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Wie entstand das Leben auf der Erde?

Die Erde vor 4 Miliarden Jahren.jpg

Mit dieser Frage beschäftigen sich noch viele Theologen und Wissenschaftler. Die Vorgänge, die zur Entstehung des Lebens auf der Erde führten, konnten bis heute nicht vollständig experimentell bewiesen werden. Bis ins 17. Jahrhundert gab es keine Zweifel daran, dass Lebewesen direkt aus leblosen Stoffen hervorgehen können. Heute gehen die wissenschaftlichen Auffassungen davon aus, dass das Leben über einen langen Zeitraum hinweg aus anorganischen Verbindungen entstanden ist. Die Wissenschaft teilt die Entstehung des Lebens in zwei große Abschnitte ein. In der chemischen Evolution entstehen die organischen Verbindungen, auf denen das Lebens basiert. Die biologische Evolution beschäftigt sich mit der Entwicklung der Lebewesen bis hin zu unseren heutigen Arten.

Chemische Evolution

Die Situation auf der Urerde

Im Erdzeitalter des Präkambriums, vor 4,6 Milliarden bis 540 Millionen Jahren, war die Erde zunächst durch ihre eigene Entstehung stark aufgeheizt. Mit der Zeit kühlte sich die Erde ab. Das Wasser sammelte sich in ersten Gewässern auf der Erdoberfläche. Diese Uratmosphäre enthielt die verschiedensten anorganische Verbindungen, zum Beispiel Methan, Ammoniak und Kohlenstoffmonoxid . Die giftigen Gemische in der Uratmosphäre und in den Urozeanen; und starke UV-Strahlungen gestalteten die Urerde zu einer lebensfeindlichen Umgebung.

Entstehung organischer Verbindungen

Wie unter diesen Umständen Leben entstehen konnte, ist nicht endgültig bewiesen. Sicher ist, dass zunächst organische Moleküle, die Bausteine des Lebens, entstanden. Ob die Bedingungen der frühen Erde dafür geeignet waren, untersuchten Miller und Urey 1953 in einem Experiment.

Stanley_Miller_und_Harold_Urey.jpg

Die beiden Wissenschaftler stellten die Bedingungen der frühen Erde im Labor nach. In einer abgeschlossenen Apparatur simulierten sie die Bedingungen der Urerde. In der Apparatur war Wasser enthalten, welches erhitzt und abgekühlt wird . Außerdem waren im Wasser, die oben genannten, anorganischen Verbindungen hinzugefügt worden. Durch das obere Rohr wurde Wasserdampf zu zwei Elektroden geleitet, die elektrische Entladungen erzeugten. Nach kurzer Zeit ließen sich in der dabei entstandenen Ursuppe mehrere organische Verbindungen nachweisen. Unter ihnen waren Polysaccharide, Aminosäuren, Lipide und sogar Basen der Nukleinsäuren enthalten. Eine Entstehung von Lebewesen aus diesen organischen Stoffen ist experimentell bisher jedoch nicht gelungen.

Miller & Urey's Experiment.jpg

Die biologische Evolution

Die biologischen Evolution beginnt mit den ersten lebenden Organismen, den Einzellern. Auf sie wirkte bereits die Selektion. Dadurch konnten sie sich weiter entwickeln und anpassen. Allerdings geht man davon aus, dass die ersten einzelligen Lebewesen ihre Erbinformation noch nicht in der DNA speicherten.

RNA-Welt-Hypothese

Die DNA trägt unsere Erbinformation, aber wir kennen noch eine andere Nukleinsäure, die diese Fähigkeit hat, die RNA. Sie ist flexibler als die DNA und hat die Fähigkeit, chemische Reaktionen zu katalysieren. Die Entwicklung der RNA-Welt-Hypothese, auch als Nucleinsäurehypothese bezeichnet, lässt sich auf den Nachweis von Miller und Urey zurückführen. Obwohl die RNA ein sehr komplexes Molekül ist, gilt ihre Entstehung aus der Ursuppe als möglich. Im Gegensatz zur Proteinhypothese, die annimmt, dass die ersten Urorganismen aus Eiweißen mit Stoffwechsel entstanden sind, geht die RNA-Welt-Hypothese davon aus, dass zunächst die RNA vorhanden gewesen ist und danach eine Aufnahme von Proteinen erfolgt sei.

Entwicklung einzelliger Lebewesen

Die nächste Entwicklungsstufe der Einzeller war die Zellkompartimentierung. Die Zellen bildeten in ihrem Inneren weitere Membranen aus Lipiddoppelschichten und konnten abgeschlossene Reaktionsräume schaffen. Dies war der Grundstein für die Zellorganellen, die wir heute in vielen Zellen finden. Einen Ansatz dazu, wie sie entstehen konnten, gibt die Endosymbiontentheorie.

Endosymbiontentheorie

Manche Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten sind durch die Endosymbiose entstanden. Das heißt, dass kleinere Zellen von größeren Zellen in sich aufgenommen wurden. Sie wurden in der größeren Zelle aber nicht verdaut, sondern blieben intakt und hielten ihren Stoffwechsel aufrecht. Da beide Zellen einen Vorteil davon hatten, spricht man von einer Symbiose.

Symbiose

Zum Teil wurden auch Zellen einverleibt, die bereits andere Zellen enthielten – eine sekundäre Endosymbiose. Es ist heute noch nachweisbar, dass diese Organellen früher eigenständige Zellen waren. Mitochondrien und Chloroplasten haben eigene DNA und teilen sich selbständig. Außerdem spricht für die Endosymbiontentheorie, dass Mitochondrien eine doppelte statt eine einfache Zellmembran haben.

Die Entwicklung mehrzelliger Organismen

Der weitere Verlauf Geschichte des Lebens kann anhand vieler Fossilien und weiterer Belege sehr gut rekonstruiert werden. Am Ende des Präkambriums begannen erste Kolonien von Zellen, Arbeitsteilung zu betreiben. Sie differenzierten sich in ihre Aufgabenfeldern und bildeten so mehrzellige Organismen. Es entstanden einfache Bakterien und erste Wirbellose.

Kambrium (543 Mio. - 488 Mio. Jahren): Die Artenvielfalt der mehrzelligen Organismen steigt rasant an. Leider können sich viele der Arten nicht durchsetzen und es kommt zu einem Massenaussterben. Viele Trilobiten sowie Algen und Bakterien konnten nachgewiesen werden.

Trilobit.jpg

  • Ordovizium (488 - 444 Mio. Jahren): Muscheln, erste Fische und Algen leben auf der Erde.

  • Silur (444 - 359 Mio. Jahren): Erste Landpflanzen entwickeln sich und Fische breiten sich weiter aus.

  • Karbon (359 - 299 Mio. Jahren): Es gibt es große Wälder aus Farnpflanzen auf dem Festland und auch Kriechtiere, Lurche und Insekten.

  • Perm. (299 - 251 Mio. Jahren): Entwicklung erster Nadelhölzer und vieler Kriechtiere.

  • Trias (251 – 200 Mio. Jahren): Unter den Pflanzen treten die ersten Nacktsamer auf. Aus dieser Zeit stammen die ersten Fossilien der Säugetiere.

Säugetierfossil.jpg

  • Jura (200 - 146 Mio. Jahren): Es entwickeln sich erste Bedecktsamer und das Zeitalter der Dinosaurier beginnt.

  • Kreide (146 – 66 Mio. Jahren): Erste Blütenpflanzen entstehen und am Ende dieses Zeitalters sterben die meisten Dinosaurier aus. Der Grund dafür war wahrscheinlich ein Kometeneinschlag.

  • Tertiär (66 - 1,8 Mio. Jahren): Durch das Aussterben der Dinosaurier, konnten sich die Säugetiere ausbreiten. Auch Vögel, Blütenpflanzen und Blüten bestäubende Insekten entwickelten sich rasant. Sie bildeten viele neue Arten. Am Ende des Tertiärs findet man Fossilien von ersten Vorfahren des Menschen.

  • Quartär (1,8 Mio. Jahren - heute) Auftreten und Entwicklung des Menschen.

Quelle: Pews-Hocke, Christa/ Kemnitz, Edeltraud (Hrsg.): Duden. Basiswissen Schule. Biologie: 5. bis 10. Klasse, Mannheim, 2010, S. 303-306.