Wahrscheinlichkeit und Einzigartigkeit von Leben

[Conz]

Hallo,

es werden ja verschiedene Ausgangspunkte für den Start des Lebens auf unserem oder anderen Planeten diskutiert. Beispielsweise, an schwarzen Rauchern, in austrocknenden Pfützen an der Küste, durch Meteoriten, in der Atmosphäre durch Blitze etc.
Wird in den ganzen Theorien davon ausgegangen, dass dies nur ein einmaliges Ereignis war, oder dass das Aufkeimen von Leben an mehreren Stellen passierte?

- Wenn es ein einmaliges Ereignis war, muss ich es mir also so vorstellen, dass das ganze Leben auf der Erde von einer einzigen "Urzelle" ausgeht?
Also es sich ein einziges Mal in irgend einer Pfütze auf dem Planeten die Konstellation von Zellmembran und -kern gebildet hat?
Dann wäre die Entstehung von Leben doch ein sehr unwahrscheinlich/ungewöhnliches Ereignis.

- Es in der Entwicklungsgeschichte der Erde nur eine sehr kurze Zeitspanne bestand, wo sich Leben bilden konnte. Damit meine ich, dass in einer Epoche alle Bedingungen genau die richtigen waren, so dass sich in mehreren Pfützen/Wolken/Einschlagskrater Zellen Bilden konnten. Wären die dann verwandt? Hat es dann nur einer dieser Zellhaufen geschafft zu einem mehrzelligen Organismus weiterzuentwickeln, der dann den ganzen Planeten "besiedelt" hat? Also eigentlich die gleiche Frage wie bei dem Einzeller.

- Oder stellt man sich vor, dass sich auch heute noch ständig neue Einzeller oder Zellhaufen bilden? Noch weiter gedacht, dass ständig Einzellerzellhaufen den Evolutionären Schritt gehen und sich zu einem mehrzelligen Organismus "verschmelzen".

Wo war dann aber die Grenze, dass alles weiterentwickelte Leben auf wirklich einen gemeinsamen Ursprung zurück geht? Der "Urzellhaufen", der sich dann planetweit ausgebreitet hat. Oder waren diese Urzellhaufen gar nicht wirklich verwandt?

 

[Schmidts Katze]

Hallo Conz,

wenn erstmal Leben entstanden ist, vermehrt es sich und verbreitet sich nach überall, wo die Bedingungen OK sind.
Es frisst die Ursuppe auf, setzt Sauerstoff frei, und verhindert so, daß sich ein zweites Mal Leben bildet.

Grüße
SK

 

[Conz]

Hallo Schmidts Katze,

der Sauerstoff als begrenzender Faktor klingt gut. Ging das denn so rasend schnell mit der Verbreitung? Wie groß wird denn der Zeitraum gewesen sein von der ersten Zelle, bis dann der Anteil an Sauerstoff in der Atmosphäre so hoch stieg, dass keine Bildung von neuem Leben mehr möglich war?

Das klingt für mich aber schon so, dass sich die Entstehung von Leben in einer Ursuppe als sehr unwahrscheinlich darstellt.

Es gab eine Zeit, wo stellenweise (oder überall) auf der Erde die richtigen Bedingungen geherrscht hatten. (Druck, Temperatur, Zusammensetzung der Ursuppe etc.)
Dann hat sich nur an einem Ort eine Zelle entwickelt, die sich teilen konnte.
Diese haben sich so rasend schnell verbreitet, dass es (trotz der optimalen Bedingungen) keine vergleichbare Kombination aufgetreten ist und es somit keinen Konkurrenten gab. (Diese Übergangsphase finde ich erstaunlich)

Dann ab einer bestimmten Verbreitung konnte kein weiteres Leben entstehen, da zuviel Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden war. Kann heute schon gesagt werden, ab wie vielen Teilen Sauerstoff in der Umgebungsluft keine Bildung von Leben mehr möglich ist?
Und auch nur Nachkommen der Urzelle haben es geschafft mit dem steigenden Sauerstoff zu "überleben"?

Jedenfalls scheint mir die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Leben sehr geringen (nicht Null, sonst würde es uns ja nicht geben), wenn alles Leben nur auf einen Kern zurückzuführen ist.
Oder hat sich vll. doch mehrfach Leben gebildet und nur die uns bekannte Form hat sich dann durchgesetzt?

Gruß
Conz

 

[jonas]

Hallo Conz

Du kannst mal die (erweiterte) Forensuche mit folgenden Stichwörtern füttern: "Entstehung Leben", user "Mahananda", Beiträge anzeigen. Dort findest Du sehr interessante Beiträge zum Thema.

In wikipedia wäre der Artikel Chemische Evolution auch recht interessant.

Man hat bis heute keine gesicherte Vorstellung wie das Leben auf der Erde entstand. Persönlich glaube ich aber, daß es an mehreren Stellen der Erde entstand und möglicherweise auch mehrfach wieder zerstört wurde.

Was den Sauerstoff betrifft: Dazu braucht es erstmal Zellen, die die Photosynthese betreiben. Diese muss also nach der Entstehung des ersten Lebens erst "erfunden" werden. Und danach dauert es eine halbe Ewigkeit bis die Atmosphäre langsam freien Sauerstoff anreichert.

Diese haben sich so rasend schnell verbreitet, dass es (trotz der optimalen Bedingungen) keine vergleichbare Kombination aufgetreten ist und es somit keinen Konkurrenten gab. (Diese Übergangsphase finde ich erstaunlich)

Diese Übergangsphase, die Du meinst, dürfte die Kambrische Explosion sein. Wenn man davon ausgeht, daß das erste Leben vor dreieinhalb milliarden Jahren entstanden ist und die kambrische Explosion vor gut 500 Millionen Jahren, so dauerte dieser Konkurrenzkampf unter den Einzellern 3 milliarden Jahre. Es war also wohl wahrlich kein kurzer heftiger Kampf der ersten Zellen nach dem nur eine Art übrig blieb.

 

[Conz]

Danke Jonas für die spitzen Links und Schlagworte. So wie Du es zusammengefasst hast scheint es mir auch wahrscheinlicher.

Gruß
Conz

 

[Schmidts Katze]

Hallo Conz

Du kannst mal die (erweiterte) Forensuche mit folgenden Stichwörtern füttern: "Entstehung Leben", user "Mahananda", Beiträge anzeigen. Dort findest Du sehr interessante Beiträge zum Thema.

Das werde ich jetzt erstmal tun.
Den Wiki-Artikel finde ich auch sehr gut.

Mit dem Sauerstoff hast du wohl recht, das hat zu lange gedauert.

Aber das Auffressen der Ursuppe:
Es wird auf der frühen Erde sicher nicht jede Woche neues Leben gegeben haben.
Wenn es Leben erstmal gibt, wird es sich sicher schnell in jede Pfütze verbreitet haben, und da verbraucht es die ganzen Bestandteile der Ursuppe, aus denen sonst Leben entstehen könnte.
Die ökologische Nische ist besetzt.

Grüße
SK

 

[jonas]

Die ökologische Nische ist besetzt.

So wie Du diesen Begriff benutzt, hättest Du von meinem alten Bio Lehrer links und rechts eine bekommen

Die ökologische Nische ist nicht örtlich zu verstehen. In der selben Pfütze können viele ökologische Nischen existieren und damit auch eine Vielzahl von unterschiedlichen Lebensformen. Nicht jeder frisst das Gleiche und nicht jeder frisst gleich den anderen auf

 

[Schmidts Katze]

So wie Du diesen Begriff benutzt, hättest Du von meinem alten Bio Lehrer links und rechts eine bekommen

Der ist dann hoffentlich schon in Rente.
Mit Öko-Nische meine ich den ganzen Planeten, auf dem Aminosäuren, Proteine usw vorhanden sind, aber bisher kein Leben.
Wenn einmal Leben entsteht und überlebt, hat es schnell alle vorhandenen Öko-Nischen besetzt, bevor unabhängig davon nochmal Leben entsteht..
Überall, wo sich die Grundsubstanzen des Lebens anreichern, werden Einzeller auftauchen, die diese verwenden.

Es frisst die Ursuppe auf, ... , und verhindert so, daß sich ein zweites Mal Leben bildet.

Grüße
SK

 

[Mahananda]

Hallo Conz,

es ist nicht sicher, ob Lebewesen nur ein einziges Mal auf der Erde entstanden sind, oder ob es mehrere Anläufe gegeben hat, von denen nur ein einziger überlebt hat. Aus der heutigen Datenlage lässt sich diese Frage nicht entscheiden. Das Resultat wäre in beiden Fällen das gleiche: ein einziger Grundtyp von Lebewesen mit identischen Kernprozessen - wobei die Bioproteinsynthese hier als Referenz dienen kann. Bis auf einige wenige Ausnahmen ist der "genetische Code" bei allen Lebewesen gleich. Dies ermöglicht es, beispielsweise menschliches Insulin von Bakterien erzeugen zu lassen, indem man das dazu nötige Gen in das Bakteriengenom einschleust. Auch mit Spinnengenen in Kühen hat man mittlerweile gute Erfahrungen gesammelt, um Spinnenfäden industriell zu produzieren. Das aber nur am Rande ...

Die schon erwähnten Ausnahmen sind interessanter, denn diese deuten darauf hin, dass es in ferner Vergangenheit mehrere Variationen hinsichtlich der Bioproteinsynthese gegeben hat. Die meisten dieser Abweichungen finden sich in den Mitochondrien gewöhnlicher Zellen. Diese verfügen über ein eigenes Genom, was dafür spricht, dass sie ursprünglich eigenständige Lebewesen waren, die jetzt in Symbiose (Daseinsweise zum gegenseitigen Vorteil) mit der Wirtszelle leben. Zur Zeit der Entstehung der kernhaltigen Zellen (Eukaryoten), also vor ca. 2,5 bis 2,0 Milliarden Jahren, gab es folglich (noch)differierende Zellarten hinsichtlich des "genetischen Codes", die möglicherweise auf mehrere Entstehungszentren hinweisen. Die späteren Mitochondrien haben einen Weg gefunden, mittels Endosymbiose (Siehe hierzu "Endosymbionten-Theorie"!) zu überleben, während andere, frei lebende Varianten von der heute dominanten Universalvariante verdrängt wurden.

Ein weiteres Indiz für mehrere Entstehungszentren ist der Umstand, dass von einigen Bakterien und Archaeen - von der Universalvariante abweichende - Aminosäuren verwendet werden (z.B. Selenocystein oder Pyrrolysin), während das daran beteiligte Triplett der mRNA üblicherweise zum Syntheseabbruch führt. Denkbar ist, dass in einem anderen Entstehungszentrum eine entsprechende Codase (Protein, welches eine Aminosäure an eine tRNA bindet) vorhanden war, die andernorts fehlten. Im Verlauf der weiteren Entwicklung wird es zu verschiedenen Varianten des Umgangs mit der Konkurrenzsituation gekommen sein. Eine Variante ist Endosymbiose, aber diese ereignete sich relativ spät. Verbreiteter war wohl zunächst die Erweiterung der Vielfalt durch Integration der Codaseaktivität der unterlegenen Zellen in die Stoffwechseltätigkeit der Überlebenden - also nicht schlicht Vernichtung der Konkurrenz sondern Übernahme dessen, was brauchbar war.

Aus möglicherweise nur vier oder fünf verschiedenen Codasen, die lediglich für Aminosäuretypklassen spezifisch waren (sauer, basisch, hydrophil, hydrophob) bildete sich auf diesem Wege schließlich die heutige Vielfalt von 61 Codasen aus, die insgesamt 20 Aminosäuren an tRNA binden können. Nebenwirkung dieses "learning by eating" war die Einpegelung der Redundanz des "genetischen Codes" auf ein praktikables Maß, um die Fehlerquote bei der Bioproteinsynthese größtmöglich zu senken. Gefundene Lösungen, die sich bewährt hatten, konnten somit länger konserviert werden (sogenannte "Kernprozesse") und waren nun als stabile Zwischenstufe für weitere Entwicklungsschritte geeignet.

Auch die schon erwähnte "Kambrische Explosion" ist wahrscheinlich das Resultat der Konservierung einer einmal gefundenen Lösung für Vielzelligkeit in Verbindung mit Zelldifferenzierung. Wie wahrscheinlich diese Lösung ist, lässt sich derzeit nicht einmal ansatzweise abschätzen. Bei der Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Lebewesen sind wir da einen kleinen Schritt weiter. Reinhard W. Kaplan hat in den 1970er Jahren einen Ansatz auf der Basis der oben erwähnten Codasen unternommen, um die Entstehungswahrscheinlichkeit von Lebewesen auf der Erde zu berechnen. Ich kann das hier nicht im Detail wiedergeben, aber das Resultat liest sich wie folgt:

Bei 4 Codasen liegen die kritischen Mengen günstiger Aggregate [also "Ursuppe", eigene Anmerkung] im Bereich von einigen Gramm bis Kilogramm. Selbst wenn nur 1/1000 aller Aggregate die die oben dargelegte günstige Beschaffenheit hätten, ergäbe das nötige Gesamtmengen von einigen Kilogramm bis wenigen Tonnen aller Aggregate. Das sind Mengen, die mit ziemlicher Sicherheit auf der Früherde, wahrscheinlich sogar vielfach entstanden sind. Protobionten mit dieser Codasezahl sind daher sicherlich in größerer Zahl entstanden.

Protobionten mit 5 Codasen sind dagegen 10^9mal seltener, für ihre Entstehung wären mengen von 10^4 bis 10^5 t günstiger Aggregate und also Gesamtmengen von 10^7 bis 10^8 t notwendig. Sie benötigten eine Ursuppenmenge, die etwa die deutsche Bucht der Nordsee füllen würde. Immerhin ist diese Aggregatmasse noch 10^5 bis 10^6mal kleiner als der Grenzwert von 10^13 t. so dass mit wenigstens einigen Ursprüngen solcher Protobionten auf der Erde gerechnet werden kann.

Dagegen erfordern Protobionten mit 6 Codasen Aggregatmengen, die 10^5 bis 10^6mal größer sind als die frühirdische Maximalmenge von 10^13 t. Für ihren Ursprung wären also viele Millionen "Früherden" erforderlich, eine Zahl, die wohl nur in einer ganzen Galaxis aus 10^10 Sternen vorkommt. Ihr Ursprung, wie auch der noch höher organisierter Protobionten, wäre tatsächlich ein einmaliger Glücksfall auf unserer Erde.

Siehe dazu: Reinhard W. Kaplan: Der Ursprung des Lebens - Biogenetik, ein Forschungsgebiet heutiger Naturwissenschaft. 2. Auflage, Stuttgart 1978, S. 165

Viele Grüße!

 

[Conz]

Hallo Mahananda,

danke für diese ausführliche Erklärung. Das klingt ja alles nochmal komplexer und interessanter, als ich dachte.

Wenn ich es nochmal laienhaft zusammenfassen darf:

Auf der Erde wird es verschiedene Plätze mit unterschiedlich zusammengesetzten Ursuppen gegeben haben. Abhängig von der Zusammensetzung hat sich Leben wahrscheinlich mehrfach gebildet und dies mit leicht unterschiedlichen Ansätzen.
In dieser Menge verschiedenen "Urlebens" kam es nicht nur zu fressen und gefressen werden, sondern viel wichtiger auch zu Kombinationen dieser nicht verwandten Lebensformen oder Aufnahme dieser in die eigene Struktur.
Aus diesem Mischleben hat sich dann das uns bekannte "Universalleben" entwickelt.

 

[Mahananda]

Wenn ich es nochmal laienhaft zusammenfassen darf:

... prägnanter hätte ich es auch nicht besser hinbekommen! Ja, so ist es!

Viele Grüße!

 

[jora52]

Hallo Conz,
Hast Du schon mal Frank Schätzing gelesen: Nachrichten aus einem unbekannten Universum? In diesem Buch bringt der Schätzing u.a. auch dieses Thema mit einem guten Schuß Humor unter die Leute. Liest sich sehr interessant und amüsant.

Gruß – Jora52

 

[Conz]

Hallo jora52,

das Buch habe ich noch nicht gelesen, danke für den Buchtipp. Ich werde es mir mal für die kommenden Winterabende bestellen.

Grüße
Conz

 

[Roland90]

Auf der Erde wird es verschiedene Plätze mit unterschiedlich zusammengesetzten Ursuppen gegeben haben. Abhängig von der Zusammensetzung hat sich Leben wahrscheinlich mehrfach gebildet und dies mit leicht unterschiedlichen Ansätzen.

Dieser Meinung bin ich nicht.
Meines Wissens nach gibt es eine Besonderheit bei Aminosäuren-Monomeren. Es gibt zwei Arten, die sich nicht in ihrer chemsichen Zusammensetzung, sondern nur in der Orientierung der Atome im Molekülverband unterscheiden. In Meteoritenüberresten findet man Aminosäuren beiden Typs, rechts- und linkshändige.
Das Leben auf der Erde verwendet ausschließlich linkshändig aufgebaute Aminosäuren. Warum das so ist, kann zurzeit niemand sagen, es scheint zufällig bestimmt zu sein.
Je mehr Plätze mit unterschiedlichen Leben es also gegeben haben soll, desto Wahrscheinlicher ist es, dass es auch heutzutage noch Leben mit rechtshändigen Aminosäuren-Monomeren gibt. Das gibt es aber nicht.

Ich könnte mir jedoch vorstellen, dass die "Linkshänder" die "Rechtshänder" aufgefressen haben könnten, wenn es sie jemals gab. Jedenfalls stammen wir von linkshändig-aufgebauten Lebensformen ab.

 

[FrankSpecht]

Moin, Roland90,

Jedenfalls stammen wir von linkshändig-aufgebauten Lebensformen ab.

Ich bin bei weitem kein Bio-Experte, aber m.E. guter Einwand!
Da ich die Grundlagen der Archaeobiologie nicht kenne und schon gar nicht verstehe, resümiere ich:
a.) Evolutionisten suchen immer noch Zuflucht beim Zufall, weil sie die Existenz einer bewussten Intervention nicht akzeptieren wollen. (Zitat: http://www.darwinismus.com/molekularbiologie_04.php)
b.) Linksdrehende Aminosäuren etablierten sich in nur einer Sphäre (nördlich oder südlich) des Äquators.

 

[Mahananda]

Hallo Roland,

Je mehr Plätze mit unterschiedlichen Leben es also gegeben haben soll, desto Wahrscheinlicher ist es, dass es auch heutzutage noch Leben mit rechtshändigen Aminosäuren-Monomeren gibt. Das gibt es aber nicht.

Diese rechnung geht nicht auf, weil der Entstehung der Protobionten eine längere Phase der Anreicherung der nötigen Agenzien vorausgegangen ist, inklusive der Synthesewege, die zur Bevorzugung der L-Variante von Aminosäuren geführt hat. Du hast zwar recht, dass in Meteoriten beide Varianten gefunden werden, aber auch hier besteht bereits ein leichtes Ungleichgewicht zugunsten der L-Variante. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Syntheseweg aufbaut, der zu einer einseitigen Anreicherung von L-Varianten führt, ist damit bereits auf abiotischem Weg gegeben. Die Entstehung von ersten Lebewesen ergibt demnach unter Berücksichtigung der vorausgehenden Chemosynthese-Phase eine Bevorzugung von L-Varianten - egal an wie vielen Plätzen unabhängig voneinander Lebewesen entstehen.

Weiterhin ist zu bedenken: Die Variante von Lebewesen, die bis heute überdauert hat, konnte nur "ihresgleichen" verwerten und hat sich (u.a. infolge effizienterer Verwertung durch Einpassung der Stoffwechselwege der Beute in den eigenen Stoffwechsel) als fitter erwiesen als möglicherweise parallel dazu vorhandene D-Varianten. Die L-Varianten haben schneller und mit einer höheren Vermehrungsrate sämtliche Nischen besetzt, so dass für hypothetische D-Varianten kein Rückzugsraum mehr verblieben ist. Wenn es sie jemals gegeben hat, dann sind sie längst ausgestorben.

Viele Grüße!

 

[Mahananda]

Da ich die Grundlagen der Archaeobiologie nicht kenne und schon gar nicht verstehe, resümiere ich:

... am besten gar nichts, denn auf welcher Grundlage willst du dir ein Urteil zu archäobiologischen Vorgängen bilden?

Evolutionisten suchen immer noch Zuflucht beim Zufall, weil sie die Existenz einer bewussten Intervention nicht akzeptieren wollen.

... und was das Beste ist: Sie müssen es gar nicht!

Linksdrehende Aminosäuren etablierten sich in nur einer Sphäre (nördlich oder südlich) des Äquators.

Klar! Das hat der liebe Gott wohlweislich so eingerichtet. An dieser Stelle möchte ich gleich nachfragen: Nordhalbkugel oder Südhalbkugel?

 

[FrankSpecht]

Moin, Mahananda,

hmm, ich sollte so spät nachts nichts posten. Irgendwie ist ein Satz von mir weggeblieben, der darauf hingedeutet hatte, dass ich das nicht ganz so ernst meinte

Deine Erklärung im Post an Roland gefällt mir jedenfalls weit besser.

'tschuldige bitte!

 

[Mahananda]

'tschuldige bitte!

Angenommen!

 

[Roland90]

Diese rechnung geht nicht auf, weil der Entstehung der Protobionten eine längere Phase der Anreicherung der nötigen Agenzien vorausgegangen ist, inklusive der Synthesewege, die zur Bevorzugung der L-Variante von Aminosäuren geführt hat. Du hast zwar recht, dass in Meteoriten beide Varianten gefunden werden, aber auch hier besteht bereits ein leichtes Ungleichgewicht zugunsten der L-Variante. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Syntheseweg aufbaut, der zu einer einseitigen Anreicherung von L-Varianten führt, ist damit bereits auf abiotischem Weg gegeben.

Das wusste ich nicht. Hast du einen Link/Quelle?

Weiterhin ist zu bedenken: Die Variante von Lebewesen, die bis heute überdauert hat, konnte nur "ihresgleichen" verwerten und hat sich (u.a. infolge effizienterer Verwertung durch Einpassung der Stoffwechselwege der Beute in den eigenen Stoffwechsel) als fitter erwiesen als möglicherweise parallel dazu vorhandene D-Varianten. Die L-Varianten haben schneller und mit einer höheren Vermehrungsrate sämtliche Nischen besetzt, so dass für hypothetische D-Varianten kein Rückzugsraum mehr verblieben ist. Wenn es sie jemals gegeben hat, dann sind sie längst ausgestorben.

Ich habe jetzt nochmal in einem Buch nachgeschaut: es gibt tatsächlich rechtshändig gebaute Aminosäuren an einigen Eiweißkörpern in den Zellwänden gewisser Bakterien. Das sind allerdings die einzigen Ausnahmen.