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Transkript Frühe biologische Evolution

Hallo! Hast du dir mal darüber Gedanken gemacht, wie aus der Ursuppe* eigentlich Leben entstehen konnte? Und wie sah dieses erste Leben aus? Hatte es Arme und Beine so wie wir Menschen? Oder war es grün und zur Fotosynthese befähigt wie die Pflanzen?

Nein, natürlich war das erste Leben sehr viel einfacher gebaut. In diesem Video möchte ich dir zeigen, wie sich die ersten lebenden Zellen auf der Erde entwickelt haben könnten und welche Faktoren dabei eine Rolle spielten.

Entstehung von Zellmembranen

Forscher vermuten, dass sich in der Ursuppe die verschiedensten chemischen Verbindungen befanden. Darunter könnten sowohl wasserlösliche, also hydrophile, als auch wasserunlössliche, also hydrophobe, Verbindungen gewesen sein.

Vermutlich gab es auch Verbindungen, die sowohl hydrophile als auch hydrophobe Eigenschaften hatten, was auf unterschiedliche Molekülgruppen zurückzuführen ist. Kohlenwasserstoffe mit einer polaren Endgruppe besitzen diese Eigenschaft. Heute findest du solche Verbindungen z.B. in unseren Waschmitteln.

Man nimmt an, dass sich solche Kohlenwasserstoffe auf der Oberfläche der Ursuppe befanden: Der hydrophile polare Molekülteil ragte in die wässrige Flüssigkeit, der hydrophobe unpolare Teil in die Luft.

Stell dir nun vor, dass z.b. ein Sturm die Ursuppe durcheinander mischte und von einer Kohlenwasserstoffschicht umgebene Wassertropfen aus der Ursuppe herausgerissen wurden. Gelangten diese Wassertröpfchen dann wieder in die Ursuppe, wurden sie erneut von einer Kohlenwasserstoffschicht umgeben.

Die Moleküle lagerten sich dabei so, dass der hydrophobe Molekülteil in Richtung des Wassertropfens zeigte, während der hydrophile Teil in Richtung der wässrigen Flüssigkeit zeigte. Das Ergebnis ist ein abgeschlossener Raum, der von einer Doppelmembran umgeben ist, also eine ganz einfach gebaute Zelle.

Die hier entstandene Doppelmembran aus Kohlenwasserstoffen, die einen hydrophilen und einen hydrophoben Molekülteil besitzen, ähnelt dem heute vorkommenden Prinzip der Zellmembran. Dies war die Grundlage für das entstehen von Zellen. In diesem abgeschlossenen und geschützten Bereichen konnten sich über lange Zeit komplexe Strukturen zusammenfügen die einen ersten Stoffaustuschl ermöglichten.

Irgendwann entstand aus Nukleinsäuren sogar eine so Komplexe Struktur wie die DNA. Diese diente dann als Träger der Erbinformation und ermöglichte so die Informationsweitergabe an die nächste Generation.

Verschieden Ernährungsformen

Wie einfache Zellen entstanden sein könnten, weißt du jetzt. Aber wovon ernährten sich diese einfachen Zellen?

Zunächst wurden vermutlich die organischen Verbindungen der Ursuppe als Nahrung verwendet. Später könnten sich Zellen auch gegenseitig aufgefressen haben um den Bedarf an neuen Zellmaterial zu tilgen. Die Ernährung hing sicher sehr stark von den Molekülen ab, die sich innerhalb der Zelle bilden konnten.

Vielleicht entwickelten auch einige die Eigenschaft, Licht als Energiequelle zu nutzen, um Wasser zu spalten und dabei Sauerstoff freizusetzen, also Fotosynthese durchzuführen. Solche Bakterien gibt es noch heute, beispielsweise die Cyanobakterien. Die Forscher sind sich einig, dass sich das Leben auf der Erde durch die Freisetzung von Sauerstoff grundlegend änderte.

Da Sauerstoff sehr reaktiv ist und eine hohe Affinität zu organischen Substanzen hat, konnten nur wenige der damals lebenden Zellformen überleben. Einige konnten den Sauerstoff aber ertragen. Auch haben sich Zellformen entwickelt, die Sauerstoff sogar zur Energiegewinnung nutzen konnten. Diesen Prozess kennst du als Atmung und diese wird auch heute noch von vielen Bakterien genutzt.

Endosymbiontentheorie

Stell dir nun vor, dass diese vielseitigen Zellformen nebeneinander existierten und die verschiedensten Möglichkeiten der Energiegewinnung nutzen. Man geht davon aus, dass eine Urzelle, die sich von bakterienähnlichen Zellen ernährte, irgendwann ein aufgenommenes Bakterium nicht verdaute, sondern dass dieses im Zellinneren weiterlebte. So hatte die entstehende Zelle auch Eigenschaften des aufgenommenen Bakteriums, also die Fähigkeit zur Atmung.

Die heutigen Mitochnondrien in unseren Zellen sind wahrscheinlich so entstanden. Und tatsächlich haben unsere heutigen Mitochondrien viele Ähnlichkeiten zu Bakterien. Auch die Entstehung von Chloroplasten führt man auf die Aufnahme eines fotosynthetisch aktiven Bakteriums in die Urzelle zurück.

Man bezeichnet die Theorie, in der eine Urzelle atmungs- und fotosynthetisch aktive Bakterien aufnahm und sich eine dauerhafte Symbiose bildete, als Endosymbiontentheorie. Auf diese Weise entstanden die Zellorganellen der Eukaryoten, also der Lebewesen mit einem Zellkern bis hin zu uns Menschen.

Zusammenfassung

Du hast jetzt gesehen, wie das erste Leben auf der Erde entstanden sein könnte. Es hatte also weder Arme noch Beine und war nicht zur Fotosynthese befähigt. Erst nach dem Entstehen der Urzellen entwickelten sich verschiedene Ernährungsformen wie Atmung oder Fotosynthese und es kam zur Entstehung der Zellorganellen.

Vergiss aber nicht: Wie bei allen Prozessen der Evolution, benötigten auch die Prozesse der frühen biologischen Evolution Zeiträume von vielen Millionen Jahren. Tschüss!

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