begaben sich die ersten lebenden Organismen auf eine „offene Reise“ in den Primärozean der Erde.
Leben auf dem Grund des Ozeans
In Konkurrenz zu dieser Vorstellung steht die heute weit verbreitete Vorstellung, dass das Leben nicht auf der Oberfläche des Ozeans entstand, sondern in den tiefsten Regionen seines Meeresbodens, in der Nähe von „Schwarzen Rauchern“, Unterwasser-Geysiren und anderen geothermischen Quellen.
Ihre Emissionen sind reich an Wasserstoff und anderen Stoffen, die sich Wissenschaftlern zufolge an den Felshängen ansammeln und das erste Leben mit allen notwendigen Nahrungsressourcen und Reaktionskatalysatoren versorgen könnten.
Ein Beweis dafür sind die modernen Ökosysteme, die in der Nähe ähnlicher Quellen am Grund aller Ozeane der Erde existieren und zu denen nicht nur Mikroben, sondern sogar vielzellige Lebewesen gehören.
RNA-Universum
Die Theorie des dialektischen Materialismus basiert auf der gleichzeitigen Einheit und dem endlosen Kampf zweier Prinzipien. Wir sprechen von der Vererbung von Informationen und strukturellen biochemischen Veränderungen. Die Version des Ursprungs des Lebens, bei der RNA eine Schlüsselrolle spielt, hat seit ihrer Entstehung in den 1960er Jahren bis in die späten 1980er Jahre, als sie ihre modernen Merkmale erhielt, einen langen Weg zurückgelegt.
Einerseits sind RNA-Moleküle bei der Speicherung von Informationen nicht so effizient wie DNA, aber sie sind in der Lage, gleichzeitig chemische Reaktionen zu beschleunigen und Kopien von sich selbst zusammenzustellen. Es versteht sich, dass Wissenschaftler noch nicht in der Lage waren zu zeigen, wie die gesamte Evolutionskette des RNA-Lebens funktionierte, und dass diese Theorie daher noch keine allgemeine Akzeptanz gefunden hat.
Protozellen
Eine weitere wichtige Frage in der Evolution des Lebens ist das Rätsel, wie solche RNA- oder DNA-Moleküle und Proteine von der Außenwelt „abgeschottet“ und in die ersten isolierten Zellen umgewandelt wurden, deren Inhalt durch eine flexible Membran oder ein Halbzeug geschützt ist -durchlässige Hartschale.
Der Pionier auf diesem Gebiet war der berühmte sowjetische Chemiker Alexander Oparin, der zeigte, dass Wassertropfen, die von einer Doppelschicht aus Fettmolekülen umgeben sind, ähnliche Eigenschaften haben könnten.
Seine Ideen wurden von kanadischen Biologen unter der Leitung von Jack Szostak, dem Nobelpreisträger für Physiologie oder Medizin 2009, zum Leben erweckt. Sein Team konnte einen einfachen Satz von RNA-Molekülen, die zur Selbstreplikation fähig sind, in eine Membran aus Fettmolekülen „verpacken“, indem er der ersten „Protozelle“ Magnesiumionen und Zitronensäure hinzufügte.
Endosymbiose
Ein weiteres Geheimnis der Evolution des Lebens ist die Entstehung vielzelliger Lebewesen und warum die Zellen von Menschen, Tieren und Pflanzen spezielle Körper wie Mitochondrien und Chloroplasten umfassen, die eine ungewöhnlich komplexe Struktur aufweisen.
Der deutsche Botaniker Andreas Schimper dachte zuerst über dieses Problem nach und schlug vor, dass Chloroplasten in der Vergangenheit unabhängige Organismen ähnlich den Cyanobakterien waren, die sich mit den Zellen der Pflanzenvorfahren „anfreundeten“ und in ihnen zu leben begannen.
Diese Idee wurde später vom russischen Botaniker Konstantin Merezhkovsky und der amerikanischen Evolutionistin Lynn Margulis entwickelt, die zeigten, dass Mitochondrien und möglicherweise alle anderen komplexen Organellen unserer Zellen einen ähnlichen Ursprung haben.
Wie bei den Theorien der „RNA-Welt“ und der „Ton“-Evolution des Lebens stieß die Idee der Endosymbiose zunächst bei den meisten Wissenschaftlern auf viel Kritik, doch heute zweifeln fast alle Evolutionisten nicht an ihrer Richtigkeit.
Wer hat Recht und wer hat Unrecht?
Viele wissenschaftliche Arbeiten und Fachstudien wurden zugunsten der Darwinschen Hypothesen gefunden, insbesondere im Bereich der „Übergangsformen“. Darwin verfügte nicht über die erforderliche Anzahl archäologischer Artefakte, um seine wissenschaftlichen Arbeiten zu stützen, da er sich größtenteils von persönlichen Vermutungen leiten ließ.
Beispielsweise haben Wissenschaftler allein in den letzten zehn Jahren die Überreste mehrerer ähnlicher „verlorener Verbindungen“ der Evolution gefunden, wie etwa Tiktaalik und Indohyus, die es uns ermöglichen, eine Grenze zwischen Landtieren und Fischen sowie Walen und Flusspferden zu ziehen.
Andererseits argumentieren Skeptiker oft, dass solche Tierarten keine echten Übergangsformen seien, was zu ständigen endlosen Streitigkeiten zwischen Anhängern des Darwinismus und ihren Gegnern führt.
Andererseits zeigen Experimente an gewöhnlichen E. coli und an verschiedenen mehrzelligen Lebewesen deutlich, dass die Evolution real ist und dass Tiere sich schnell an neue Lebensbedingungen anpassen können und neue Eigenschaften erwerben, die ihre Vorfahren vor 100 bis 200 Generationen nicht hatten.
Es sei daran erinnert, dass ein erheblicher Teil der modernen Gesellschaft immer noch dazu neigt, an die Existenz einer höheren göttlichen Intelligenz oder außerirdischer Zivilisationen zu glauben, die das Leben auf der Erde begründet haben. Bisher gibt es keine einzige richtige Theorie, und die Menschheit muss diese Frage in Zukunft noch beantworten.
Wenn wir alle Daten analysieren, die Wissenschaftler im Rahmen verschiedener Studien erhalten konnten, wird deutlich, dass das Leben auf der Erde eine erstaunlich unglaubliche Tatsache ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass es in unserem Universum auftaucht, ist vernachlässigbar. Alle Stadien der Entstehung des Lebens enthielten die Möglichkeit einer alternativen Entwicklung der Ereignisse, wodurch die Welt ein kalter kosmischer Abgrund geblieben wäre, ohne einen Hinweis nicht nur auf den menschlichen Geist, sondern auch auf die kleinste Mikrobe. Kreationisten erklären ein so unglaubliches Ereignis als göttliches Eingreifen. Die Existenz Gottes kann jedoch weder bewiesen noch widerlegt werden, und moderne Vorstellungen über den Ursprung des Lebens basieren, wie alle Wissenschaften im Allgemeinen, auf experimentellen Daten und theoretischen Entwicklungen, die in Frage gestellt oder bestätigt werden können.
Vitalismus
Das menschliche Wissen durchläuft eine Entwicklung, die in ihren Hauptpunkten dem von Darwin beschriebenen Prozess ähnelt. Theorien vergehen und die Stärksten überleben, diejenigen, die es geschafft haben, dem Ansturm der Gegenargumente standzuhalten oder sich anzupassen und zu verändern, um ihnen gerecht zu werden. Auch Hypothesen über den Ursprung des Lebens haben einen langen Entwicklungsweg hinter sich, dessen Abschluss noch nicht einmal angedeutet ist, da täglich neue Fakten entdeckt werden, die eine Korrektur bereits etablierter Ansichten erzwingen.
Ein wichtiger Meilenstein auf diesem Weg war der Vitalismus – die Theorie der ständigen spontanen Entstehung von Leben. Nach ihren Bestimmungen tauchten Mäuse in alten Lumpen und Würmer in verrotteten Essensresten auf. Der Vitalismus dominierte die Wissenschaft bis zu den Experimenten von Louis Pasteur im Jahr 1860, als er die Unmöglichkeit der spontanen Erzeugung lebender Organismen bewies. Die Ergebnisse schufen ein Paradoxon: Sie stärkten den Glauben an das Göttliche und zwangen Wissenschaftler, nach Beweisen für das zu suchen, was sie kürzlich widerlegt hatten. Die Wissenschaft versuchte zu erklären, dass die unabhängige Entstehung des Lebens zwar vor sehr langer Zeit stattfand und in Etappen erfolgte, die Millionen von Jahren dauerten.
Kohlenstoffsynthese
Die Situation schien aussichtslos, bis 1864 A.M. Butlerov machte keine wichtige Entdeckung.
Es gelang ihm, (Kohlenstoff) aus anorganischen Stoffen zu gewinnen (in seinem Experiment war es Formaldehyd). Die gewonnenen Daten zerstörten die beeindruckende Mauer, die zuvor lebende Organismen von der Welt der toten Materie getrennt hatte. Im Laufe der Zeit gelang es Wissenschaftlern, aus anorganischen Substanzen andere Varianten organischer Substanz zu gewinnen. Von diesem Moment an begannen sich moderne Vorstellungen über den Ursprung des Lebens zu bilden. Sie berücksichtigten nicht nur Daten aus der Biologie, sondern auch aus der Kosmologie und der Physik.
Folgen des Urknalls
Theorien über die Entstehung des Lebens umfassen einen riesigen Zeitraum: Wissenschaftler finden in den frühen Stadien der Entstehung des Universums die ersten Voraussetzungen für die zukünftige Entstehung von Organismen. Die moderne Physik datiert die Existenz der Welt auf den Urknall, als alles praktisch aus dem Nichts entstand. Im sich schnell ausdehnenden und abkühlenden Universum bildeten sich zunächst Atome und Moleküle, dann begannen sie sich zu vereinen und so Sterne der ersten Generation zu bilden. Sie wurden zum Entstehungsort der meisten Elemente, die der Wissenschaft heute bekannt sind. Nach Sternexplosionen füllten neue Atome den Weltraum und wurden zur Grundlage für die nächste Generation von Objekten, einschließlich unserer Sonne. Moderne Daten deuten darauf hin, dass die ersten in protoplanetaren Wolken um neue Sterne aufgetaucht sein könnten. Aus ihnen bildeten sich bald Planeten. Es stellt sich heraus, dass die ersten Stadien der Entstehung des Lebens auf der Erde bereits vor seiner Entstehung stattfanden.
Autokatalytische Zyklen
Die Prozesse, die in seinen „Kindheitsjahren“ auf dem Blauen Planeten stattfanden, wurden durch Substanzen unterstützt, die Teil seines Inneren waren und als Meteoriten aus dem Weltraum kamen. Hypothesen über den Ursprung des Lebens, eine der wichtigen Grundlagen für die Entstehung organischer Materie auf der Erde, sind die Katalysatoren für chemische Reaktionen, die mit den Fragmenten dieser „Aliens“ hierher kamen. Sie führten dazu, dass die schnellsten Prozesse eine überwältigende Rolle bei der Bildung neuer Substanzen auf dem Planeten spielten.
Die nächste Stufe sind autokatalytische Zyklen. Bei solchen Prozessen entstehen Substanzen, die dazu beitragen, die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen und das Substrat – die Elemente, die interagieren – zu erneuern. Damit schloss sich der Kreislauf: Die Prozesse beschleunigten sich und „kochten Nahrung“, also Stoffe, die erneut reagierten, sich erneut katalysierten und erneut ein Substrat bildeten und so weiter.
Zweifel
Moderne Vorstellungen über den Ursprung des Lebens enthalten seit langem widersprüchliche Meinungen. Der Stolperstein ist ein Henne-Ei-Problem. Was zuerst da war: Proteine, die alle Prozesse in der Zelle durchführen, oder DNA, die die Struktur dieser Proteine bestimmt und alle Erbinformationen speichert. Erstere sind für den Körper notwendig, da sie zur Selbsterhaltung des Systems beitragen, ohne das ein Leben nicht möglich ist. DNA enthält eine Aufzeichnung der Zellstruktur, die auch die Lebensfähigkeit bestimmt. Die Meinungen der Wissenschaftler waren geteilt und es gab keine Antwort auf die Frage, bis bekannt wurde, dass die Speicherung von Erbinformationen in Viren nicht DNA, sondern RNA ist, die dritte Klasse organischer Verbindungen, der normalerweise nur eine untergeordnete Rolle zugeschrieben wird in der Theorie vom Ursprung des Lebens.
RNA-Welt
Allmählich begannen sich Fakten anzusammeln, und in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts tauchten Daten auf, die die Vorstellungen über die Anfangsstadien der Entstehung lebender Materie auf den Kopf stellten. Es wurden Ribozyme entdeckt, RNA-Moleküle, die insbesondere die Fähigkeit von Proteinen besitzen, Reaktionen zu katalysieren. Die ersten Lebensformen könnten daher ohne die Beteiligung von Proteinen und DNA entstanden sein. In ihnen wurde die Funktion der Informationsspeicherung sowie die gesamte interne Arbeit von der RNA übernommen. Das Leben auf der Erde entwickelte sich nun aus Protoorganismen, bei denen es sich um autokatalytische Zyklen handelte, die aus sich selbst replizierenden Ribozymen bestanden. Die Theorie wurde „RNA-Welt“ genannt.
Koazervate
Heute ist es schwierig, sich das Leben in dieser Zeit vorzustellen, da es kein wichtiges Merkmal hatte – eine Hülle oder einen Rand. Im Wesentlichen handelte es sich um eine Lösung, die autokatalytische Zyklen aus RNA enthielt. Das Problem der fehlenden Grenzen, die für den korrekten Ablauf von Prozessen notwendig sind, wurde mit improvisierten Methoden gelöst. Protoorganismen fanden Unterschlupf in der Nähe von Zeolithmineralien, die eine Netzwerkstruktur des Kristallgitters aufwiesen. Ihre Oberfläche war in der Lage, die Bildung von RNA-Ketten zu katalysieren und ihnen eine bestimmte Konfiguration zu verleihen.
Mehr noch: Koazervate oder Wasser-Lipid-Tropfen treten auf den Plan. Hypothesen sowohl der jüngeren als auch der modernen Zeit basieren größtenteils auf der Theorie der KI. Oparin, der die Eigenschaften solcher Formationen untersuchte. Koazervate sind Lösungströpfchen, die von einer Hülle aus Fetten (Lipiden) umgeben sind. Ihre Membranen zeichnen sich auch durch die Fähigkeit zum Stoffwechsel aus. Einige von ihnen waren offenbar mit Ketten selbstreplizierender RNA verbunden, darunter auch solche, die die Synthese der Lipide selbst katalysierten. So entstanden neue Lebensformen, die den Weg von der vororganismischen Ebene zur eigentlichen organismischen Ebene überwanden. Die Möglichkeit solcher Bildungen wurde erst kürzlich bestätigt: Wissenschaftler bestätigten experimentell die Fähigkeit von RNA, sich in Kombination mit Calciumionen an Lipidmembranen zu binden und deren Permeabilität zu regulieren.
Kompetente Helfer
Der Ursprung des Lebens im nächsten Stadium war ein Prozess zur Verbesserung der Funktionen der daraus resultierenden Organismen. RNA erlangte die Fähigkeit, die zunächst recht einfache Synthese von Aminosäurepolymeren zu katalysieren. Die Krönung des Aufbaus des neuen Mechanismus war die Fähigkeit, Proteine zu synthetisieren. Die resultierenden Formationen waren bei der Bewältigung biologischer Prozesse um ein Vielfaches effektiver als Ribozyme.
Die Peptidsynthese war zunächst nicht angeordnet. Der Prozess verlief „willkürlich“ und ließ die Möglichkeit, die Reihenfolge der Aminosäuren in neuen Ketten zu steuern. Mit der Zeit setzte sich das exakte Kopieren durch, da es zu einer höheren Stabilität des gesamten Systems beitrug. Dadurch wurde es möglich, bestimmte Proteine mit den notwendigen Funktionen zu synthetisieren.
Verbesserung
Die Fähigkeit, die notwendigen Proteine zu synthetisieren, wurde nach und nach verbessert. Die erste Stufe war die Entstehung einer speziellen Art von RNA, die Aminosäuren verbinden konnte. Die nächste Phase wurde von der Konstruktion des Bildungsprozesses von Peptidmolekülen unter Verwendung von in einer bestimmten Reihenfolge angeordneten Basen begleitet. Die Sequenz wurde durch die RNA-Vorlage angegeben. Eine neue Art von RNA, Transport-RNA genannt, begann, die „Anweisungen“ der Boten-RNA mit den Elementen zukünftiger Proteine zu korrelieren. Ebenso wie die Information ist sie nach wie vor ein wichtiger Bestandteil der Peptidsynthese.
DNA
Die Komplikation von Organismen folgte weiterhin dem Weg der Verbesserung der Methoden zur Informationsspeicherung. Es wird angenommen, dass DNA ursprünglich eine der Phasen im Lebenszyklus von RNA-Kolonien war. Es hatte eine stabilere Struktur. Ihr Informationsschutz war um eine Größenordnung höher, sodass die DNA nach einiger Zeit zum Hauptspeicher des genetischen Codes wurde.
Eine der Eigenschaften der Neubildung, die es einst nicht erlaubte, die DNA an die Spitze der Theorie über die Entstehung des Lebens zu stellen, ist die Unfähigkeit, aktiv zu handeln. Es wurde zu einer Art Bezahlung für die verbesserten Funktionen des Informationsspeichers. Die ganze „Arbeit“ wurde Proteinen und RNA überlassen.
Symbiose
Moderne Vorstellungen über den Ursprung des Lebens identifizieren keinen vom Rest abgeschlossenen und abgeschirmten Organismus als Vorfahren. Wissenschaftler neigen eher zu der Annahme, dass es in den frühen Stadien Gemeinschaften mikroskopisch ähnlicher Zellen gab, die unterschiedliche Funktionen erfüllten. Eine solche Symbiose ist heute in der Natur nicht schwer zu finden. Das einfachste Beispiel sind Cyanobakterienmatten, bei denen es sich sowohl um eine Gemeinschaft von Mikroorganismen als auch um ein einzelnes Lebewesen handelt.
Die Biologie erlebt in ihrem gegenwärtigen Entwicklungsstadium einen Prozess, der nicht durch ständigen Kampf und Konkurrenz gekennzeichnet ist, sondern vielmehr durch eine immer stärkere Vereinheitlichung bestimmter unterschiedlicher Strukturen, die letztlich zur Entstehung einer lebenden Zelle, wie wir sie uns heute vorstellen, führte.
Verallgemeinerung
Zusammenfassend können wir alle Stadien der Lebensentstehung kurz auflisten, die im Rahmen moderner Theorien als die wahrscheinlichste Version der Entstehung und Entwicklung von Organismen auf der Erde erscheinen:
Bildung primärer organischer Verbindungen in protoplanetaren Wolken.
Die allmähliche Entstehung von Reaktionen mit der Fähigkeit zur Selbstbeschleunigung und autokatalytischen Zyklen treten in den Vordergrund.
Die Entstehung autokatalytischer Zyklen bestehend aus RNA.
Vereinigung von RNA und Lipidmembranen.
Erwerb der Fähigkeit der RNA, Proteine zu synthetisieren.
Die Entstehung der DNA und ihre Etablierung als wichtigster Informationsspeicher.
Bildung der ersten einzelligen Organismen auf Basis einer Symbiose.
Das Verständnis der Prozesse, die zur Entstehung des Lebens führten, ist immer noch unvollständig. Wissenschaftler haben noch viele Fragen. Es ist nicht genau bekannt, wie die RNA entstand, viele Zwischenphasen bleiben nur theoretisch. Allerdings werden jeden Tag neue Experimente durchgeführt, Fakten und Hypothesen überprüft. Man kann mit Sicherheit sagen, dass unser Jahrhundert der Welt viele weitere Entdeckungen im Zusammenhang mit der prähistorischen Ära bescheren wird.
Es gibt eine Hypothese über die mögliche Einschleppung von Bakterien, Mikroben und anderen kleinen Organismen durch Himmelskörper. Es entwickelten sich Organismen und als Ergebnis langfristiger Transformationen entstand nach und nach Leben auf der Erde. Die Hypothese berücksichtigt Organismen, die auch in sauerstofffreien Umgebungen und bei ungewöhnlich hohen oder niedrigen Temperaturen funktionieren können.
Dies ist auf das Vorhandensein wandernder Bakterien auf Asteroiden und Meteoriten zurückzuführen, bei denen es sich um Fragmente aus Kollisionen von Planeten oder anderen Körpern handelt. Aufgrund des Vorhandenseins einer verschleißfesten Außenhülle sowie der Fähigkeit, alle Lebensprozesse zu verlangsamen (manchmal in eine Spore umzuwandeln), ist diese Art von Leben in der Lage, sich sehr lange und über sehr große Entfernungen zu bewegen.
Wenn sie sich in gastfreundlicheren Bedingungen befinden, aktivieren „intergalaktische Reisende“ grundlegende lebenserhaltende Funktionen. Und ohne es zu merken, bilden sie im Laufe der Zeit Leben auf der Erde.
Die Existenz synthetischer und organischer Substanzen ist heute unbestreitbar. Darüber hinaus synthetisierte der deutsche Wissenschaftler Friedrich Wöhler bereits im 19. Jahrhundert eine organische Substanz (Harnstoff) aus einer anorganischen Substanz (Ammoniumcyanat). Anschließend wurden Kohlenwasserstoffe synthetisiert. Somit ist das Leben auf dem Planeten Erde sehr wahrscheinlich durch Synthese aus anorganischem Material entstanden. Durch die Abiogenese werden Theorien über die Entstehung des Lebens aufgestellt.
Denn die Hauptrolle in der Struktur eines jeden organischen Organismus spielen Aminosäuren. Es wäre logisch, anzunehmen, dass sie an der Ansiedlung des Lebens auf der Erde beteiligt sind. Basierend auf den Daten aus dem Experiment von Stanley Miller und Harold Urey (Bildung von Aminosäuren durch Durchleiten einer elektrischen Ladung durch Gase) können wir über die Möglichkeit der Bildung von Aminosäuren sprechen. Schließlich sind Aminosäuren die Bausteine, mit deren Hilfe komplexe Systeme des Körpers bzw. jeglichen Lebens aufgebaut werden.
Kosmogonische Hypothese
Die wohl beliebteste Interpretation überhaupt, die jedes Schulkind kennt. Die Urknalltheorie war und ist ein sehr heißes Thema für hitzige Diskussionen. Der Urknall ereignete sich an einem einzigen Punkt der Energieansammlung, durch dessen Freisetzung sich das Universum erheblich ausdehnte. Es entstanden kosmische Körper. Trotz aller Konsequenz erklärt die Urknalltheorie nicht die Entstehung des Universums selbst. Was tatsächlich keine bestehende Hypothese erklären kann.
Symbiose von Organellen nuklearer Organismen
Diese Version der Entstehung des Lebens auf der Erde wird auch Endosymbiose genannt. Die klaren Bestimmungen des Systems wurden vom russischen Botaniker und Zoologen K. S. Merezhkovsky erstellt. Der Kern dieses Konzepts ist die für beide Seiten vorteilhafte Koexistenz einer Organelle mit einer Zelle. Was wiederum die Endosymbiose als eine für beide Seiten vorteilhafte Symbiose mit der Bildung eukaryontischer Zellen (Zellen, in denen ein Zellkern vorhanden ist) nahelegt. Mithilfe der Übertragung genetischer Informationen zwischen Bakterien wurden dann deren Entwicklung und Populationswachstum durchgeführt. Nach dieser Version ist jede weitere Entwicklung von Leben und Lebensformen auf den vorherigen Vorfahren moderner Arten zurückzuführen.
Spontane Generation
Eine solche Aussage musste im 19. Jahrhundert ohne einen Funken Skepsis wahrgenommen werden. Das plötzliche Auftauchen von Arten, nämlich die Entstehung von Leben aus unbelebten Dingen, erschien den damaligen Menschen phantastisch. Darüber hinaus wurde die Heterogenese (eine Fortpflanzungsmethode, bei der Individuen geboren werden, die sich stark von ihren Eltern unterscheiden) als vernünftige Erklärung des Lebens anerkannt. Ein einfaches Beispiel wäre die Bildung eines komplexen lebensfähigen Systems aus zersetzenden Substanzen.
Im selben Ägypten beispielsweise berichten ägyptische Hieroglyphen von der Entstehung vielfältigen Lebens aus Wasser, Sand sowie verwesenden und verrottenden Pflanzenresten. Diese Nachricht hätte die antiken griechischen Philosophen überhaupt nicht überrascht. Dort wurde der Glaube an den Ursprung des Lebens aus unbelebten Dingen als eine Tatsache wahrgenommen, die keiner Begründung bedarf. Der große griechische Philosoph Aristoteles sprach über die sichtbare Wahrheit: „Blattläuse entstehen aus verfaulter Nahrung, Krokodile sind das Ergebnis von Prozessen in verrottenden Baumstämmen unter Wasser.“ Es ist mysteriös, aber trotz aller Arten von Verfolgung seitens der Kirche lebte die im Schoß der Geheimhaltung verborgene Überzeugung ein ganzes Jahrhundert lang.
Die Debatte über das Leben auf der Erde kann nicht ewig weitergehen. Deshalb führte Ende des 19. Jahrhunderts der französische Mikrobiologe und Chemiker Louis Pasteur seine Analysen durch. Seine Forschung war streng wissenschaftlicher Natur. Das Experiment wurde zwischen 1860 und 1862 durchgeführt. Dank der Entfernung von Sporen aus einem schläfrigen Zustand konnte Pasteur die Frage der spontanen Entstehung von Leben lösen. (Dafür erhielt er einen Preis der Französischen Akademie der Wissenschaften)
Herstellung von Dingen aus gewöhnlichem Ton
Es klingt verrückt, aber in Wirklichkeit hat dieses Thema das Recht auf Leben. Nicht umsonst hat der schottische Wissenschaftler A.J. Cairns-Smith die Proteintheorie des Lebens aufgestellt. Aufbauend auf der Grundlage ähnlicher Studien sprach er von der Wechselwirkung auf molekularer Ebene zwischen organischen Komponenten und einfachem Ton... Unter seinem Einfluss bildeten die Komponenten stabile Systeme, in denen es zu Veränderungen in der Struktur beider Komponenten und dann zu Veränderungen kam Bildung eines wohlhabenden Lebens. So erklärte Kerns-Smith seine Position auf einzigartige und originelle Weise. Tonkristalle mit biologischen Einschlüssen ließen gemeinsam Leben entstehen, woraufhin ihre „Zusammenarbeit“ endete.
Die Theorie der ständigen Katastrophen
Nach dem von Georges Cuvier entwickelten Konzept ist die Welt, die wir gerade sehen, keineswegs primär. Dabei handelt es sich lediglich um ein weiteres Glied in einer Kette, die immer weiter zerbricht. Das bedeutet, dass wir in einer Welt leben, in der es irgendwann zu einem Massensterben aller Lebewesen kommen wird. Gleichzeitig wurde nicht alles auf der Erde einer globalen Zerstörung ausgesetzt (z. B. kam es zu einer Überschwemmung). Einige Arten überlebten im Zuge ihrer Anpassungsfähigkeit und bevölkerten dadurch die Erde. Die Struktur der Arten und des Lebens blieb laut Georges Cuvier unverändert.
Materie als objektive Realität
Das Hauptthema der Lehre sind verschiedene Bereiche und Bereiche, die das Verständnis der Evolution aus Sicht der exakten Wissenschaften näher bringen. (Materialismus ist eine Weltanschauung in der Philosophie, die alle Ursache-Wirkungs-Umstände, Phänomene und Faktoren der Realität offenlegt. Die Gesetze gelten für den Menschen, die Gesellschaft und die Erde.) Die Theorie wurde von bekannten Anhängern des Materialismus aufgestellt, die glauben, dass das Leben auf der Erde aus Transformationen auf der Ebene der Chemie entstanden sei. Darüber hinaus fanden sie vor fast 4 Milliarden Jahren statt. Die Erklärung des Lebens steht in direktem Zusammenhang mit DNA (Desoxyribonukleinsäure), RNA (Ribonukleinsäure) sowie einigen HMCs (hochmolekularen Verbindungen, in diesem Fall Proteinen).
Das Konzept entstand durch wissenschaftliche Forschung, die die Essenz der Molekular- und Genbiologie und Genetik enthüllt. Die Quellen sind seriös, insbesondere angesichts ihrer Jugend. Schließlich begann man bereits Ende des 20. Jahrhunderts mit der Erforschung der Hypothese über die RNA-Welt. Einen großen Beitrag zur Theorie leistete Carl Richard Woese.
Die Lehren von Charles Darwin
Wenn man über den Ursprung der Arten spricht, ist es unmöglich, einen so brillanten Menschen wie Charles Darwin nicht zu erwähnen. Sein Lebenswerk, die natürliche Auslese, markierte den Beginn atheistischer Massenbewegungen. Andererseits gab es der Wissenschaft einen beispiellosen Aufschwung, einen unerschöpflichen Boden für Forschung und Experimente. Der Kern der Lehre war das Überleben von Arten im Laufe der Geschichte durch die Anpassung von Organismen an lokale Bedingungen und die Bildung neuer Merkmale, die bei Wettbewerbsbedingungen hilfreich sind.
Unter Evolution versteht man bestimmte Prozesse, die darauf abzielen, das Leben eines Organismus und den Organismus selbst im Laufe der Zeit zu verändern. Unter erblichen Merkmalen versteht man die Übertragung von Verhaltens-, genetischen oder anderen Arten von Informationen (Übertragung von der Mutter auf die Tochter).
Die Hauptkräfte der Evolution sind laut Darwin der Kampf um das Existenzrecht durch Selektion und Variabilität der Arten. Unter dem Einfluss darwinistischer Ideen wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts sowohl in der Ökologie als auch in der Genetik aktiv geforscht. Der Zoologieunterricht veränderte sich radikal.
Gottes Schöpfung
Viele Menschen auf der ganzen Welt bekennen sich immer noch zum Glauben an Gott. Kreationismus ist eine Interpretation der Entstehung des Lebens auf der Erde. Die Interpretation besteht aus einem System von Aussagen, die sich an der Bibel orientieren und das Leben als ein von einem Schöpfergott geschaffenes Geschöpf betrachten. Die Daten stammen aus dem „Alten Testament“, dem „Evangelium“ und anderen heiligen Schriften.
Die Interpretationen der Entstehung des Lebens in verschiedenen Religionen sind einigermaßen ähnlich. Der Bibel zufolge wurde die Erde in sieben Tagen erschaffen. Die Entstehung des Himmels, der Himmelslichter, des Wassers und dergleichen dauerte fünf Tage. Am sechsten erschuf Gott Adam aus Ton. Als Gott einen gelangweilten, einsamen Mann sah, beschloss Gott, ein weiteres Wunder zu erschaffen. Er nahm Adams Rippe und erschuf Eva. Der siebte Tag wurde als freier Tag anerkannt.
Adam und Eva lebten ohne Probleme, bis der bösartige Teufel in Form einer Schlange beschloss, Eva in Versuchung zu führen. Schließlich stand mitten im Paradies der Baum der Erkenntnis von Gut und Böse. Die erste Mutter lud Adam ein, an der Mahlzeit teilzunehmen, und brach damit das Wort, das Gott gegeben hatte (er verbot, die verbotenen Früchte anzufassen).
Die ersten Menschen werden in unsere Welt vertrieben und damit beginnt die Geschichte der gesamten Menschheit und des Lebens auf der Erde.
Die Frage, wann Leben auf der Erde entstand, beschäftigt nicht nur Wissenschaftler, sondern alle Menschen seit jeher. Antworten darauf
fast alle Religionen. Obwohl es noch keine genaue wissenschaftliche Antwort auf diese Frage gibt, erlauben uns einige Fakten, mehr oder weniger vernünftige Hypothesen aufzustellen. Forscher haben in Grönland eine Gesteinsprobe gefunden
mit einem winzigen Spritzer Kohlenstoff. Das Alter der Probe beträgt mehr als 3,8 Milliarden Jahre. Die Kohlenstoffquelle war höchstwahrscheinlich eine Art organisches Material – während dieser Zeit verlor es seine Struktur vollständig. Wissenschaftler glauben, dass dieser Kohlenstoffklumpen die älteste Spur von Leben auf der Erde sein könnte.
Wie sah die Urerde aus?
Lassen Sie uns auf die Zeit vor 4 Milliarden Jahren vorspulen. Die Atmosphäre enthält keinen freien Sauerstoff, er kommt nur in Oxiden vor. Fast keine Geräusche außer dem Pfeifen des Windes, dem Zischen von Wasser, das mit Lava ausbricht, und den Einschlägen von Meteoriten auf der Erdoberfläche. Keine Pflanzen, keine Tiere, keine Bakterien. Vielleicht sah die Erde so aus, als das Leben auf ihr erschien? Obwohl dieses Problem viele Forscher schon seit langem beschäftigt, gehen die Meinungen zu diesem Thema stark auseinander. Gesteine könnten ein Hinweis auf die damaligen Verhältnisse auf der Erde sein, wurden jedoch durch geologische Prozesse und Bewegungen der Erdkruste schon vor langer Zeit zerstört.
In diesem Artikel werden wir kurz über mehrere Hypothesen zur Entstehung des Lebens sprechen, die moderne wissenschaftliche Ideen widerspiegeln. Laut Stanley Miller, einem bekannten Experten auf dem Gebiet der Entstehung des Lebens, können wir über die Entstehung des Lebens und den Beginn seiner Entwicklung von dem Moment an sprechen, in dem sich organische Moleküle selbst zu Strukturen organisierten, die sich selbst reproduzieren konnten . Dies wirft jedoch andere Fragen auf: Wie sind diese Moleküle entstanden? warum sie sich reproduzieren und zu jenen Strukturen zusammenfügen konnten, aus denen lebende Organismen hervorgingen; welche Voraussetzungen sind dafür nötig?
Einer Hypothese zufolge begann das Leben in einem Stück Eis. Obwohl viele Wissenschaftler glauben, dass Kohlendioxid in der Atmosphäre die Treibhausbedingungen aufrechterhielt, glauben andere, dass auf der Erde der Winter herrschte. Bei niedrigen Temperaturen sind alle chemischen Verbindungen stabiler und können sich daher in größeren Mengen anreichern als bei hohen Temperaturen. Aus dem Weltraum mitgebrachte Meteoritenfragmente, Emissionen aus hydrothermalen Quellen und chemische Reaktionen bei elektrischen Entladungen in der Atmosphäre waren Quellen für Ammoniak und organische Verbindungen wie Formaldehyd und Cyanid. Als sie ins Wasser des Weltozeans gelangten, erstarrten sie mit ihm. In der Eissäule kamen Moleküle organischer Substanzen dicht zusammen und gingen Wechselwirkungen ein, die zur Bildung von Glycin und anderen Aminosäuren führten. Der Ozean war mit Eis bedeckt, das die neu gebildeten Verbindungen vor der Zerstörung durch ultraviolette Strahlung schützte. Diese eisige Welt könnte beispielsweise schmelzen, wenn ein riesiger Meteorit auf den Planeten fallen würde (Abb. 1).
Charles Darwin und seine Zeitgenossen glaubten, dass Leben in einem Gewässer entstanden sein könnte. Viele Wissenschaftler vertreten noch immer diesen Standpunkt. In einem geschlossenen und relativ kleinen Stausee könnten sich die durch das zufließende Wasser mitgebrachten organischen Stoffe in den erforderlichen Mengen ansammeln. Diese Verbindungen konzentrierten sich dann weiter auf den Innenflächen geschichteter Mineralien, was die Reaktionen katalysieren konnte. Beispielsweise reagierten zwei Phosphaldehydmoleküle, die auf der Oberfläche eines Minerals aufeinandertrafen, miteinander und bildeten ein phosphoryliertes Kohlenhydratmolekül, eine mögliche Vorstufe von Ribonukleinsäure (Abb. 2).
Oder entstand vielleicht Leben in Gebieten mit vulkanischer Aktivität? Unmittelbar nach ihrer Entstehung war die Erde ein feuerspeiender Magmaball. Bei Vulkanausbrüchen und mit aus geschmolzenem Magma freigesetzten Gasen wurden verschiedene Chemikalien, die für die Synthese organischer Moleküle notwendig sind, an die Erdoberfläche befördert. So könnten Kohlenmonoxidmoleküle, sobald sie sich auf der Oberfläche des Minerals Pyrit befinden, das katalytische Eigenschaften hat, mit Verbindungen reagieren, die Methylgruppen aufweisen, und Essigsäure bilden, aus der dann andere organische Verbindungen synthetisiert werden (Abb. 3).
Dem amerikanischen Wissenschaftler Stanley Miller gelang es erstmals, organische Moleküle – Aminosäuren – unter Laborbedingungen zu gewinnen, die denen der Urerde im Jahr 1952 nachempfunden waren. Dann wurden diese Experimente zu einer Sensation und ihr Autor erlangte weltweite Berühmtheit. Derzeit forscht er weiterhin an der University of California auf dem Gebiet der präbiotischen Chemie (vor dem Leben). Die Anlage, an der das erste Experiment durchgeführt wurde, war ein Kolbensystem, in einem davon konnte eine starke elektrische Entladung mit einer Spannung von 100.000 V erzeugt werden.
Miller füllte diesen Kolben mit natürlichen Gasen – Methan, Wasserstoff und Ammoniak, die in der Atmosphäre der Urerde vorhanden waren. Der Kolben darunter enthielt eine kleine Menge Wasser, was den Ozean simulierte. Die elektrische Entladung war nahezu blitzstark und Miller erwartete, dass unter ihrer Wirkung chemische Verbindungen gebildet würden, die, wenn sie ins Wasser gelangten, miteinander reagieren und komplexere Moleküle bilden würden.
Das Ergebnis übertraf alle Erwartungen. Nachdem er die Anlage am Abend ausgeschaltet hatte und am nächsten Morgen zurückkam, stellte Miller fest, dass das Wasser im Kolben eine gelbliche Farbe angenommen hatte. Es entstand eine Suppe aus Aminosäuren, den Bausteinen von Proteinen. Somit zeigte dieses Experiment, wie leicht die Grundbestandteile des Lebens gebildet werden können. Alles, was benötigt wurde, war eine Mischung aus Gasen, ein kleiner Ozean und ein wenig Blitz.
Andere Wissenschaftler neigen zu der Annahme, dass sich die antike Erdatmosphäre von der von Miller modellierten unterschied und höchstwahrscheinlich aus Kohlendioxid und Stickstoff bestand. Mit diesem Gasgemisch und Millers Versuchsaufbau versuchten Chemiker, organische Verbindungen herzustellen. Allerdings war ihre Konzentration im Wasser so unbedeutend, als würde man einen Tropfen Lebensmittelfarbe in einem Schwimmbecken auflösen. Natürlich ist es schwer vorstellbar, wie in einer so verdünnten Lösung Leben entstehen könnte.
Wenn der Beitrag irdischer Prozesse zur Bildung von Reserven an primärer organischer Substanz tatsächlich so unbedeutend war, woher kam er dann überhaupt? Vielleicht aus dem Weltraum? Asteroiden, Kometen, Meteoriten und sogar interplanetare Staubpartikel könnten organische Verbindungen, einschließlich Aminosäuren, transportieren. Diese außerirdischen Objekte könnten ausreichende Mengen organischer Verbindungen liefern, damit die Entstehung des Lebens in den Urozean oder ein kleines Gewässer gelangen kann.
Die Abfolge und der zeitliche Abstand der Ereignisse, beginnend mit der Bildung primärer organischer Materie und endend mit der Entstehung des Lebens als solchem, bleiben und werden wahrscheinlich für immer ein Rätsel bleiben, das viele Forscher beunruhigt, ebenso wie die Frage, was. Betrachten Sie es tatsächlich als Leben.
Derzeit gibt es mehrere wissenschaftliche Definitionen des Lebens, die jedoch nicht alle korrekt sind. Einige von ihnen sind so breit, dass unbelebte Objekte wie Feuer oder Mineralkristalle darunter fallen. Andere sind zu eng, und ihrer Meinung nach werden Maultiere, die keinen Nachwuchs zur Welt bringen, nicht als lebend erkannt.
Einer der erfolgreichsten definiert das Leben als ein sich selbst erhaltendes chemisches System, das in der Lage ist, sich gemäß den Gesetzen der darwinistischen Evolution zu verhalten. Das bedeutet, dass eine Gruppe lebender Individuen zunächst ähnliche Nachkommen hervorbringen muss, die die Eigenschaften ihrer Eltern erben. Zweitens müssen Generationen von Nachkommen die Folgen von Mutationen zeigen – genetische Veränderungen, die von nachfolgenden Generationen vererbt werden und zu Populationsvariabilität führen. Und drittens ist es notwendig, dass ein System der natürlichen Selektion funktioniert, wodurch einige Individuen einen Vorteil gegenüber anderen erlangen und unter veränderten Bedingungen überleben und Nachkommen zeugen.
Welche Elemente des Systems waren notwendig, damit es die Eigenschaften eines lebenden Organismus aufwies? Viele Biochemiker und Molekularbiologen glauben, dass RNA-Moleküle über die notwendigen Eigenschaften verfügen. RNA – Ribonukleinsäuren – sind besondere Moleküle. Einige von ihnen können sich replizieren, mutieren und so Informationen weitergeben und könnten daher an der natürlichen Selektion teilnehmen. Sie sind zwar nicht in der Lage, den Replikationsprozess selbst zu katalysieren, obwohl Wissenschaftler hoffen, dass in naher Zukunft ein RNA-Fragment mit einer solchen Funktion gefunden wird. Andere RNA-Moleküle sind daran beteiligt, genetische Informationen zu „lesen“ und sie an Ribosomen zu übertragen, wo die Synthese von Proteinmolekülen stattfindet, an der die dritte Art von RNA-Molekülen beteiligt ist.
Somit könnte das primitivste lebende System durch RNA-Moleküle repräsentiert werden, die sich vervielfältigen, Mutationen unterliegen und der natürlichen Selektion unterliegen. Im Laufe der Evolution entstanden auf Basis der RNA spezialisierte DNA-Moleküle – die Hüter der genetischen Information – und nicht minder spezialisierte Proteinmoleküle, die die Funktion von Katalysatoren für die Synthese aller derzeit bekannten biologischen Moleküle übernahmen.
Irgendwann fand ein „lebendes System“ aus DNA, RNA und Proteinen Schutz in einem von einer Lipidmembran gebildeten Beutel, und diese Struktur, die besser vor äußeren Einflüssen geschützt war, diente als Prototyp der allerersten Zellen, aus denen sie hervorgingen zu den drei Hauptzweigen des Lebens, die in der modernen Welt durch Bakterien, Archaeen und Eukaryoten repräsentiert werden. Das Datum und die Reihenfolge des Auftretens solcher Primärzellen bleiben ein Rätsel. Darüber hinaus bleibt nach einfachen probabilistischen Schätzungen nicht genügend Zeit für den evolutionären Übergang von organischen Molekülen zu den ersten Organismen – die ersten einfachsten Organismen erschienen zu plötzlich.
Viele Jahre lang glaubten Wissenschaftler, dass es unwahrscheinlich sei, dass Leben in der Zeit entstanden und sich entwickelt hätte, als die Erde ständig Kollisionen mit großen Kometen und Meteoriten ausgesetzt war – eine Zeit, die vor etwa 3,8 Milliarden Jahren endete. Vor Kurzem wurden jedoch in den ältesten Sedimentgesteinen der Erde im Südwesten Grönlands Spuren komplexer Zellstrukturen entdeckt, die mindestens 3,86 Milliarden Jahre alt sind. Das bedeutet, dass die ersten Lebensformen Millionen von Jahren entstanden sein könnten, bevor die Bombardierung unseres Planeten durch große kosmische Körper aufhörte. Dann ist aber ein völlig anderes Szenario möglich (Abb. 4).
Auf die Erde fallende Weltraumobjekte könnten eine zentrale Rolle bei der Entstehung des Lebens auf unserem Planeten gespielt haben, da nach Ansicht einiger Forscher bakterienähnliche Zellen auf einem anderen Planeten entstanden sein und dann zusammen mit Asteroiden die Erde erreicht haben könnten. Ein Beweisstück, das die Theorie der außerirdischen Ursprünge des Lebens stützt, wurde in einem Meteoriten gefunden, der die Form einer Kartoffel hat und den Namen ALH84001 trägt. Dieser Meteorit war ursprünglich ein Stück Marskruste, das dann infolge einer Explosion ins All geschleudert wurde, als vor etwa 16 Millionen Jahren ein riesiger Asteroid mit der Marsoberfläche kollidierte. Und vor 13.000 Jahren landete dieses Stück Marsgestein in Form eines Meteoriten nach einer langen Reise durch das Sonnensystem in der Antarktis, wo es kürzlich entdeckt wurde. Eine detaillierte Untersuchung des Meteoriten brachte in seinem Inneren stäbchenförmige Strukturen zutage, die versteinerten Bakterien ähnelten, was zu einer hitzigen wissenschaftlichen Debatte über die Möglichkeit von Leben tief in der Marskruste führte. Eine Beilegung dieser Streitigkeiten wird frühestens 2005 möglich sein, wenn die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde ein Programm umsetzen wird, um ein interplanetares Raumschiff zum Mars zu fliegen, um Proben der Marskruste zu entnehmen und zur Erde zu liefern. Und wenn es Wissenschaftlern gelingt zu beweisen, dass einst Mikroorganismen auf dem Mars lebten, können wir mit größerer Sicherheit über den außerirdischen Ursprung des Lebens und die Möglichkeit einer Einschleppung von Leben aus dem Weltraum sprechen (Abb. 5).
Reis. 5. Unser Ursprung liegt in Mikroben.
Was haben wir von alten Lebensformen geerbt? Der folgende Vergleich einzelliger Organismen mit menschlichen Zellen zeigt viele Ähnlichkeiten.
 1. Sexuelle Fortpflanzung |
 2. Wimpern |
 3. Erfassen Sie andere Zellen |
 4. Mitochondrien |
 5. Flagellen |
Die Entwicklung des Lebens auf der Erde: vom Einfachen zum Komplexen
Derzeit und wahrscheinlich auch in der Zukunft wird die Wissenschaft nicht in der Lage sein, die Frage zu beantworten, wie der allererste Organismus aussah, der auf der Erde erschien – der Vorfahre, von dem die drei Hauptzweige des Lebensbaums abstammen. Einer der Zweige sind Eukaryoten, deren Zellen über einen gebildeten Kern verfügen, der genetisches Material und spezialisierte Organellen enthält: energieproduzierende Mitochondrien, Vakuolen usw. Zu den eukaryotischen Organismen gehören Algen, Pilze, Pflanzen, Tiere und Menschen.
Der zweite Zweig sind Bakterien – prokaryotische (pränukleäre) einzellige Organismen, die keinen ausgeprägten Kern und keine Organellen haben. Und schließlich der dritte Zweig sind einzellige Organismen, sogenannte Archaeen oder Archaebakterien, deren Zellen die gleiche Struktur wie Prokaryoten, aber eine völlig andere chemische Lipidstruktur haben.
Viele Archaebakterien können unter äußerst ungünstigen Umweltbedingungen überleben. Einige von ihnen sind thermophil und leben nur in heißen Quellen mit Temperaturen von 90 °C oder noch mehr, wo andere Organismen einfach sterben würden. Diese einzelligen Organismen fühlen sich unter solchen Bedingungen wohl und verbrauchen eisen- und schwefelhaltige Substanzen sowie eine Reihe chemischer Verbindungen, die für andere Lebensformen giftig sind. Laut Wissenschaftlern handelt es sich bei den gefundenen thermophilen Archaebakterien um äußerst primitive Organismen und evolutionär gesehen um enge Verwandte der ältesten Lebensformen auf der Erde.
Interessant ist, dass moderne Vertreter aller drei Lebenszweige, die ihren Vorfahren am ähnlichsten sind, noch immer an Orten mit hohen Temperaturen leben. Auf dieser Grundlage neigen einige Wissenschaftler zu der Annahme, dass das Leben höchstwahrscheinlich vor etwa 4 Milliarden Jahren auf dem Meeresboden in der Nähe heißer Quellen entstand und Bäche ausbrachen, die reich an Metallen und energiereichen Substanzen waren. Durch die Wechselwirkung untereinander und mit dem Wasser des damals sterilen Ozeans und durch vielfältige chemische Reaktionen entstanden aus diesen Verbindungen grundlegend neue Moleküle. So wurde in dieser „chemischen Küche“ zig Millionen Jahre lang das größte Gericht – das Leben – zubereitet. Und vor etwa 4,5 Milliarden Jahren erschienen einzellige Organismen auf der Erde, deren einsame Existenz während des gesamten Präkambriums andauerte.
Der Evolutionsschub, aus dem mehrzellige Organismen hervorgingen, erfolgte viel später, vor etwas mehr als einer halben Milliarde Jahren. Obwohl Mikroorganismen so klein sind, dass ein einziger Wassertropfen Milliarden davon enthalten kann, ist der Umfang ihrer Arbeit enorm.
Es wird angenommen, dass es in der Erdatmosphäre und den Ozeanen zunächst keinen freien Sauerstoff gab und unter diesen Bedingungen nur anaerobe Mikroorganismen lebten und sich entwickelten. Ein besonderer Schritt in der Evolution der Lebewesen war die Entstehung photosynthetischer Bakterien, die mithilfe von Lichtenergie Kohlendioxid in Kohlenhydratverbindungen umwandelten, die anderen Mikroorganismen als Nahrung dienten. Produzierten die ersten Photosynthetiker Methan oder Schwefelwasserstoff, so begannen die einst auftauchenden Mutanten, bei der Photosynthese Sauerstoff zu produzieren. Da sich Sauerstoff in der Atmosphäre und im Wasser ansammelte, besetzten anaerobe Bakterien, für die er schädlich ist, sauerstofffreie Nischen.
In Australien gefundene antike Fossilien, die 3,46 Milliarden Jahre alt sind, haben Strukturen enthüllt, bei denen es sich vermutlich um Überreste von Cyanobakterien handelt, den ersten photosynthetischen Mikroorganismen. Die frühere Dominanz anaerober Mikroorganismen und Cyanobakterien wird durch Stromatolithen belegt, die in flachen Küstengewässern unverschmutzter Salzwasserkörper gefunden wurden. In ihrer Form ähneln sie großen Felsbrocken und stellen eine interessante Gemeinschaft von Mikroorganismen dar, die im Kalkstein- oder Dolomitgestein leben, das durch ihre Lebenstätigkeit entstanden ist. In einer Tiefe von mehreren Zentimetern unter der Oberfläche sind Stromatolithen mit Mikroorganismen gesättigt: In der obersten Schicht leben photosynthetische Cyanobakterien, die Sauerstoff produzieren; es werden tiefer liegende Bakterien gefunden, die bis zu einem gewissen Grad sauerstofftolerant sind und kein Licht benötigen; In der unteren Schicht befinden sich Bakterien, die nur unter Sauerstoffmangel leben können. Diese Mikroorganismen befinden sich in verschiedenen Schichten und bilden ein System, das durch komplexe Beziehungen zwischen ihnen, einschließlich Nahrungsbeziehungen, verbunden ist. Hinter dem mikrobiellen Film befindet sich ein Gestein, das durch die Wechselwirkung der Überreste abgestorbener Mikroorganismen mit in Wasser gelöstem Kalziumkarbonat entsteht. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die seichten Gewässer voller Stromatolithen waren, als es auf der Urerde noch keine Kontinente gab und nur Archipele von Vulkanen über die Meeresoberfläche ragten.
Durch die Aktivität photosynthetischer Cyanobakterien erschien Sauerstoff im Ozean und begann sich etwa 1 Milliarde Jahre später in der Atmosphäre anzusammeln. Zunächst interagierte der entstehende Sauerstoff mit im Wasser gelöstem Eisen, was zur Entstehung von Eisenoxiden führte, die sich nach und nach am Boden absetzten. So entstanden über Millionen von Jahren unter Beteiligung von Mikroorganismen riesige Eisenerzvorkommen, aus denen heute Stahl geschmolzen wird.
Als dann der Großteil des Eisens in den Ozeanen oxidiert war und keinen Sauerstoff mehr binden konnte, entwich es gasförmig in die Atmosphäre.
Nachdem photosynthetische Cyanobakterien aus Kohlendioxid einen gewissen Vorrat an energiereicher organischer Substanz erzeugten und die Erdatmosphäre mit Sauerstoff anreicherten, entstanden neue Bakterien – Aerobier, die nur in Gegenwart von Sauerstoff existieren können. Sie benötigen Sauerstoff für die Oxidation (Verbrennung) organischer Verbindungen, und ein erheblicher Teil der dabei entstehenden Energie wird in eine biologisch verfügbare Form umgewandelt – Adenosintriphosphat (ATP). Dieser Prozess ist energetisch sehr günstig: Anaerobe Bakterien erhalten beim Abbau eines Glukosemoleküls nur 2 Moleküle ATP, und aerobe Bakterien, die Sauerstoff verbrauchen, erhalten 36 Moleküle ATP.
Mit dem Aufkommen von Sauerstoff, der für einen aeroben Lebensstil ausreicht, kamen auch eukaryontische Zellen auf den Markt, die im Gegensatz zu Bakterien über einen Zellkern und Organellen wie Mitochondrien, Lysosomen und in Algen und höheren Pflanzen über Chloroplasten verfügen, in denen photosynthetische Reaktionen stattfinden. Zur Entstehung und Entwicklung von Eukaryoten gibt es eine interessante und fundierte Hypothese, die vor fast 30 Jahren vom amerikanischen Forscher L. Margulis aufgestellt wurde. Nach dieser Hypothese sind die Mitochondrien, die in der eukaryotischen Zelle als Energiefabriken fungieren, aerobe Bakterien, und die Chloroplasten der Pflanzenzellen, in denen die Photosynthese stattfindet, sind Cyanobakterien, die wahrscheinlich vor etwa 2 Milliarden Jahren von primitiven Amöben absorbiert wurden. Durch für beide Seiten vorteilhafte Wechselwirkungen wurden die aufgenommenen Bakterien zu inneren Symbionten und bildeten mit der Zelle, die sie aufnahm – eine eukaryotische Zelle – ein stabiles System.
Studien an fossilen Überresten von Organismen in Gesteinen unterschiedlichen geologischen Alters haben gezeigt, dass eukaryotische Lebensformen Hunderte Millionen Jahre nach ihrer Entstehung durch mikroskopisch kleine kugelförmige einzellige Organismen wie Hefe repräsentiert wurden und ihre evolutionäre Entwicklung sehr langsam verlief Tempo. Doch vor etwas mehr als einer Milliarde Jahren entstanden viele neue Eukaryotenarten, was einen dramatischen Sprung in der Evolution des Lebens markierte.
Dies war vor allem auf die Entstehung der sexuellen Fortpflanzung zurückzuführen. Und wenn sich Bakterien und einzellige Eukaryoten vermehren, indem sie genetisch identische Kopien ihrer selbst produzieren und keinen Sexualpartner benötigen, dann läuft die sexuelle Fortpflanzung in höher organisierten eukaryotischen Organismen wie folgt ab. Zwei haploide Geschlechtszellen der Eltern mit einem einzigen Chromosomensatz verschmelzen zu einer Zygote mit einem doppelten Chromosomensatz und den Genen beider Partner, wodurch Möglichkeiten für neue Genkombinationen entstehen. Die Entstehung der sexuellen Fortpflanzung führte zur Entstehung neuer Organismen, die in die Arena der Evolution eintraten.
Drei Viertel des gesamten Lebens auf der Erde bestanden ausschließlich aus Mikroorganismen, bis es zu einem qualitativen Evolutionssprung kam, der zur Entstehung hochorganisierter Organismen, darunter auch des Menschen, führte. Lassen Sie uns die wichtigsten Meilensteine in der Geschichte des Lebens auf der Erde in absteigender Linie verfolgen.
Vor 1,2 Milliarden Jahren kam es zu einer Explosion der Evolution, die durch das Aufkommen der sexuellen Fortpflanzung verursacht wurde und durch die Entstehung hochorganisierter Lebensformen – Pflanzen und Tiere – gekennzeichnet war.
Die Bildung neuer Variationen des gemischten Genotyps, der bei der sexuellen Fortpflanzung entsteht, manifestierte sich in Form der Artenvielfalt neuer Lebensformen.
Vor 2 Milliarden Jahren entstanden komplexe eukaryontische Zellen, als einzellige Organismen ihre Struktur durch die Absorption anderer prokaryontischer Zellen verkomplizierten. Einige von ihnen – aerobe Bakterien – verwandelten sich in Mitochondrien – Energiestationen für die Sauerstoffatmung. Andere – photosynthetische Bakterien – begannen mit der Photosynthese innerhalb der Wirtszelle und wurden zu Chloroplasten in Algen- und Pflanzenzellen. Eukaryontische Zellen, die über diese Organellen und einen klar abgegrenzten Zellkern verfügen, der genetisches Material enthält, bilden alle modernen komplexen Lebensformen – von Schimmelpilzen bis hin zum Menschen.
Vor 3,9 Milliarden Jahren tauchten einzellige Organismen auf, die wahrscheinlich wie moderne Bakterien und Archaebakterien aussahen. Sowohl alte als auch moderne prokaryotische Zellen haben eine relativ einfache Struktur: Sie haben keinen geformten Kern und keine spezialisierten Organellen, ihr geleeartiges Zytoplasma enthält DNA-Makromoleküle – Träger genetischer Informationen, und Ribosomen, auf denen die Proteinsynthese stattfindet und auf denen Energie erzeugt wird die Zytoplasmamembran, die die Zelle umgibt.
Vor 4 Milliarden Jahren entstand auf mysteriöse Weise die RNA. Es ist möglich, dass es aus einfacheren organischen Molekülen gebildet wurde, die auf der Urerde vorkamen. Es wird angenommen, dass alte RNA-Moleküle die Funktion von Trägern genetischer Informationen und Proteinkatalysatoren hatten, zur Replikation (Selbstverdopplung) fähig waren, mutierten und einer natürlichen Selektion unterlagen. In modernen Zellen besitzt oder zeigt RNA diese Eigenschaften nicht, spielt jedoch eine sehr wichtige Rolle als Vermittler bei der Übertragung genetischer Informationen von der DNA auf Ribosomen, in denen die Proteinsynthese stattfindet.
A.L. Prochorow
Basierend auf einem Artikel von Richard Monasterski
in der Zeitschrift National Geographic, 1998 Nr. 3
