Evolution der Biosphäre

Was ist Leben?

Fakten und Theorien

Komplex II

Vielfalt undKomplexität

Entstehung und frühe Evolution des Lebens

earliest reptile

earliest bird

earliest mammal

Prof.Dr. J.W. Schneider / Dr. O. Elicki

Vorbemerkung: Fakten, Forschung, Wissenschaft, Glauben

im

Kambrium bei

540 Ma –reiche Tier- und Pflanzenweltin Ozeanenalle Tierstämme vorhanden,auch

Vorfahren

der

Vertebratenerstmals Skelett tragende Mehr-zellerexplosive Zunahme von Bau-plänen

und Organismengruppen

Wende

Vendium/Kambrium markantesterSchnitt

in biologischer

Evolution =

Kambrische Explosion

(nach

“molecular clock”

Differen-zierung

wichtigster

Organismen-gruppen

bereits

vor

1,2 Mrd. a)

Ursachen

?

1. Einleitung

1. Frage:

Erdalter

+ Zeitraum

für Entstehung

des Lebens

1/10 Erdgeschichte Isotopenalter von Gesteinen:

Meteorite 6,0 - 6,5 Mrd. aMagmatite 4,5 – 4,0 Mrd. aSedimente 3,9 – 3,5 Mrd. a

Erdalter ca. 5 – 10 Mrd.

Erdalter auf 5 Mrd. gesetzt

-

von Beginn

Kambrium bis

heutenur

1/10 der

Erdgeschichte

-

9/10 der

Erdgeschichte

für Evolutionbis

zur

Organismenwelt

des Kambriumzur

Verfügung

(Mensch

5 Ma –

1/1000 Erdzeit)

2. Frage:

Wie

kam

es

in diesen

9/10 Erdzeit

zur

Entstehung

des Lebens

?

Die Fakten:

Fossilien und Sedimente

3,8 Mrd. A –

Isua-Quarzit

Grönland

-

umstrittene

Cyano-

und Archaebakterien

-

δ

13C-Werte als Hinweis auf biotische

Iso-topenfraktionierung

älteste Organismenfunde

Gunflint Fm.(2 Mrd. a)

Belcher Gr. (2 Mrd. a)

N-Australien (1,5 Mrd. a)Roper Gr. (2 Mrd. a)

Bitter SpringsFm.(0,85 Mrd. a)

Bitter Springs Fm.(0,85 Mrd. a)

Stromatolithe - Biomatten-Sequenzen -

3,5 Mrd. a – erste Stromatolithe imApex-Chert, W-Australien

δ 13C-Werte des Kerogens (Chemofossil!)aus den Sedimenten

photoautotrophe

Organismen

früharchaisch

bereits

O2

-Photosynthese

Stromatolithe

-

O2

-Produktion –

Hydrosphäre

-

Atmosphäre

Itabirite

– gebänderte

marine Eisenerze(banded iron formations –

BIF´s)

weit

verbreitet

von 3,3 bis

1,8 Mrd. a

kein

freier

O2 in Atmosphäre,wenig

O2 in den Meeren

2,3 Mrd. a Laterite

auf Basalten

in S-Afrika

mit

typischer

Struktur

rezenter

Laterite

in Tropen–

Bildung

durch

org. Säuren

aus

Zersetzung

org. Substanz

bei

Anwesenheit

von O2

1,8 Mrd. A –

erste

Rotsedimente

(z.B. Dala-Sandstein, Skandinavien)

um 2 Mrd. a freier

O2 in Atmosphäre

Hamersley, W-Australien

Schneeball Erde: Lagerstätten

Itabirite

gebänderte Hämatit-Quarz-Gesteine

Banded

Iron Formations

-

BIFs

BIF-Genesemodell

Snowball

Earth

BIF-Genesemodell

Entwicklung Atmosphäre– O2 -freie Atmosphäre – O2 -Produktion in den Ozeanen

3. Bio-Events –

frühe Metazoen-Evolution

Th. Voigt

3.1. „Faunen“

im Präkambrium

Prokaryoten

“Fauna”

dominant: Eubakterien, Cyanobakterien,

Ediacara

Fauna

dominant: Vendobionten,Echinodermen-Vorformen,Arthropoden-Vorformen, ...(rd. 575-540 Ma)

Balken: 1 cm

Zytoplasma

Nucleoid

Flagella

Pilii

Ribosomen

zytoplasmischeMembran

ZellwandCapsula

„die Gärten von Ediacara“ um 600 Ma

Charniodiscus

Mawsonites

-

früheste

mehrzellige

Organismen(Metazoa) als

Körperfossilien,bis

1 m lang

–

“Tierniveau”

in derEvolution der

Organismen

-

Ernährungsweise

diskutabel:Filtrierer? Detritus-Fresser? Räuber?

oderchemoautotroph? photoautotroph?

Ediacara

Fauna

1.Biomineralisations- Event

small shelly Faunen U. Kambrium

Entgiftung

Stabilisierung

Schutz

Speicher

Motorik

calcitische Skelette entstehen

Lithosphäre:biogene

Karbonat-Sedimente

2. Biomineralisations- Event

Entgiftung

Stabilisierung

Schutz

Speicher

Motorik

Chitin-Skelette entstehen

Biosphäre:komplexere Nahrungsketten mit effektiveren Räuber-Beute-Beziehungen

U. Kambrium

Räuber/Beute-Beziehungen: schneller, stärker, effizienter WettbewerbBeschleunigung der Evolution

erste Jäger -

Anomalocaris

Vom mat ground zum mix ground – Recycling von Nährstoffen

tote org. Substanz

bzw. Abbauprodukteim

Sediment begrabenkeine Rückführung in den Kreislauf

tote org. Substanz

bzw. Abbauprodukte

werdendurch

Bioturbation in den Kreislauf

zurückgeführteffektiveres Recycling

Präkambrium Kambrium

5. Grundprobleme des Überganges abiotische/biotische

Evolution

Kompartimentierung

Stoffwechsel

Reproduktion

Katalyse

Regulation

Wachstum

genet. Programm

Anpassung8

Säulen

1. Frage:

Was ist Leben? “Minimalorganismus”

Bildung organischer Moleküle

Entstehung und frühe Evolutiondes Lebens

Vier Schritte auf dem Weg zum Leben

Bildung von Molekülsystemen

Selbstorganisation der Molekülsysteme

natürliche Auslese

Alanin

Acetylen Alanin

Julia

-Men

ge

Peptid

... an Kristallmatrizen ...

z.B. Tonminerale, Calcit, Pyrit

Entstehung organischer Polymere, Peptide

Aminosäure-Ketten „vom Fließband“

Bildung organischer Molekülsysteme

Konsolidierung der Erde: ~ 4,6 Mrd. a

älteste Gesteine: ~ 3,96 Mrd.a

signifikanter freier Sauerstoff: ~ 2 Mrd.a

älteste nachgew. Eukaryota: ~ 1,4 Mrd.a

älteste nachgew. Vielzeller: ~ 580 Ma Ediacara Fauna

älteste Fossilien (Cyanos): ~ 3,5 Mrd.a

feste Kruste / freies Wasser: ~ 4,4 Mrd.a

Frühe Evolution Biosphäre: Zusammenfassung

Kambrische Explosion: 530 – 500 Ma1. Biomineralisationsereignis – Calcit-Skelette: ~ 540 Ma

2. Biomineralisationsereignis – Chitin-Skelette: ~ 520 Ma

PalPalääontologie = Systemwissenschaftontologie = Systemwissenschaft