Chemische Evolution

= Entstehung des Lebens

Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte derjenigen Moleküle, die in Lebewesen von

Bedeutung sind. Danach entstanden unter Einwirkung von Energie aus anorganischen

Molekülen organische, präbiotische Moleküle.

Im Hadaikum (zwischen Entstehung der Erde vor 4.6 Mrd. Jahren und der Entstehung des

Lebens / dem Beginn der biologischen Evolution vor etwa 4.2 – 3.8 Mrd. Jahren)

Die Rekonstruktion ist aufgrund fehlender Fossilien und genauer Kenntnisse der

damaligen Umweltbedingungen sehr schwierig Hypothesen: Diese werden von

Experimenten gestützt, die auf Annahmen über die Beschaffenheit der Atmo-, Litho- und

Hydrosphäre sowie klimatischen Bedingungen beruhen.

Diese Experimente reichen momentan noch nicht zur Formulierung einer wissenschaftl.

Theorie, womöglich weil grundlegende Strukturen noch nicht entdeckt wurden.

Dennoch großer Erfolg der Beobachtung von Entstehung komplexer Moleküle,

wenn auch keine hinreichenden Systeme

Hypothesen:

Eine Hypothese muss folgende Kriterien abdecken:

o Die abiogene Entstehung der Biomoleküle ( d.h. ihre Entstehung aus

nichtlebenden/-organischen Stoffen):

Diesen Schritt teilt man in 3 Phasen ein (zuvor benötigt: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff,

Stickstoff, Schwefel, Phosphor & Wasser):

1. Die Entstehung einfacher organischer Moleküle (Alkohole, Purine, Säuren)

aus anorganischen Stoffen

2. Daraus entstehend die Grundbausteine von komplexen organischen

Molekülen ( Einfachzucker, Aminosäuren, Fettsäuren, Nukleotide)

3. Hieraus entstehen nun komplexe organische Moleküle

o Entstehung der Zelle

o Entstehung des Zusammenhangs zwischen Funktion (Enzyme) und

Information (RNA/DNA)

o Die damaligen Umweltbedingungen

o Eine mögliche Energiequelle für die nötigen Reaktionen

Die Rolle des Wassers:

Wasser macht die Entstehung von Leben nicht nur möglich, sondern sogar wahrscheinlich, da:

o es ist in dem Temperaturbereich flüssig, in dem organische Moleküle stabil sind.o Dient als polares Medium für Reaktionen: Es nimmt überschüssige Reaktionswärme

etc. auf und ermöglicht eine homogene Durchmischungo Weist global geringe Schwankungen der Temperatur & von osmotischen Werten aufo Absorbiert die schädliche UV-Strahlungo V.a. Meerwasser bildet beim Ausfrieren für die Entstehung biologisch akt. Moleküle

wichtige Eismembranen um Bereiche mit unterschiedlicher Stoffkonzentration

Endosymbiontentheorie:

o Theorie zur Entstehung von Zellorganelleno Durch eine Aufnahme einer kleineren Zelle in eine größere, erhält die kleinere Zelle

eine 2. Zellmembran. Die durch die Symbiose unwichtig gewordene DNA der kleinen Zelle degeneriert mit der Zeit durch Selektion und Entwicklung. Außerdem gibt sie Tele ihrer DNA an die große Zelle ab und übernimmt evtl. ebenfalls Teile der DNA der großen Zelle. Die große Zelle bildet mit der Zeit eine Membran um ihre DNA -> Zellkern

o Als Vorläufer der Plastiden (große Zelle/Plasmazelle) werden Cyanobakterien angenommen, die späteren Mitochondien wurden womöglich aus Proteobaktierien gebildet.

o Durch den Vergleich der DNA kann die gegenseiteige Aufnahme von DNA bewiesen werden

Ursuppenexperiment:

o Überprüfung der Hypothese von A. I. Oparin: frühe Bedingungen der Erde haben chemische Reaktionen begünstigt, aus Verbindungen der Atmosphäre mit dem Meer werden organische Verbindungen synthetisiert. Die Energie hierzu soll von ungefilterten UV-Strahlen kommen.

o Im Experiment konnten unter ähnlichen Bedingungen als den angenommenen mittels Zufuhr von UV-Blitzen aus anorganischen (Wasser, Ammoniak, Wasserstoff, Methan) komplexe organische Verbindungen (Aminosäuren, niedere Carbon- und Fettsäuren) entstehen