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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Panspermia: Entstand das Leben in Kometen?



astronews.com Redaktion
15.08.2007, 20:20
Astrobiologen der Universität in Cardiff haben eine Theorie: Das Leben, so glauben sie, entstand im Inneren von Kometen und breitete sich von dort auf Planeten mit lebensfreundlichen Bedingungen aus. Die Daten der jüngsten Kometenmissionen Deep Impact und Stardust, so die Forscher, würden diese Panspermia-Theorie ausdrücklich unterstützen. (15. August 2007)

Weiterlesen... (http://www.astronews.com/news/artikel/2007/08/0708-023.shtml)

jonas
15.08.2007, 22:21
Das Problem, welches ich mit dieser und anderer Panspermie Ideen habe, ist vor allem der Einschlag. Wenn ein Kometeneinschlag im Umkreis von x Kilometern sämtliches Leben augenblicklich auslöscht, wie kann man dann annehmen, dass gerade im Zentrum des Geschehens die kleinen Würmchen überleben.

Gut, die Würmchen sind schon recht widerstandsfähig: Sie überleben die radioaktive Strahlung, die das Wasser im Kometenkern füssig hält und sie überleben die Temperaturschwankungen, die der Komet auf seiner Bahn um die Sonne periodisch ausgesetzt ist. Aber den Einschlag selbst, mit einer atemberaubenden Beschleunigung im Moment des Aufpralls, des Drucks und der Hitze, also sorry, irgendwie wären das dann doch Bakterien, die als Superman vom Planeten Krypton kommen.

Dann noch zu den Wahrscheinlichkeiten, die im Artikel angesprochen wurden: Richtig ist wohl, dass das Leben auf dem Kometen ein wenig mehr Zeit hatte zu entstehen. Aber was ist mit der Wahrscheinlichkeit, dass ein im All umherschwirrender Komet, auf dem sich als einziger im Sonnensystem Leben gebildet hat, gerade auf die Erde fällt? Diese ist extrem gering.

Also muss es sehr viele Kometen geben, in denen Leben entstanden ist. Und wenn Leben auf so vielen unabhängigen Orten entstanden ist, dann entfällt die Notwendigkeit eines Transporteurs wie z.B. ein Komet. Denn dann kann sich das Leben ebensogut auch auf der Erde spontan gebildet haben, und zwar dann auch mit ähnlicher Wahrscheinlichkeit.

Hypersim
15.08.2007, 23:58
toll, vielen dank, ich hätte es nicht besser ausdrücken können!!
genauso sehe ich es nämlich auch: warum die eine unwahrscheinlichkeit mit einer sehr viel größeren unwahrscheinlichkeit aus dem weg räumen!? :D



Das Problem, welches ich mit dieser und anderer Panspermie Ideen habe, ist vor allem der Einschlag. Wenn ein Kometeneinschlag im Umkreis von x Kilometern sämtliches Leben augenblicklich auslöscht, wie kann man dann annehmen, dass gerade im Zentrum des Geschehens die kleinen Würmchen überleben.

Gut, die Würmchen sind schon recht widerstandsfähig: Sie überleben die radioaktive Strahlung, die das Wasser im Kometenkern füssig hält und sie überleben die Temperaturschwankungen, die der Komet auf seiner Bahn um die Sonne periodisch ausgesetzt ist. Aber den Einschlag selbst, mit einer atemberaubenden Beschleunigung im Moment des Aufpralls, des Drucks und der Hitze, also sorry, irgendwie wären das dann doch Bakterien, die als Superman vom Planeten Krypton kommen.

Dann noch zu den Wahrscheinlichkeiten, die im Artikel angesprochen wurden: Richtig ist wohl, dass das Leben auf dem Kometen ein wenig mehr Zeit hatte zu entstehen. Aber was ist mit der Wahrscheinlichkeit, dass ein im All umherschwirrender Komet, auf dem sich als einziger im Sonnensystem Leben gebildet hat, gerade auf die Erde fällt? Diese ist extrem gering.

Also muss es sehr viele Kometen geben, in denen Leben entstanden ist. Und wenn Leben auf so vielen unabhängigen Orten entstanden ist, dann entfällt die Notwendigkeit eines Transporteurs wie z.B. ein Komet. Denn dann kann sich das Leben ebensogut auch auf der Erde spontan gebildet haben, und zwar dann auch mit ähnlicher Wahrscheinlichkeit.

Toni
16.08.2007, 07:14
Hallo jonas,

Deine Ausführungen und Bedenken haben mir sehr gut gefallen und ich hätte ihnen auch sofort zugestimmt, wenn ... ja, wenn da nicht diese eine Sache mit dem Einschlag wäre ... :o

Aber den Einschlag selbst, mit einer atemberaubenden Beschleunigung im Moment des Aufpralls, des Drucks und der Hitze, also sorry, irgendwie wären das dann doch Bakterien, die als Superman vom Planeten Krypton kommen. Wenn diese kilometergroßen Dinger, egal, ob sie vor Erreichen der Erdatmosphäre auseinanderfallen oder nicht, nun in eines der Weltmeere plumpsen, und hier liegt die Wahrscheinlichkeit (um bei diesen Wahrscheinlichkeiten zu bleiben :rolleyes: ) immerhin bei 71% (!), so ist dies doch keineswegs vergleichbar mit einem Aufschlag auf Land?

An Land wird eine ungeheure Menge Energie freigesetzt, weil sich das viel festere Erdreich nicht so ohne weiteres verdrängen lässt. Ein mehrere Kilometer tiefer Ozean ist da aber um vieles "weicher"! - Sicher, auch hierbei werden Kometen auseinandergesprengt, aber nicht mit dieser Energiefreisetzung. Diese geht nämlich in die Verdrängung der Wassermassen über, wodurch letztendlich diese gewaltigen Tsunamis ausgelöst werden.

Im Umkehrschluss heißt dieses aber, dass die Panspermie nicht durch die ersten, zahlreich eingeschlagenen Kometen erfolgen konnte, denn diese brachten ja angeblich erst einmal das Wasser für die Ozeane auf die Erde. Die Panspermie muss also in einer wesentlich späteren Phase stattgefunden haben.


Richtig ist wohl, dass das Leben auf dem Kometen ein wenig mehr Zeit hatte zu entstehen. So sehr viel kann auch das nicht sein, jonas. ;) Laut Harald Lesch ist lediglich eine halbe Million Jahre vor der Entstehung der Erde diese Supernova hier in der Nähe explodiert, der die protoplanetare Materie in unserem Sonnensystem entstammt. Dies bedeutet, dass, wenn die Erde 4,600 Mrd. Jahre alt ist, dies vor 4,605 Mrd. Jahren geschah. - Ein vernachlässigbarer Unterschied. :) Der Urozean soll sich ja bereits 700 Mill. Jahre später ausgebildet (Quelle: Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Erde#Leben_und_Klima)) und vor 3,900 Mrd. Jahren soweit abgekühlt haben, dass sich Leben bilden konnte. Weitere 400 Mill. Jahre später soll aber schon erstes Leben auf der Erde entstanden sein (Quelle: Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Leben#Naturwissenschaft)). Wenn dem so ist, dann haben die Kometen gerademal rund 60% mehr Zeit für die Entstehung des Lebens gehabt als unsere gute alte Erde.


Also muss es sehr viele Kometen geben, in denen Leben entstanden ist. Und wenn Leben auf so vielen unabhängigen Orten entstanden ist, dann entfällt die Notwendigkeit eines Transporteurs wie z.B. ein Komet. Denn dann kann sich das Leben ebensogut auch auf der Erde spontan gebildet haben, und zwar dann auch mit ähnlicher Wahrscheinlichkeit. Dem kann ich wieder uneingeschränkt zustimmen.

Beipflichtende Grüße von
Toni

albert
16.08.2007, 08:57
Hi Jonas, Toni

diese Theorie von den "Panspermien", welche durch Kometen transportiert werden, ist beileibe nicht neu.
Wenn wir jetzt aufdem Mars gleichartige Bakterien/Viren wie auf der Erde finden, könnte das diese Theorie bestätigen.

Das Argument von Toni betr. Einschlag in einem Ozean finde ich interessant. Vor allem auch, weil das Leben ja aus dem Meer kommt, oder?

:cool:

Mahananda
16.08.2007, 09:15
Hallo,

den Ausführungen von Jonas ist eigentlich nicht mehr viel hinzuzufügen. Die Wahrscheinlichkeit ist in der Tat äußerst gering, dass a) Lebewesen in Kometen entstehen, b) ein Leben tragender Komet die Erde trifft (ob in den Ozean oder auf Festland ist dabei unerheblich) und c) die Lebewesen nach dem Impakt in funktionsfähigem Zustand freigesetzt werden und sich in einer gänzlich anderen Umgebung einnischen können. Viel wahrscheinlicher ist, dass das Leben auf der Erde entstand und die dort vorhandenen Habitate nutzen konnte, um sich auszubreiten.

Das Milieu in einem Kometenkern ist ein gänzlich anderes als in einem Ozean. Ich bezweifle nicht, dass ein großer Teil präbiotischer Evolution bis hin zu Polypeptidketten und Nukleinsäurebasen in Kometen abgelaufen sein könnte und das nach Kometeneinschlägen die "Ursuppe" damit angereichert wurde, aber die Organisation einer Zelle erfordert doch etwas mehr an Rahmenbedingungen als ein Komet bieten kann. Ich denke insbesondere an den Einfluss mineralischer Schichten zur Ausbildung von Membranen sowie zur Proteinfaltung oder auch die Gezeiten, die in Wattflächen zur temporären Trockenlegung von Habitaten führten, in denen sich unter UV-Strahlungseinfluss Radikale bilden konnten, die in geschützteren Lagen (z.B. auf der Unterseite von Steinen) zu komplexeren Strukturen polymerisierten.

Zu bedenken ist auch, dass der Salzgehalt der Ozeane für kometar entstandene Lebewesen letal gewesen sein könnte. Für heutige Bakterien ist das kein Problem, da die Erde mit verfügbaren potenziellen Nährstoffen und Energiequellen quasi überschwemmt ist, aber von außen eindringende Lebewesen müssen sich erst einmal neue Quellen erschließen, bevor sie sich etablieren können. Hier auf der Erde entstandene Lebewesen hätten es da bedeutend leichter, da sie auf das stoffliche Fundament zurückgreifen können, in dem sie sich entwickelt haben. Von daher erscheint mir die Panspermie-These via Kometen unzutreffend zu sein.

Viele Grüße!

Toni
16.08.2007, 09:16
Hoi albert,

Das Argument von Toni betr. Einschlag in einem Ozean finde ich interessant. Vor allem auch, weil das Leben ja aus dem Meer kommt, oder? der Gedanke dazu ist mir so ganz beiläufig gekommen. :o Wenn ich nämlich einen Schneeball forme und ihn mit voller Wucht auf eine feste Oberfläche werfe, macht es "platsch!" :D und das Ding zerspringt in tausend Teile. Werfe ich ihn jedoch ins Wasser, macht es meistens nur "blubb!" :D und das Ding versinkt in den Tiefen. :(

Eine physikalische betrachtete Schneeballschlacht fordernde Grüeßli von
Toni

Aurora
16.08.2007, 09:25
Wenn die Panspermien-Theorie zutreffen sollte, würde das aber auch heißen, dass Kohlenstoffverbindungen anzutreffen sein müssten, die eine Vorstufe zu RNA/DNA bilden. Aus dem Artikel geht nicht hervor ob die Kohlenstoffverbindungen, die im Kometetn gefunden wurden, bereits als erste Lebewesen bezeichnet werden können. Die Vielfalt des Lebens auf der Erde zeigt, dass Leben auch unter den widrigsten Bedingungen existieren kann. Die Aufschlagenergie eines Kometen muss also nicht zwangsläufig alles Leben zerstören. Das gleichzeitige Vorhandensein von Lehm als Katalysator und komplexen Kohlenstoffverbindungen könnte aber auch die Theorie von Wächtershäuser (eine RNA-Welt) stützen. Würde aber "nur" bedeuten, dass Leben doch nicht soo zufällig entsteht wie bisher angenommen. Würde aber auch erklären warum das Leben auf der Erde schon seht früh (zwischen 4,2 und 3,9 Mrd Jahren) entstand. Modelle zeigen, dass die Erde/Protoerde zu diesem frühen Zeitpunkt einem regelrechten Bombardement von Kometen/Asteroiden ausgesetzt war. Wäre Leben tatsächlich so empfindlich, wie allgemein angenommen, hätte es sich nicht schon in der Entstehungsphase der Erde entwickeln können.

Gruß Aurora

Toni
16.08.2007, 10:04
Wenn die Panspermien-Theorie zutreffen sollte, würde das aber auch heißen, dass Kohlenstoffverbindungen anzutreffen sein müssten, die eine Vorstufe zu RNA/DNA bilden. (...) Die Vielfalt des Lebens auf der Erde zeigt, dass Leben auch unter den widrigsten Bedingungen existieren kann. Die Aufschlagenergie eines Kometen muss also nicht zwangsläufig alles Leben zerstören. Das sehe ich genau so, Aurora. :)


Wäre Leben tatsächlich so empfindlich, wie allgemein angenommen, hätte es sich nicht schon in der Entstehungsphase der Erde entwickeln können. Und das ist eben so ein sehr gutes Argument! :cool: Leben scheint wirklich äußerst widerstandsfähig zu sein, sonst hätte es nicht so viele, scheinbar aussichtslose Katastrophen, die es in der Frühphase der Erde en gros gab, immer wieder überstanden.

Lebensbejahende Grüße von
Toni

mac
16.08.2007, 11:26
Hallo Toni,

so ein (ausreichend großer) Komet fällt schon etwas schneller ins Wasser, als wir vom 10 m Turm. Unter 11 km/s ist es kaum zu machen. Dann ist der Unterschied zwischen Wasser und Fels für die Umsetzung kinetischer in Wärmeenergie nicht mehr so groß, wie zwischen leer und voll beim Schwimmbad.

Eher könnte ich mir da schon vorstellen, dass einige Bröckchen, die groß genug sind um nicht schon in der Hochatmosphäre zu verglühen und ihr Inneres ausreichend isolieren können, aber klein genug, um in der Atmosphäre wesentlich abgebremst zu werden (wie beim Hitzeschild) um einen genügend ‚sanften’ Aufprall hinzukriegen, ihre ‚Fracht’ deponieren können.

Später mehr. Dazu brauche ich mehr Zeit. ;)

Herzliche Grüße

MAC

Orbit
16.08.2007, 11:45
Dann ist der Unterschied zwischen Wasser und Fels für die Umsetzung kinetischer in Wärmeenergie nicht mehr so groß, wie zwischen leer und voll beim Schwimmbad.
Sehr schön! Wollte auch sowas schreiben; aber zu einem so anschaulichen Satz ist's dann bei mir nicht geronnen.
Eine leise Vorahnung, wie hart Wasser bei hoher Geschwindigkeit werden kann, erhält man schon, wenn man beim Wasserskifahren stürzt.
Dass man beim Start in Verkehrsflugzeugen immer noch die Schmierenkommödie mit den Schwimmwesten abziehen kann, ohne dass die Fahrgäste aufbegehren, hängt vielleicht damit zusammen, dass eben die meisten immer noch so denken wie Toni.

Auf Deine weiteren verpackungstechnischen Überlegungen bin ich aber gespannt.

Gruss Orbit

Mahananda
16.08.2007, 12:06
Hallo noch einmal,

Das Ganze ist doch ziemlich dubios. Ein Kometenkern hat einen Durchmesser von etwa 10 bis 20 km. Das ist – verglichen mit den Umgebungstemperaturen von -270°C in den sonnenfernen Regionen – zu wenig, um ein dauerhaftes Aufheizen auf mindestens 0°C mit radioaktiven Materialien im Kerninnern zu bewirken. So viele „heiße“ Nuklide kann es dort gar nicht geben, schon gar nicht in einer Konzentration, die ein derartiges Aufheizen auslösen würde. Weiterhin: Ein aufgeheizter Komet müsste seine Wärme irgendwie nach außen abgeben, also einen Schweif entwickeln, obwohl die Energie des Sonnenwindes dafür nicht ausreicht. Bisher ist so etwas noch nicht beobachtet worden.

Nächster Punkt: Das radioaktive Material müsste im Innern des Kerns an einer Stelle konzentriert sein, da eine diffuse Verteilung ein Aufschmelzen des gesamten Kerns vom Zentrum bis zur Oberfläche bewirken würde. Diese Konzentration muss weiterhein exakt im Mittelpunkt vorhanden sein, da eine exzentrische Konzentration die Aufschmelzung nur in Oberflächennähe auslösen würde, mit der Folge, dass der Materialverlust durch Sublimation beschleunigt wäre, bis die radioaktiven Materialien frei lägen. Die während des Aufschmelzens entstehenden Dichteverlagerungen würden zur Rotation des Kometenkerns führen und damit zu einer Verlagerung des konzentrierten radioaktiven Materials durch Zentrifugalkräfte. Das heißt, auch wenn die Materialkonzentration anfangs im Mittelpunkt des Kerns vorgelegen hätte, wäre sie derart labil, dass sie sich in Randbereiche verlagert und mit großer Wahrscheinlichkeit dabei in ihrer Verteilung diffuser wird – was den Aufheizprozess zum Erliegen bringt.

Weiterhin: Das aufgeheizte Wasser müsste, da es sich bei einem Kometenkern nicht um einen differenzierten Körper handelt, mit radioaktiven Partikeln durchsetzt sein – nicht gerade förderlich für entstandene komplexe Strukturen, die sich erst noch zu einem Organismus zusammenfinden müssen.

Zum Lehm: Die Schlussfolgerung, dass in einem Kometenkern mehr Lehm enthalten sein soll als auf der Erde, ist nur schwer nachvollziehbar. Freilich, wenn ich alle Kometen der Milchstraße zusammennehme, summiert sich der Lehm irgendwann auf, aber wenn ich diesen Lehm ins Verhältnis setze mit allen Planeten und Monden der Milchstraße, fallen die Kometen wieder sehr weit zurück. Ich weiß nicht, was solche Zahlenspielchen sollen. Ebenso dubios ist die Abschätzung der Wahrscheinlichkeit für die Entstehung des Lebens auf der Erde. Die mitgeteilte Zahl ist überhaupt nicht nachvollziehbar. Woraus errechnet sich diese? Welche Parameter geben den Ausschlag? Usw. usf.

Das Fazit, das Wikramasinghe & Co. ziehen: „Die Ergebnisse der Kometenmissionen … unterstützen die Panspermia-These“ ist eine sehr eigenwillige Interpretation, die nur unter Zuhilfenahme von abenteuerlichen Zusatzhypothesen zustande gekommen ist. Von daher kann ich deren Euphorie nicht teilen. Wikramasinghe ist, was dubiose Zusatzannahmen betrifft, kein Unbekannter. Zusammen mit Fred Hoyle meinte er, im Spektrum interstellaren Staubs Bakterien und Viren entdeckt zu haben. Einer Nachprüfung hielt das allerdings nicht stand. Sehr schön ist dies bei Robert Shapiro in „Schöpfung und Zufall – Vom Ursprung der Evolution“ (München 1991) beschrieben.

Zitat: „Sie mussten weit umfangreichere Ausweichmanöver unternehmen, um ihre bakteriellen Aussagen mit dem Ultraviolettspektrum der Wolken in Einklang zu bringen. Die wichtigsten, ultraviolettes Licht absorbierenden Substanzen in Bakterien sind Proteine und Nukleinsäuren, und deren Spektren weichen erheblich von dem der Wolken ab. … Sie zogen ein 1964 geschriebenes Buch … zu Rate und wählten daraus neun Tabellen aus. Sie behaupteten, die Spektren der 186 in diesen Tabellen aufgelisteten Moleküle ergäben im Durchschnitt ein zusammengesetztes Spektrum, das dem der Wolken sehr nahe komme. … Ich ging die Tabellen durch … und konnte nur zu dem Schluss kommen, dass sie sich offenbar nicht die Mühe gemacht hatten, die Eintragungen zu lesen, als sie ihren Durchschnittswert errechneten. … Die Mehrheit der auf der Liste genannten Stoffe hatte überhaupt keine biologische Bedeutung. Als ich diese Überprüfung abschloss, stieß ich noch auf eine letzte Ungereimtheit. H. und W. hatten die Verbindungen nicht einmal richtig zusammengezählt. Nur 153 Eintragungen befanden sich in den Tabellen, die sie benutzt hatten, nicht 186.“ (S. 258)

Mich dünkt, da will ein alternder Professor einfach nur Recht behalten …

Viele Grüße!

Toni
16.08.2007, 13:55
Hallo MAC,

so ein (ausreichend großer) Komet fällt schon etwas schneller ins Wasser, als wir vom 10 m Turm. Unter 11 km/s ist es kaum zu machen. Dann ist der Unterschied zwischen Wasser und Fels für die Umsetzung kinetischer in Wärmeenergie nicht mehr so groß, wie zwischen leer und voll beim Schwimmbad. das ist mir schon klar. Der Mensch schiebt ja auch keine Druckwelle vor sich her, wie das ein annähernd senkrecht (oder zumindest im 60°-Winkel) in die Erdatmosphäre eintauchender Kometenkörper tut. Durch diese Druckwelle wird die Meeresoberfläche nämlich nicht mehr so plan gehalten wie bei einem Turmspringer oder Wasserski-Fahrer, wenn der mit der "betonharten" Oberfläche in Kontakt gerät. Und Wasser lässt sich durch solch eine Druckwelle wesentlich leichter beiseite "drücken" als z.B. festes Land.

Zumindest wird das Innere eines Kometen nicht so stark aufgeheizt, wenn dieser ins Meer fällt, wie wenn dieser auf die feste Oberfläche aufschlagen würde. Computeranimationen z.B. im Fernsehen sind mir da für meine Begriffe immer ein bisschen weit hergeholt. Warum sollte es bei einem Einschlag ins Meer eine Explosion wie von Tausenden von Atombomben geben??

Und außerdem (an Mahananda!): Kometen haben meist eine annähernde, kugelähnliche Gestalt (siehe hier: Komet "Wild 2" (http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Wild2_3.jpg)), sind also nicht solch unförmige, kantige Brocken wie die meisten in der Nähe der Umlaufbahn der Erde kreisenden Asteroiden und können nicht nur 10-20 km groß werden, sondern mindestens bis zu 60 km! - Siehe Komet "Hale-Bopp" (http://de.wikipedia.org/wiki/Hale-Bopp)!

Trotzdem Kometen-Einschläge fürchtende Grüße von
Toni

Aurora
16.08.2007, 14:10
In allen Modellen und Theorien wird davon ausgegangen, dass das Leben auf der Erde entstand. Ist aber noch viel zu wenig über die Faktoren und Mechanismen bekannt, die Leben überhaupt entstehen lassen. In diesem Zusammenhang ist viel von Zufällen die Rede und hier wieder gehen die Meinungen von extrem unwahrscheinlich (einzigartig) bis entsteht unter günstigen Bedingungen immer wieder. Selbst über die günstigen Bedingungen weichen die Meinungen weit voneinander ab. Hier war von Ausweichmanövern die Rede. Sind die Zufälle nicht auch nur Ausweichmanöver, die Annahme, dass diese oder jene Bedingungen notwendig sind, wenn Leben entstehen soll oder wissen wir einfach noch nicht genug darüber wann und warum Leben entsteht.
Im Universum werden immer wieder und immer mehr komplexe aromatische Kohlenstoffverbindungen gefunden, die die Grundbausteine des Lebens bilden. OK, Grundbausteine des Lebens sind noch lange kein Leben.

Als das erste Leben auf der Erde entstand (Modellen zufolge) bereits 3 bis 6 Mio Jahre nach Entstehung der Protoerde. Zu diesem Zeitpunkt gab es weder eine feste Erdkruste noch flüssiges Wasser auf der Erde und erst recht keinen Lehm. Die ältesten Gesteine sind jünger als 3,9 Mrd Jahre und somit auch die ältesten Bestandteile der festen Erdkruste.
Was spricht also dagegen das Lehm, als Katalysator zusammen mit den Grundbausteinen/Vorstufen primitiven Lebens in der Entstehungsphase der Erde, während der Zeit des "Bombardements" auf die Erde "regneten".
In einer Studie/Experiment von Hauke Trinks und Wolfgang Schröder "Eis und die Entstehung des Lebens" (Link müsste ich raussuchen) wird beschrieben, dass sich Leben auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt entwickeln kann. Will heißen, es muss nicht zwangsläufig flüssiges Wasser in den Kometen zur verfügung stehen, damit Leben entstehen kann.
Imho sollten, so lange noch keine eindeutigen Erkenntnisse vorliegen, wann und wie Leben entsteht, sollten die einzelnen Hypothesen/Theorien durchaus gleichberechtig nebeneinander diskutiert werden und nicht, nur weil dieser oder jener Wissenschaftler eine andere Meinung vertritt, als spinnert und rechthaberisch abgetan werden.

Gruß Aurora

Mahananda
16.08.2007, 14:23
Hallo Toni,

auch 60 km sind noch viel zu klein, um ein ausreichendes Aufheizen zu bewirken - zumal in einem undifferenzierten Körper. Die kugelähnliche Oberfläche hat darauf keinen Einfluss.

Viele Grüße!

Mahananda
16.08.2007, 14:44
Hallo Aurora,

ungewöhnliche Behauptungen erfordern ungewöhnliche Beweise. Wikramasinghes Behauptungen sind jedoch windiger als ein Windbeutel. Wenn er seine Panspermie-These unbedingt an Kometen festmachen will, dann muss er schon mit besseren Belegen aufwarten als Lehm und rein hypothetischen radioaktiven Nukliden als Zentralheizung. Mal sehen, wie der angekündigte Artikel ausfällt. Vielleicht hat er ja doch noch was in petto.

Viele Grüße!

mac
16.08.2007, 15:21
Hallo,

Die bloße Tatsache, dass die Lebensbedingungen auf der Erde für das Leben der Erde ideal sind, sagt natürlich noch nicht, dass es sich deshalb auf der Erde entwickelt haben muß. Ich kann bei diesem Thema auch nicht wirklich kompetent sagen ja, weil oder nein, weil. Aber ich hab’ mir mal zu der Energiequelle Radioaktivität ein paar Gedanken gemacht.

Zunächst aber noch ein Kommentar zu zwei Passagen aus dem Artikel:
Wickramasinghe und seine Kollegen glauben, dass radioaktive Elemente dafür sorgen könnten, dass im Inneren der Kometen Wasser in seiner flüssigen Form vorkommt - und das vielleicht viele Millionen Jahre lang.
"Die Ergebnisse der Kometenmissionen", erläutert Wickramasinghe, "haben vielleicht viele überrascht, aber sie unterstützen die Panspermia-These. Wir haben nun einen Mechanismus zur Verfügung, wie es passiert sein könnte. Alle notwendigen Bestandteile - Lehm, organische Moleküle und Wasser - sind vorhanden. Da es Kometen länger gibt als die Erde ... so was erhöht mein Vertrauen in die Seriosität dieser Pressemitteilung nicht unbedingt.

Wenn die Entwicklung ‚nur’ einige Millionen Jahre braucht, dann frage ich mich, wie dieses Chancenverhältnis von 1/1E24 zustande kommt? Sieht für mich eher so aus, dass da die Anzahl der potentiellen ‚Mutterschiffe’ miteinander verglichen und jedem die gleiche Chance eingeräumt wurde. Das ist aber in meinen Augen nicht seriös.

Es gibt auf der biologischen Seite nur einen einzigen Anhaltspunkt für eine Zeitangabe und der hatte und hat völlig andere Bedingungen, als sie auf Kometen zu herrschen pflegen, noch dazu, wenn sie nicht um eine Sonne herumfallen. Und wie groß ist denn die Wahrscheinlichkeit, dass das eine der 1E24 potentiellen Mutterschiffe, das es geschafft hat Leben zu produzieren, ausgerechnet die Erde und noch dazu nicht zu schnell und zum richtigen Zeitpunkt trifft, damit seine Passagiere überleben? Und wenn es mehr als 1 von 1E24 sind, auf denen sich Leben entwickelte, dann ist die angegebene Wahrscheinlichkeit ja auch nicht seriös.


So, jetzt aber zum Eigentlichen.
Damit die Entwicklung länger Zeit hat, als ‚nur’ viele Millionen Jahre, braucht man ein radioaktives Element, das a) eine viele Millionen Jahre lange Halbwertzeit hat und b) auch häufig genug vorkommt. Diese beiden Bedingungen schränken aber die Möglichkeiten ganz gewaltig ein. Eigentlich bleibt dann nur noch Kalium40 mit seiner Halbwertzeit von 1,277E9 Jahren. Es kommt heute mit 0,0117% Anteil des stabilen K39 vor. Kalium 39 kommt in der Erdkruste mit ca. 2,4% Anteil vor.
Calcium48 mit 6E18 Jahren Halbwertzeit kommt mit rund 0,2% Anteil beim stabilen Ca40 vor, das wiederum einen Anteil von 3,4% an der Erdkruste hat. Ja das wär doch was, könnte man denken, is’ aber nich’. Rechnet man beim K40 den Anteil am Gesamt-Kalium vor 10 Milliarden Jahren (rund 8 Halbwertzeiten) aus, dann beträgt der rund das 100 Fache von heute, also 1,17% von 2,4%, da aber Ca48 rund 1E9 mal langsamer zerfällt, braucht man auch ganz ganz grob die 1E9 fache Menge für die gleiche Dosisleistung. (ich hab’ die Energiemengen pro Zerfall nicht mit berücksichtigt, spielt bei einem solchen Unterschied eh keine Geige). Alle anderen Halbwertzeitkandidaten kommen einfach viel zu selten vor, als dass sie über einen Zeitraum von einigen Milliarden Jahren ausreichend gleichförmig genügend viel Energie abgeben können um die Temperatur im Kometen so zu halten, das Wasser flüssig bleibt.

Man könnte sich jetzt natürlich darauf zurückziehen, dass z.B. ein mit U235 angereicherter Komet existiert. Aber bitte, ganz bestimmt nicht in 1E24 Exemplaren. Will man es seriös rechnen, dann muß man von der durchschnittlichen Verteilung ausgehen, die man beobachtet.

Ohne die entsprechenden Daten ist es schwierig auszurechnen, welche ‚Heizleistung’ bei welcher Kometengröße nötig ist, um Wasser flüssig zu halten. Prinzipiell ist es so: Je besser nach Außen isoliert, um so weniger Heizleistung bzw. um so mehr Volumen kann geheizt werden. (genau wie zu Hause ;) )

Weiterhin hat H2O einige Besonderheiten. Unter Anderem:
Im Temperaturbereich von etwa 0 bis 273,16 K (-273,15 bis 0,01 °C) und einem Druckbereich von Vakuum bis ungefähr 0,006 bar, also im Bereich unterhalb des Tripelpunktes, existiert Wasser nicht in flüssiger Form, sondern nur gasförmig und fest. Aus dem Wiki Artikel „Wasser“. Das bedeutet dass man für flüssiges Wasser einen Druck von mindestens 0,006 bar braucht und den bekommt man nur durch Gravitation.

Vor einiger Zeit hatte ich mal mit den Charon-Daten nachgerechnet, ob in seinem Inneren flüssiges Wasser existieren könnte. Damals hatte ich nur die anfallende Energie durch den K40 Zerfall berechnet. Legt man die Wärmeleitfähigkeit von Eis zugrunde, dann kann in seinem Inneren flüssiges Wasser existieren.

http://www.astronews.com/forum/showthread.php?p=25831

Wenn ich mit dem für Charon angenommenen Verhältnis 50% Fels (3 g/cm^3) und der Rest Eis, mit eben seinem Durchmesser als Schichtaufbau für einen Kometen annehme, dann muß dieser Komet vor 10E9 Jahren, mit dem damals bestehenden Anteil an K40 einen Mindestdurchmesser von rund 50 km haben, davon knapp 2 km Eis um noch genügend Wärme für flüssiges Wasser produzieren zu können, bei seiner Abstrahlfläche. Das ist etwas schwierig genau zu berechnen, da Eis nicht gleich Eis ist und die Abstrahlleistung in Vakuum nicht gleich der Wärmeabgabe an Luft ist. Deshalb hab’ ich auch nur versucht ähnliche Verhältnisse wie bei Charon (Wärmeleistung, Eisschicht als Islolierschicht, Abstrahlfläche) hinzukriegen.

Ich bin mir also nicht ganz sicher, ob die 50 km Durchmesser damals wirklich die Untergrenze für flüssiges Wasser waren. Ob damit bereits ein Dampfdruck von 0,006 bar erreichbar ist, hab’ ich auch noch nicht nachgerechnet. Aber ½ so groß, wäre ziemlich sicher schon zu klein.

Vorläufiges Fazit:
Möglich, dass es sehr viele Kometen mit flüssigem Wasser im Inneren gab und viel weniger (die ganz großen nur noch) auch heute noch gibt. Wieviele davon im Sonnensystem? Als ganz grobe Abschätzung: Alle, die größer 50 km Durchmesser haben, können für einige Milliarden Jahre im Inneren flüssig gewesen sein. (kann mit Wasserdampf noch genügend (0,006 bar) Druck aufgebaut werden, bei 0° C? Muß noch geklärt werden)

Wie aber z.B. die anorganische und später die organische Chemie unter solchen, fast nur auf Infrarot- und Mikrowellen fußender Energiequelle aussieht? Wieviel mehr Zeit da zur Verfügung stehen muß, weil alle Reaktionen viel langsamer ablaufen?

Prinzipiell würde ich sagen: Vielleicht nicht unmöglich! Aber von der aufgemachten Wahrscheinlichkeitsangabe in dem Artikel, halte ich gar nichts. Müßte zumindest mal etwas näher aufgeführt werden, warum so und nicht anders.

Herzliche Grüße

MAC

albert
16.08.2007, 15:55
Toll, was hier für ausführliche und kompetente Komments abgeliefert werden.

Aus meiner Sicht ein kleines Fazit:
Flüssige Kerne mit "Leben" in Kometen scheinen ziemlich spekulativ, ergo auch deren Verbreitung nach einem Einschlag auf der "Lava-Erde".

Immerhin gibt es noch eine weitere Möglichkeit von eingeschlossenen, eisigen "Lebenssporen" in festen Kometenkernen.
Wenn die auf die frühzeitliche Erde gesaust sind (und deren waren ja millionen an Anzahl) scheint eine reale Chance von "Lebensverbreitung" möglich, also ist die Panspermien-Geschichte nicht vom Tisch; sie hat sich vielleicht nur anders abgespielt.

Es darf weiter spekuliert werden

:rolleyes:

Aurora
16.08.2007, 16:21
Wie sieht das Szenario aus wenn:

aromatische Kohlenstoffverbindungen sind (meines Wissens) Produkte aus Supernoväe. Stern der 3. Generation kann auch erst nach Supernova entstehen, solcher Stern kann Akkrtationsscheibe haben aus der sich Planeten bilden. Da wären einerseits die aromatische Kohlenstoffverbindungen schon mit eingebaut, anderererseits sollen ja die Kometen auch "Reste" aus der Planetenentstehungsphase sein. Sie wären demnach nicht soo viel älter als die Erde. Der "Kernbrennstoff" müsste dann nicht soo lange reichen um Wasser flüssig zu halten. Siehe Erde nur 3-6 Mio. Jahre. Zum anderen wären die in den Kometen gefundenen Spuren auch noch kein "richtiges" Leben, sondern noch eine Vorstufe, wie die in der Wächtershäuser-Theorie genannte RNA-Welt.
In den heute noch existierenden Kometen wären (wenn Brennstoff aufgebraucht) dieses Protoleben nur tiefgefroren vorhanden. Geht aus dem Artikel nicht hervor. Aber Wassereis steht der Entwicklung von Leben nicht antagonistisch entgegen

Gruß Aurora

mac
16.08.2007, 16:50
Hallo Toni,

Du unterschätzt den Vorgang ganz heftig, wenn Du sagst, dass es bei einem Aufprall auf Wasser keine solch spektakulären ‚Explosionen’ gibt. Es ist nur eine Frage wie viel Masse mit welcher Geschwindigkeit aufprallt. Deine ‚Druckwelle’ gibt es, so wie Du sie beschreibst, sozusagen als Polster, nicht. Schallgeschwindigkeit ist rund 300 m/s. Der Komet kommt aber mit 11000 bis gut 60000 m/s. Egal was die Druckwelle macht, er ist schneller.

Nehmen wir mal an, er hat die von mir vorhin gerechnete Größe von 50 km Durchmesser, und besteht abweichend davon, nur aus Eis, Wasser und Schnee(0,5 g/cm^3). Weiter soll er eine Geschwindigkeit von 30 km/s haben.

Dann hat er eine Masse von 3,3E13 kg und eine kinetische Energie von 0,5 * 3,3E13 * 30000^2 = 1,47E22 J

Davon verliert er auf seinem Weg durch die Atmosphäre in ca. 3 s rund 7E14 J das ist etwa so viel, wie 13 Hiroschima-Bomben und den Rest setzt er innerhalb von 1 s zum größten Teil in Licht aller Art um und das ist dann 10 bis 100 mal mehr, als alle jemals von Menschen gebaute Sprengmittel jeglicher Art konnten und können. Rund 3,5 Teratonnen TNT. Das geht auch nur zu einem kleinen Teil in kinetische Energie der getroffenen Materie über. Nur 1% davon wird zum Verdampfen des Wassers des Kometen und noch mal der gleichen getroffenen Menge Wasser und Fels benötigt.

Das ist nicht so, als würde man einen Schneeball ins Wasser werfen. Das kommt schon heftiger daher. ;)

Herzliche Grüße

MAC

mac
16.08.2007, 16:59
Hallo Aurora,


Sie wären demnach nicht soo viel älter als die Erde. Der "Kernbrennstoff" müsste dann nicht soo lange reichen um Wasser flüssig zu halten. Siehe Erde nur 3-6 Mio. Jahre.kann und will ich auch gar nicht bestreiten. Mein ‚Zeitfenster’ zielte auf das zweite Zeitargument (viel älter als das Sonnensystem) aus dem Artikel. :)

Aber auch bei den kürzeren Halbwertzeiten, bei denen man weniger radioaktives Material braucht, um für kürzere Zeit die gleiche Wärme zu erzeugen, kommt man um die 0,006 bar nicht herum, wenn man (für die Entwicklungszeit) flüssiges Wasser haben will.

Herzliche Grüße

MAC

jonas
16.08.2007, 21:18
Zum Thema Entstehung des Lebens habe ich mal ein altes posting von Ispom wieder ausgegraben: http://www.astronews.com/forum/showpost.php?p=16719&postcount=126

Dort verlinkt er einen recht interessanten Artikel: http://www.spaceref.com/news/viewpr.html?pid=21264
Dieser Artikel beschreibt die Rolle von Mineralien, die möglicherweise eine entscheidende Rolle auf der frühen Erde gespielt haben können organisches Material zu sortieren und so vielleicht als Katalysator für das Leben gedient haben.

Herbert
16.08.2007, 22:42
Tut mir leid, wenn ich die Diskussion damit von ihrem hohen Niveau etwas runterhole, aber erlaubt mir die dumme Frage:
Wie kommt Lehm in die Kometen? Was ist eigentlich Lehm? Bei Wikipedia find ich da nur etwas über Sedimentgesteine in unterschiedlichen Korngrössen, so was gibt’s ja wohl nicht auf Kometen

ratlose Grüsse von
Herbert

Mahananda
17.08.2007, 08:14
Hallo Herbert,

Lehm wird tatsächlich nur über Korngröße und Konsistenz definiert. Eine andere Definition ist diese: "... ein aus der chemischen Gesteinsverwitterung hervorgegangener gelblicher oder bräunlicher, im allgemeinen kalkarmer bis kalkfreier sandiger Ton. Lehm ist weniger plastisch als Ton."

Weiterhin: "In der Bodenkunde unterscheidet man die Körnungsarten Sand, anlehmiger Sand, lehmiger Sand, sandiger Lehm, Lehm, Schluff, lehmiger Schluff, Schlufflehm, schluffiger Ton, lehmiger Ton, sandiger Ton und Ton. Nach der Dominanz der jeweiligen Körnungsartengruppe (Grobboden, Sand, Schluff oder Ton) kann man die Böden einteilen in Skelettböden (über 50 Vol.-% Grobbodenanteil), Sandböden (über 50 Masse-Prozent Sand), Lehmböden (wechselnde Anteile von Sand, Schluff und Ton, wobei der Sand meistens vorherrscht), Schluffböden (über 50 Masse-Prozent Schluff) und Tonböden (über 30 Masse-Prozent Ton)."

(entnommen aus: "Die Entwicklungsgeschichte der Erde - Brockhaus Nachschlagewerk Geologie" Leipzig 1981 S. 617 und 621)

Was hat nun Lehm auf Kometen verloren? Chemische Verwitterung wie auf der Erde dürfte dort nicht stattfinden und wegen der äußerst geringen Gravitation auch keine Sedimentation. Daher bezieht sich der Begriff "Lehm" wohl eher auf Korngröße und Zusammensetzung der gemessenen Partikel. Diese Partikel wiederum sind nichts weiter als interstellarer Staub, der während der Entstehung der Kometen gemeinsam mit den Wassereispartikeln akkretiert wurde. Die meisten Staubteilchen bestehen aus Silikaten mit Eismantel. Im Eismantel sind u.a. auch Kohlenstoffverbindungen enthalten, die zu komplexeren Molekülen reagieren. Spektroskopisch konnte man eine Vielzahl solcher Komplexe bereits detektieren.

Kommt es nun im Zusammenhang mit der Entstehung eines Sterns zur Zusammenballung von Kometen, gelangen diese Komplexe im Gemisch mit Wassereis, Silikaten, Tonmineralien usw. in den Kometenkern und werden dort im Innern konserviert. In den oberflächennahen Bereichen findet hingegen Sublimation von Wassereis und anderen gefrorenen Gasen statt, so dass die silikatreichen Staubkerne sich dort zunehmend anreichern und eine dicker werdende Kruste bilden, die das darunterliegende Eismaterial abschirmt. In größerer Nähe zum Mutterstern wirkt dieser fast schwarze Mantel jedoch wie eine Heizung, da er einen großen Teil der Strahlung absorbiert und nach innen weiterleitet. Die Folge ist, dass dann nach und nach der innere Eiskern letztlich doch restlos verdampft.

Mit der zunehmenden Anreicherung des Staubmaterials auf der Oberfläche des Kometenkerns bildet sich eine durchaus bodenähnliche Schicht heraus, die in ihrer Konsistenz lehmig wäre, wenn die Wasseranteile flüssig sein könnten. Die Korngröße dieses "Lehms" ist jedoch vorgegeben durch die Größe der interstellaren Staubpartikel und hat nichts mit chemischer Verwitterung zu tun. Insofern ist die Anwendung des Begriffs "Lehm" auf die Nicht-Eis-Bestandteile eines Kometen eigentlich irreführend.

Viele Grüße!

Herbert
17.08.2007, 22:53
Hab Dank, war sehr anschaulich!
herzliche Grüsse
Herbert

ispom
31.07.2009, 10:56
In a paper published in the International Journal of Astrobiology, Professor Chandra Wickramasinghe and his colleagues at the Cardiff Centre for Astrobiology suggest the watery environment of early comets, together with the vast quantity of organics already discovered in comets, would have provided ideal conditions for primitive bacteria to grow and multiply during the first 1 million years of a comet's life.

http://www.universetoday.com/2009/07/30/sub-surface-oceans-in-early-comets-suggest-possible-origin-of-life/

ein großer Teil der etwa 100 milliarden Kometen in unserem sonnensystem hatten einflüssigs Inneres und die bakterien konnten sich dort gut entwickeln..

repräsentiert die hier dikutierte Angelegenheit nun neuere Forschungsergebnisse oder ist es ein alter Hut....wie man aus der vorangeganenen Diskussion entnehmen könnte....

Bynaus
16.04.2013, 10:54
http://www.technologyreview.com/view/513781/moores-law-and-the-origin-of-life/

Entstand das Leben vor der Erde? Extrapoliert man die Komplexität des Genoms von Lebewesen zeitlich zurück (in dem man sich anschaut, zu welchem Zeitpunkt Lebewesen mit einer bestimmten Genomkomplexität zum ersten Mal aufgetreten sind), so ergibt sich erstaunlicherweise eine exponentielle Kurve, mit einer Verdoppelungszeit von ca. 380 Ma. Doch extrapoliert man das auf 4.5 Mrd Jahre zurück, so erreicht man nicht etwa Komplexität "Null" - das geschieht erst, wenn man weitere ~5.2+-2.5 Mrd Jahre weiter zurück geht. Das könnte man (mit vielen Vorbehalten, natürlich) so verstehen, dass die frühesten Vorstufen des Lebens vielleicht woanders entstanden sind.

Hier das Arxiv-preprint: http://arxiv.org/abs/1304.3381

Alex74
16.04.2013, 12:05
Das ganze hat schon einen Fehler inhärent:

Die Komplexität von Leben bzw dem Genom kann gar nicht bei 0 beginnen.
Wenn die Vorraussetzung es ist, daß das erste Genom Eigenschaften zur Replikation hat, und ich glaube das ist unzweifelhaft, dann hat dieses Molekül bereits eine gewisse Komplexität.

Es ist also nur eine Frage der Wahrscheinlichkeit (des spontanen Auftretens eines solchen Moleküls) und der Menge an Molekülen die miteinander reagieren, sich verbinden etc.; das erste zur Reproduktion fähige Molekül entstand also aus einer zufälligen Anordnung, und ging damit von 0 direkt auf eine gewisse Komplexitätsebene - nämlich auf das Mindestmaß Genomgröße, das zur Reproduktion fähig ist. Wir sind uns sicher einig darin daß ein Genom der Größe 1 oder 2 oder 3 etc. das so nicht kann.

Die exponentielle Kurve muß also am Anfang einen starken Knick haben. Den sehe ich hier nicht, würde sich aber natürlich irgendwann nach der Entstehung der Erde anbieten.

Auf das im Artikel angesprochene Moorsche Gesetz übertragen würde das heißen, daß man die Entstehung des ersten Computers anhand der Leistungsfähigkeit heutiger Rechner rückrechnen kann.
Wir würden vermutlich dann irgendwann im Mittelalter landen. Wieso? Weil der erste Computer nunmal nicht mit 1 Hz getaktet war, die Rückrechnung das aber als Ergebnis liefert.

Gruß Alex

Bynaus
16.04.2013, 12:15
Die Komplexität von Leben bzw dem Genom kann gar nicht bei 0 beginnen.

Ja, natürlich. Deshalb hatte ich das in Anführungszeichen gesetzt. Aber man kann die Komplexität bei "1" ansetzen, z.B. einem einzelnen Nukleotid. Dass sich dieses bereits selbständig replizieren kann, muss man nicht annehmen. Es reicht, wenn es in einer Umgebung existiert, in der es ein bisschen häufiger kopiert als zerstört wird.


Auf das im Artikel angesprochene Moorsche Gesetz übertragen würde das heißen, daß man die Entstehung des ersten Computers anhand der Leistungsfähigkeit heutiger Rechner rückrechnen kann.

Kann man. Irgendwann in den 60er Jahren gab es einen einzigen Schaltkreis auf einem Chip. Ähnlich kann man das mit der wissenschaftlichen Literatur machen, die sich alle 15 Jahre verdoppelt - die erste wissenschaftliche Publikation stammt nach der Extrapolation aus dem Jahr 1710 - also in etwa der Zeit Newtons. Das passt also in beiden Fällen.

Alex74
16.04.2013, 12:40
Aber man kann die Komplexität bei "1" ansetzen, z.B. einem einzelnen Nukleotid.
Das Problem ist die unterschiedliche Entstehung in dieser Phase;
Spätere Lebewesen gehen immer auf sich selbst zurück, es gibt eine Stammlinie.
Das ist bei den frühesten Molekülen die zur Replikation neigten nicht notwendigerweise der Fall. Solche Moleküle können sich in geeigneter Umgebung durch Polymerisation oder ähnliches spontan gebildet haben;
mathematisch würde das bedeuten, daß Moleküle auf dieser Ebene extrem viel schneller und viel mehr entstanden, als die dem nachfolgende erste, in Richtung effektiverer Replikation mutierte Generation. Denn diese ersten Generationen können nur auf Basis der Minorität der geeignetsten ersten Moleküle entstanden sein.
Die ersten geeignestsen Moleküle die sich etwas mehr kopieren als zerstören wiederum können durch mannigfaltige Reaktionen aller möglichen weitverbreiteten Vorgängermoleküle entstanden sein - ganz ohne Abstammungslinie.
Das ergibt eine wesentlich schneller aussehende Entwicklung beim allerersten Schritt in Richtung Leben.
Wenn das ganze so angefangen haben sollte daß sich eine Art Vorläufer-DNS in einer bestimmten Umgebung selbst durch Polymerisation vergrößert (und durch unabsichtliche Brüche und Unfälle eben teilt), dann liegt die Anfangslänge zwangsläufig nicht bei 1 oder 2 oder 3 sondern so bereits schon wohl bei vielen tausend. Von den Myriaden an polymerisiterten Strängen würden dann nur jene solche Nachkommen haben, die wir heute als Lebewesen kennen, die sich von den anderen Strängen durch irgendwas unterschieden was ihnen Vorteil verschaffte. Das wäre dann etwa die erste wirkliche Generation und sie hätte durchaus bereits ein recht langes Genom.

Monod
16.04.2013, 12:47
Sharov hatte sich bereits vor sieben Jahren etwa gleichlautend dazu geäußert. Das kann man hier nachlesen: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1526419/ Bereits damals gab es entsprechende Einwände, wie z.B., dass Genomgrößen nicht beliebig klein sein können. Alex hat mit seinem Beitrag völlig recht.

Major Tom
16.04.2013, 13:16
Ein wirklich ausgefallener interessanter Ansatz mit vielen Fragezeichen.
Die kambrische Explosion vor ca. 550 Mio Jahren brachte schlagartig die meisten grundlegende Konstruktionen mehrzelliger Tierstämme hervor.
Mich irritiert daher die Annahme einer kontinuierlich ablaufenden linearen Entwicklung.
Dinge wie eventuelle Änderungen von Selektionsdruck, Generationsdauer, Größe von Populationen alles Dinge, welche Anzahl und Selektion von Mutationen beeinflussen werden nicht berücksichtigt
Die Bezugnahme auf das DA, für welches uns diese Theorie eine sehr frühe (und daher nicht durchschnittliche) Position zuweist ist daher ebenso diskussionswürdig
Gruß
MT

Bynaus
16.04.2013, 17:05
@Alex: Warum soll die durchgehende Stammlinie sich nicht auch auf einzelne Nukleotiden reduzieren lassen? (nur um das klarzustellen: ich sage keineswegs, dass die beiden mit ihrer Beobachtung recht haben und dass diese Panspermie impliziert - aber wie so oft möchte ich verhindern, dass neue, kreative Ideen allzu leichtfertig zurückgewiesen werden, und muss sie deshalb mehr verteidigen, als ich würde, wenn die Idee mehr andere Verteidiger hätte) Du hast natürlich recht dass man sich einen solchen, anfänglichen Komplexitätssprung denken könnte. Aber es spielt doch keine Rolle, ob eine auch noch so kurze Nukleotidkette durch auf ihr selbst kodierte Anweisungen repliziert wird, oder durch eine entsprechend förderliche Umgebung. Die kodierten Anweisungen für Selbstreplikation könnte man als evolutionäre Anpassung derjenigen Nukleotidketten betrachten, die jene förderliche Umgebung verlassen wollen/müssen/können.

Ein interessanter Test für diese Hypothese wäre natürlich, dass man in anderen, nicht so lebensförderlichen Umgebungen (z.B. auf dem Mars) Genome von der typischen Komplexität von vor ~4.5 Mrd Jahren finden sollte (ca. 10'000 - 100'000 Basenpaare) - vielleicht sogar auch in Meteoriten und/oder Kometenmaterial. Tatsächlich gibt es viele komplexe chemische Moleküle in Meteoriten, aber ich bezweifle, dass man bisher etwas von der notwendigen Komplexität gefunden hat (eine "Spore", sozusagen). Das kann aber auch daran liegen, dass die meisten Meteoriten auf ihren Mutterkörpern relativ hohe Temperaturen gesehen haben. Anderseits dürfen solche Temperaturen auch nicht alle Sporen zerstören, sonst hätten wir auf der Erde gar kein Leben.

@Major Tom:


Die kambrische Explosion vor ca. 550 Mio Jahren brachte schlagartig die meisten grundlegende Konstruktionen mehrzelliger Tierstämme hervor.

Das könnte man ja auch so verstehen, dass eine einmal erlangte Komplexität plötzlich eine ganz neue Anzahl von neuen Konstruktionen zulässt. So wie man mit einem Alphabet mit drei Buchstaben bereits auf einfachster Ebene kommunizieren kann - aber erst bei 20 oder mehr Buchstaben kann man wirklich komplexe, vielschichtige Sätze hervorbringen.


Dinge wie eventuelle Änderungen von Selektionsdruck, Generationsdauer, Größe von Populationen alles Dinge, welche Anzahl und Selektion von Mutationen beeinflussen werden nicht berücksichtigt

Man muss natürlich auch sehen, dass die y-Achse der Grafik logarithmisch ist. Änderungen von einem Faktor <10 fallen da nicht gross auf (tatsächlich plotten die Genome ja auch nicht "perfekt" auf der Geraden).


Die Bezugnahme auf das DA, für welches uns diese Theorie eine sehr frühe (und daher nicht durchschnittliche) Position zuweist ist daher ebenso diskussionswürdig

Ich glaube nicht, dass man das sagen kann. Denn wenn noch viele erst in der Zukunft kommen sollen (was oder wer auch immer mit diesen "vielen" gemeint ist) - warum gehören wir dann nicht zu diesen? Warum gehören wir zu den ersten? Darauf gibt dieses Konzept keine Antwort.

Monod
16.04.2013, 17:59
Hier (http://cosmoquest.org/forum/showthread.php?100535-Genetic-Gradualism-and-the-ET-Origin-of-Life) wurde bereits vor drei Jahren über die bewusste Grafik diskutiert, die in einem ähnlichen Artikel veröffentlicht war, der im Journal Of Cosmology (http://journalofcosmology.com/SearchForLife105.html) - einer Zeitschrift mit recht zweifelhaftem Ruf - erschienen war. Das Fazit ist eindeutig: Fünf frisierte Datenpunkte (es wurden nur nichtredundante Genom-Anteile berücksichtigt, um daraus morphologische Komplexität abzuleiten - der Rest wurde geflissentlich ausgeblendet!) genügen nicht, um eine so weitreichende Schlussfolgerung zu ziehen. Abgesehen davon: Genome sind erst dann Genome, wenn sie exprimiert werden. Und das erfordert einen hinreichend komplexen biochemischen Kontext, der sich nicht mit mathematischen Tricks auf 10 Milliarden Jahre Entstehungsdauer runterbrechen lässt. Die ganze Idee ist von Anfang bis Ende ein einziger Quatsch.

Major Tom
16.04.2013, 18:24
@Bynaus
Zu meiner Aussage zum DA : wenn das Universum ca. 14 Mrd Jahre alt ist, und Leben wie wir es kennen eine Sonne der Population 1 (wegen der Metallizität) voraussetzt, und Leben ca. 10 Milliarden Jahre Entwicklungszeit bis zur Intelligenz braucht, könnten wir wohl nicht viele ältere Zivilisationen erwarten.

MT

Bynaus
17.04.2013, 08:30
@Monod: Okay - dass sie das im "Journal of Cosmology" veröffentlich haben, spricht nicht wirklich für sie... Aus der von dir verlinkten Seite im Cosmoquest-Forum fand ich diesen Kommentar doch recht erleuchtend:


I don't know anything about "gradualism", but I must say that the graph in Sharov's paper is extremely dubious. In figure 2, it shows a grand total of five data points...and three of them are "functional non-redundant genome" instead of "total genome", because...why? Well, the latter doesn't fit a neat straight line on the log plot--or rather, they do but the slope of the line is much steeper, suggesting that it crosses the bottom around the formation of Earth. Oops! That doesn't square with the desired conclusion...

Selbst wenn der Ansatz der beiden Unsinn ist - grundsätzlich spricht ja nichts dagegen, die "molekulare Uhr" dafür zu verwenden, um den Zeitpunkt der Entstehung des Lebens zu bestimmen, oder? Wenn sich das Genom der existierenden Lebewesen tatsächlich exponentiell verdoppelt, dann legt das doch nahe, dass ein universeller Prozess dem ganzen zu Grunde liegt: nämlich die Art und Häufigkeit der Mutationen und die Robustheit des Genoms gegen Mutationen. Beide haben sich wohl im Verlauf der Erdgeschichte nicht gross verändert. Gibt es auch seriösere Publikationen, die versuchen, den Zeitpunkt der Entstehung des Lebens mit molekularen Uhren zu bestimmen?

@Major Tom: In diesem Szenario würden in nächster Zukunft (dh, zu einer Zeit, da das Universum innerhalb des Fehlers etwa gleich alt ist wie heute) unzählige Zivilisationen entstehen. Warum gehören wir nicht zu denen? Deine Argumentation würde dann Sinn machen, wenn es noch etliche Milliarden (oder etliche 10 Milliarden) Jahre dauern würde, bis der Grossteil der Zivilisationen entsteht - dann könnten wir unsere Messung eines jungen Universumsalters nehmen um daraus abzuleiten, dass wir früh dran sind. Aber es ist nicht einsichtig, warum dieselbe, fast deterministische Entwicklung auf der Erde um viele Milliarden Jahre weniger lange gebraucht hat als anderswo. Würden wir andere Genome finden und feststellen, dass sie stabiler gegen Mutationen sind, oder aber in Umgebungen existieren, wo sie weniger häufig mutiert werden, dann hättest du allerdings wieder recht damit.

Monod
17.04.2013, 13:49
@ Bynaus:


Selbst wenn der Ansatz der beiden Unsinn ist - grundsätzlich spricht ja nichts dagegen, die "molekulare Uhr" dafür zu verwenden, um den Zeitpunkt der Entstehung des Lebens zu bestimmen, oder?

Das denke ich schon, denn die "molekulare Uhr" taugt zwar dazu, Artaufspaltungen zurückzudatieren (vorausgesetzt, die durchschnittliche Mutationsrate ist über sehr lange Zeiträume konstant, was keineswegs sicher ist!) und Verwandtschaftsbeziehungen in Kladogrammen zu erstellen, aber sie taugt nicht, etwas über Genomgrößenentwicklung zu ermitteln - schon gar nicht für die Zeit, als das Leben entstanden ist. Allenfalls kann man rekonstruieren, wann und wie oft sich Genverdoppelungen ereignet haben. Über die ursprüngliche Genomgröße der ersten Lebewesen lässt sich auf diesem Weg allerdings nichts herausfinden. Dazu muss man den Top-Down-Ansatz wählen, um aus bestehenden Genomen durch Abzug aller redundanten Funktionen den Kernbestand an Proteinen zu ermitteln, die unbedingt notwendig sind, um die Lebensprozesse aufrechtzuerhalten. Man kommt dabei auf eine Größenordnung von etwa 50 bis 100 Proteinen mit jeweils etwa 100 Aminosäuren. Das sind dann etwa 15.000 bis 30.000 Nukleotide als Minimalgenom. Hinzu kommen die Bestandteile des Translationsapparats (verschiedene RNA's und Ribosomen, die wiederum aus RNA und Proteinen bestehen), die nötig sind, damit das Genom exprimiert werden kann.

Genome mit der Größe von einem Basenpaar sind schlichtweg Unsinn, weil Leben damit nicht funktionieren kann. Daher ist die einfache Rückextrapolation auf Null schon allein aus diesen Überlegungen heraus verfehlt. Dass die fünf Datenpunkte frisiert sind, hatte ich bereits geschrieben. Der Artikel bei Biology Direct gibt darüber genauer Auskunft - ebenso die Reviewer-Kommentare. Doch selbst wenn man das gelten ließe - man erhält keine Auskunft darüber, ob die veranschlagten Genomgrößen zur veranschlagten Zeit tatsächlich so groß gewesen sind. Folgt man den Überlegungen von Richard Egel (http://www.mdpi.com/2075-1729/2/1/170) (Primal Eukaryogenesis ...) resultieren Bakterien aus einem Prozess der reduktiven Evolution - sprich: Die ursprüngliche Genomgröße hat sich verringert zugunsten effizienterer Stoffwechselprozesse, indem redundante Genomteile verlorengegangen sind. Zieht man weiterhin in Betracht, was Carl Woese (http://www.pnas.org/content/95/12/6854.full) vermutet (The universal ancestor) , dann hat sich die Mutationsgeschwindigkeit nach einer kurzen "Hitzephase" auf ein erheblich niedrigeres Level "abgekühlt" und ist auf die heutige durchschnittliche Rate "eingefroren". Also alles in allem: Der Ansatz von Sharov ist höchst zweifelhaft!

Zur Frage nach seriösen Untersuchungen zur Altersbestimmung der Lebewesen auf der Basis von Genom-Untersuchungen kann ich nur auf Manfred Eigens Buch "Stufen zum Leben" verweisen. Hier (http://books.google.de/books?id=FIBhV9d8yfEC&pg=PA261&lpg=PA261&dq=eigen+alter+genetischer+code&source=bl&ots=hOtZKA8UTT&sig=2oGcteUzI5r1oQbaLz7381xGxcE&hl=de&sa=X&ei=R61uUePoIY7csgai1YAo&sqi=2&ved=0CEgQ6AEwBA#v=onepage&q=eigen%20alter%20genetischer%20code&f=false) wird ebenfalls darauf verwiesen. Das Alter des genetischen Codes und damit der Translation und damit auch des Lebens lässt sich auf eine Obergrenze von 3,6 Milliarden Jahre bestimmen. In seinem Buch äußert sich Manfred Eigen wie folgt:


Uns sind etwa tausend Sequenzen von Transfernucleinsäuren (tRNA) bekannt. ... Für fünfzehn verschiedene Organismen - Bakterien, Algen, Pflanzen, Tiere - kennen wir die Sequenzen von jeweils zwanzig bis vierzig individuellen tRNA-Molekülen, charakterisiert durch ihr Anticodon. Die Mitglieder einer Familie, also alle tRNA-Moleküle innerhalb eines Organismus, sind ungefähr gleichzeitig, und zwar in der Entstehungsphase des genetischen Codes, aus einer Mutantenverteilung hervorgegangen. Sie haben sich seither unabhängig voneinander etwickelt. Darüber hinaus kennen wir noch circa vierundzwanzig individuelle tRNA-Moleküle, deren Phylogenien sich ermitteln ließen. Das besagt, daß jedes dieser vierundzwanzig tRNA-Moleküle für jeweils zwanzig bis vierzig verschiedene Arten analysiert wurde. Dank dieser bekannten Phylogenien war es möglich, vierundzwanzig Sequenzen zu rekonstruieren, die sich auf die Zeit der allerersten Zellverzweigungen vor etwa drei Milliarden Jahren beziehen. Uns stehen folglich drei Zeitspannen zur Verfügung, die wir miteinander vergleichen können:

1) Von der Entstehungsphase des genetischen Codes bis zu den heutigen Organismen;

2) von den allerersten Zellaufspaltungen ... bis zu den heutigen Organismen;

3) von der Entstehungsphase des genetischen Codes bis hin zu den allerersten Zellaufspaltungen.

In allen drei Fällen kennen wir die mittlere Divergenz, das heißt, die Zahl von Positionen, um die sich zwei Sequenzen im Mittel voneinander unterscheiden. ... Dabei ist zu beachten, daß aus den relativen Abständen nicht ohne weiteres auch die relativen Zeiten resultieren. Das wäre nur möglich, wenn die Mutationsraten über den gesamten Zeitbereich der Evolution konstant geblieben wären. Es steht jedoch fest, daß die Geschwindigkeit der Evolution zu Beginn größer war als in späteren Phasen. Denn die Fehlerrate war anfangs sehr hoch und mußte mit zunehmendem Informationsumfang entsprechend abnehmen. Somit sind die relativen Abstände lediglich als obere Grenzwerte zu verstehen. Wir schließen daraus, daß die Entstehung des genetischen Codes um weniger als eine Milliarde Jahre vor der Verzweigung der Archae- und Eubakterien datiert. Mit anderen Worten: Der genetische Code ist jünger als vier Milliarden Jahre.

Quelle: Manfred Eigen: Stufen zum Leben. Piper Verlag München, 1987, S. 143 und 145

Hier (http://library.worldtracker.org/Science/Science%20Magazine/science%20magazine%201989-1990/root/data/Science%201989-1990/pdf/1989_v244_n4905/p4905_0673.pdf) ist der dazu verfasste Artikel von "Science", der das alles noch einmal im Detail darstellt.

Zu guter Letzt noch der Link zu einer Nachlese zum "Doolittle-Ereignis" (http://www.pnas.org/content/94/24/13028.full), dass seinerzeit für erheblichen Wirbel gesorgt hatte. Auf der Basis von Protein-Sequenz-Vergleichen gelangten er und seine Mitarbeiter auf ein maximales Alter von 2,1 bis 2,5 Milliarden Jahren für die Verzweigung von Bakterien und Archaeen, statt wie erwartet 3,2 bis 3,8 Milliarden Jahren.

Monod
19.04.2013, 15:34
Hier (http://119.93.223.179/ScienceDirect/Current%20Biology/06-06/sdarticle_022.pdf) ist noch ein Artikel, der kurz nach dem "Doolittle-Ereignis" geschrieben wurde. Am Ende wird die Frage aufgeworfen, ob es überhaupt möglich ist, auf der Basis von molekularbiologischen Kladogrammen exakte Datierungen vorzunehmen, weil die damit ermittelten Zeiträume erheblich von den über Fossilien ermittelten abweichen. Hauptproblem ist die Annahme, dass die durchschnittliche Mutationsrate über die Zeiten konstant bleibt. Von daher ist es zweifelhaft, verlässliche Angaben über den Zeitpunkt der Entstehung des Lebens zu erhalten, wenn man die "molekulare Uhr" heranzieht.

UMa
24.04.2013, 09:57
Hallo Monod,

ich habe dieses Paper gefunden.
Ciccarelli et al. , Science 311 (5765) 1283-1287.
http://www.sciencemag.org/content/311/5765/1283

Insbesondere Fig.3 und den Text dazu. Zitat aus dem Paper:

Another universal trend is that smaller genomes evolve faster[...].

Und außerdem verstehe ich das, so dass die Genomgröße, zumindest bei Bakterien, abgenommen haben muss, seit der Zeit des letzten gemeinsamen Vorfahren von Bakterien und Archea + Eukaryoten.

Vielleicht ist das Leben ja mit einem relativ großen aber unspezifischen Genom gestartet, also einer Art großen Sammlung verschiedenster DNA, und dann ist mit der Zeit schädliches oder unbrauchbares Zeug rausgeflogen? Also eine Art Spezialisierung durch Reduktion. Zumindest die Bakterien mit kleinem Genom von ca. unter 2000 Genen (Fig.3) würden nach dem Paper, wenn ich das richtig verstanden habe, so entstanden sein.
Du hast da offenbar mehr Ahnung. Was meinst du dazu?

Grüße UMa

Monod
24.04.2013, 10:50
@ UMa:

Eigentlich hatte ich ja vor, mich hier zur Ruhe zu setzen, aber na ja ... ;)

Leider kann ich das Paper nur als Abstract einsehen, so dass ich auf die von Dir benannte Figur nebst dazugehörigen Text nicht eingehen kann. Aber das Zitat umreißt den Kern, den ich gemeint habe. Das Szenario der reduktiven Evolution, das auch bei Richard Egel (http://www.mdpi.com/2075-1729/2/1/170) zur Sprache kam, spielt in diesem (http://www.biology-direct.com/content/3/1/29) Artikel ebenfalls eine wichtige Rolle, um die Entstehung der "Prokaryoten" aus der Stammlinie, die zu den heutigen Eukaryoten geführt hat, zu erklären.

Die Idee, dass ursprünglich das genetische Inventar vergleichsweise groß gewesen ist (sein muss) ergibt sich auch aus der in letzter Zeit favorisierten Annahme, dass ein intensiver Genaustausch durch horizontalen Gentransfer stattgefunden hat. Währenddessen wurden praktikable Genomanteile im Rahmen eines kommunalen Zustands, der bei Richard Egel genauer beschrieben wird, ausgetauscht und frei miteinander kombiniert. Da die Selektion nur das übrig ließ, was sich später in fixierter Form vertikal vererbte, muss der Ausgangspool entsprechend umfangreich gewesen sein.

Relikte dieses Ausgangszustands sind die Introns bei den Eukaryonten, die im Verlauf des Processings aus der mRNA herausgeschnitten werden, bevor die Proteinbiosynthese stattfindet. Bei Bakterien und Archaeen gibt es weder Introns noch größere Anteile sogenannter "Junk-DNA", die nicht exprimiert wird. Das entspricht der "Escape-Event"-Hypothese mit nachfolgender reduktiver Evolution, wie sie bei Richard Egel ausgeführt ist.

Soweit erst einmal meine Anmerkungen dazu.

UMa
24.04.2013, 11:08
Hallo Monod,

wenn du an den "Full Text" nicht kommst, geht "Figures Only"?
http://www.sciencemag.org/content/311/5765/1283.figures-only

Grüße UMa

Edit: Auch das geht in die Richtung.
http://www.genetics.org/content/193/1/303.abstract

Based on phylogenetic analyses, lineages harboring the smallest genomes are derived from large-genomed ancestors.
Das stellt die Grundannahme, dass die Genomgröße mit der Zeit zugenommen haben soll, doch sehr in Frage.

Bynaus
24.04.2013, 12:30
@Monod: Vielen Dank für die ausführlichen Informationen, das liest sich alles sehr interessant und sicher auch sehr viel solider als das eine arxiv-Preprint. Ich denke, du hast mich überzeugt.

Ich möchte nur noch dazu etwas sagen:


Genome mit der Größe von einem Basenpaar sind schlichtweg Unsinn, weil Leben damit nicht funktionieren kann.

Ja, aber... Im Umkehrschluss legst du hier nahe, dass das Leben bereits mit relativ hoher Komplexität starten musste - was aber a priori unwahrscheinlich ist. Es ist meines Erachtens problemlos denkbar, dass das Leben am Anfang sehr viel einfacher strukturiert war, als das was der heutige "Reproduktionsapparatus" im Minimum umfasst. Bloss war dieser primitivere, frühere Apparatus (oder: diese primitiveren, früheren Apparatii) vielleicht weniger effizient, weniger für heutige Lebewegen geeignet, unter heutigen Bedingungen nicht konkurrenzfähig, etc. Erst die einmal gewonnene Komplexität erlaubt eine höhere Effizienz: die Evolution braucht erst den Spielraum, um dann daraus einen effizienteren Reproduktionsapparatus zu rekonsturieren. Letztlich muss das Leben mit einem oder ganz wenigen "Basenpaaren" angefangen haben (bzw., mit einem viel primitiveren, vielleicht auch gar nicht an Basenpaaren gekoppelten Reproduktionsappartus, der in etwa denselben Informationsgehalt vermitteln kann wie heute in einem oder ganz wenigen Basenpaaren gespeichert ist). So lange wir keinen Beleg haben, dass Leben an unzähligen Orten, wo es hätte entstehen können (oder "sollen") in Wirklichkeit NICHT entstanden ist, gibt es keinen Grund, davon auszugehen, dass es mit einer beträchlich hohen Komplexität (die a priori unwahrscheinlich ist) gestartet ist.

Monod
24.04.2013, 15:53
@ UMa:

Das Bild ist bei mir sehr klein in der Anzeige, so dass ich daraus nichts entnehmen kann. Aus dem Begleittext ergibt sich ebenfalls kein genauerer Hinweis, was die Graphen aussagen sollen. Trotzdem Danke!


Das stellt die Grundannahme, dass die Genomgröße mit der Zeit zugenommen haben soll, doch sehr in Frage.

Das denke ich auch. Eher scheint es mir so zu sein, dass einstmals redundante Anteile der Genome entweder verloren gingen (bei Bakterien und Archaeen), weil die Selektion jene Arten begünstigte, die sich schneller replizieren konnten (und somit diejenigen, die redundanten Ballast ohne Funktionsverlust loswerden konnten) - oder die funktionalen Anteile des Genoms wurden so verteilt, dass sie im Rahmen der späteren Chromosomenstrukturen nahe beieinander liegen. Die dazwischenliegenden Introns wurden dann mit Hilfe spezifischer Enzyme herausgetrennt.

Es ist klar, dass dieser bei Eukaryoten stattfindende komplexe Prozess sich nur entwickeln konnte, wenn der kommunale Zustand der Stammlinie noch längere Zeit beieinander blieb. In freier Konkurrenz mit Bakterien und Archaeen hätten einzelne Eukaryoten-Zellen keine Chance gehabt. Erst die Symbiose mit den späteren Mitochondrien und (bei Pflanzen) Plastiden ermöglichte das Überleben der Eukarya-Stammlinie als eigenständige Domäne.

Möglicherweise besteht ein Zusammenhang mit dem ersten "Schneeball-Ereignis" vor etwa 2,2 Milliarden Jahren, in dessen Folge sich diese Endosymbiose ereignete, die dann nach dem Auftauen der Erde zu einer adaptiven Radiation der Eukarya geführt hat. Das zweite "Schneeball-Ereignis" vor etwa 700 Millionen Jahren bewirkte möglicherweise eine Selektion von Mehrzellern (Regression in den kommunalen Zustand, der dann zu einer Funktionsaufteilung des Gesamtsystems führte), die dann Ausgangspunkt für die Evolution von Tieren, Pflanzen und Pilzen wurden. Aber das ist derzeit noch Spekulation.


@ Bynaus:


Es ist meines Erachtens problemlos denkbar, dass das Leben am Anfang sehr viel einfacher strukturiert war, als das was der heutige "Reproduktionsapparatus" im Minimum umfasst.

Das was wir heute vorfinden, ist vor allen Dingen eins - hocheffizient und hochspezifisch. Beides war zu Anfang mit Sicherheit nicht der Fall. Folglich war der Aufwand, um eine Reproduktion (also Selbsterhaltung durch Stoffwechsel und Fortpflanzung durch Zellteilung) zu bewerkstelligen zum einen umständlicher (weil primitiver) und unschärfer (weil funktional "mehrdeutig"). Das bedeutet zugleich, dass die Basisfunktionen, die heute durch etwa 100 spezifische Gene repräsentiert werden (mit etwa 30.000 Basenpaaren insgesamt, wenn ich pro Protein eine Länge von 100 Aminosäuren annehme), ursprünglich ein Mehrfaches an DNA bzw. RNA benötigte.

Eine genaue Zahl kann ich nicht nennen, aber irgendwo zwischen 100.000 und 300.000 Basenpaaren (also dass 3 bis 10fache des heutigen Umfangs) wird die Genomgröße von LUCA gewesen sein - ohne die redundanten und funktionslosen Anteile einzubeziehen, die heute noch als Introns mitgeschleppt werden. Falls die 2 bis 3 Prozent kodierende DNA im menschlichen Gesamtgenom repräsentativ sind, dann kommen wir auf etwa 1 bis 3 Millionen Basenpaare für das Gesamtgenom von LUCA. In dieser Größenordnung müsste die Ausgangsgröße der ersten Genome vermutet werden.

Die Komplexität der heutigen Lebewesen ergab sich sukzessive durch zunehmende Eindeutigkeit sowohl des genetischen Codes wie auch der Funktionszuordnung der synthetisierten Proteine im Gesamtstoffwechsel der Zelle. Durch Genverdoppelungen, durch Horizontalen Gentransfer z.B. über Viren oder Bakterien sowie durch Polyploidie (bei Pflanzen) ergaben sich natürlich sukzessive auch Zunahmen der Genomgrößen, die z.T. mit einer Zunahme der Komplexität des Gesamtorganismus einherging, aber daraus rückzuschließen, dass sich diese Größenzunahme a) kontinuierlich und b) beliebig weit in die Vergangenheit erstreckt hat, ist falsch.

Die ersten Lebewesen waren zweifelsohne primitiv, aber Primitivität bedeutet hier nicht Einfachheit, sondern Umständlichkeit, die später durch Selektion in größtmögliche Effizienz evolvierte. Das heißt, dass der biochemische Aufwand zur Reproduktion anfangs größer und weitläufiger gewesen ist als heute. Die Struktur der ersten Lebewesen war zwar weniger komplex, aber dafür war das Reaktionsnetzwerk, das zur Aufrechterhaltung der Lebensprozesse und zur Fortpflanzung notwendig war, komplexer als heute.

Diese große biochemische Komplexität als Voraussetzung für die Entstehung und Fortdauer der ersten Lebewesen setzt voraus, dass diese Reaktionsnetzwerke zunächst in einem geschützten Rahmen allmählich "hochwachsen" konnten, bevor die "Erfindung" der Translation als entscheidenden Schritt in der Bioproteinsynthese gelingen konnte. Von daher ergibt sich notwendigerweise ein kommunales Szenario wie es von Richard Egel in seinem Essay beschrieben wurde. Und diese "Matrix" entwickelte sukzessive ein Gesamtgenom, bevor Bakterien und später Archaeen aus dieser "entwichen". Man darf daher davon ausgehen, dass der Ausgangszustand, aus dem sich die ersten Lebewesen entwickelten, hochkomplex - allerdings infolge der noch fehlenden Rückkopplung zwischen Nukleinsäuren und Proteinen, die später zu echten Genomen führte, noch hochgradig unorganisiert war.

Mit der Zunahme der Organisiertheit wurde das Reaktionsnetzwerk in Richtung Effizienz "ausgedünnt", so dass nur noch die Zyklen übrig blieben, die das Gesamtsystem einerseits stabilisierten, andererseits aber auch genügend Freiraum für Innovationen ließen, die später über den Horizontalen Gentransfer in den späteren Genomen fixiert wurden. Mit der "Erfindung" der Translation gelang dann der Sprung von der "Matrix" hin zu einem kommunalen Zellverbund, der der gemeinsame Vorläufer für die heutigen drei Domänen wurde.

Auf diese Weise kann man sich erklären, dass zu Beginn eine hohe Komplexität vorgelegen haben muss, die aber auf eine andere Weise zum Ausdruck kam als in heutigen Lebewesen. Also kurz: Die ersten Lebewesen waren anders komplex, aber nicht notwendigerweise weniger komplex als heutige Lebewesen. So weit meine Meinung dazu.

Bynaus
24.04.2013, 16:56
Eine genaue Zahl kann ich nicht nennen, aber irgendwo zwischen 100.000 und 300.000 Basenpaaren (also dass 3 bis 10fache des heutigen Umfangs) wird die Genomgröße von LUCA gewesen sein - ohne die redundanten und funktionslosen Anteile einzubeziehen, die heute noch als Introns mitgeschleppt werden. Falls die 2 bis 3 Prozent kodierende DNA im menschlichen Gesamtgenom repräsentativ sind, dann kommen wir auf etwa 1 bis 3 Millionen Basenpaare für das Gesamtgenom von LUCA. In dieser Größenordnung müsste die Ausgangsgröße der ersten Genome vermutet werden.

Du glaubst nicht im Ernst, dass die ersten Lebewesen bzw. Replikatoren bereits so komplex waren, oder? Dass ein Lebewesen mit 1 bis 3 Mio Basenpaaren "spontan" entsteht, ist so unwahrscheinlich, dass wir nie mehr auch nur einen Gedanken an ausserirdische Lebewesen verschwenden müssten.

Nein, der biologischen Evolution muss eine chemische Evolution vorangegangen sein, an deren Ende einfache chemische Replikatoren standen, in ihrer Komplexität etwa einzelnen oder wenigen Basenpaaren entsprechend (ohne, dass sie deswegen tatsächlich Basenpaare hätten aufweisen müssen, da diese auch erst viel später Teil des Reproduktionsmechanismus' hätten werden können). Von da aus erst muss es weiter gegangen sein, bis am Ende eine reproduktionsfähige erste Zelle entstand. Die mag dann von mir aus 1-3 Mio Basenpaare gehabt haben, aber sie war das Endprodukt einer langen, komplexen Entwicklung, sicher keine spontane Neubildung aus dem Nichts.

blackhole
24.04.2013, 18:04
...... mal so nachdenke ....... wie entstehen lehme ........ glaziale prozesse und steppensande ......... wie kommt das in einen kometen ??! ........ weiter nachdenke ....... kometen spezielle überreste aus der entstehungszeit des sonnensystems ........ hat da der "schöpfer" doch die hände im spiel ;-) .......... nein , im ernst , halte diese thesen für höchst erklärungsbedürftig ..................... wobei ich meine , daß die grundeigenschaft der materie zur "eigenorgansiation" eben auch die variante energiestoffwechselnder "systeme" , von uns biologisches leben genannt , einschließt und dies bei dafür günstigen bedingungen , egal wo in diesem universum (und ggf. auch weiteren universen) auftritt / sich entwickeln kann und wird .................. also nicht allein in lehmverschmutzten kometen , sondern eben da , wo es funktionieren kann .......................

Monod
24.04.2013, 18:11
@ Bynaus:


die ersten Lebewesen bzw. Replikatoren

Ich denke, da ist das erste Missverständnis. Ein simpler Replikator (also z.B. ein RNA-Strang, der in der Lage ist, sich selbst zu vervielfältigen) ist kein Lebewesen. Ein Lebewesen ist es erst dann, wenn replikationsfähiges Material derart in den Gesamtstoffwechsel eingebunden ist, dass es zur Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems beiträgt. Also: wenn RNA als Matrize zur Proteinsynthese verwertet werden kann. Oder aber - als Vorstufe - wenn RNA als Matrize zur Synthese von Ribozymen verwertet wird, die dann in den Gesamtstoffwechsel integriert sind. Allerdings neigt solches RNA-Leben zur Stagnation, weil die Vielfalt von vier Nukleotidtypen zu gering ist, um auf Dauer hinreichend spezifische Enzymaktivitäten zu entwickeln.


Dass ein Lebewesen mit 1 bis 3 Mio Basenpaaren "spontan" entsteht, ist so unwahrscheinlich, dass wir nie mehr auch nur einen Gedanken an ausserirdische Lebewesen verschwenden müssten.

Die Basenpaare bzw. die Länge der Proto-Genome wächst in der "Matrix" sukzessive hoch. Erst wenn ein Translationsmechanismus "erfunden" wird, bekommt ein Teil der RNA-Sequenzen einen "Sinn" in Gestalt von Aminosäure-Sequenzen, die über die nachfolgende "Einpassung" in das bereits bestehende abiotisch entstandene Proteom selektiert werden. Von "spontan" im Sinne von "auf einmal" kann da gar keine Rede sein. So etwas benötigt Zeit und Gelegenheit.


Nein, der biologischen Evolution muss eine chemische Evolution vorangegangen sein, an deren Ende einfache chemische Replikatoren standen, in ihrer Komplexität etwa einzelnen oder wenigen Basenpaaren entsprechend

Kurze RNA-Ketten als Replikatoren wird es sicher gegeben haben, aber diese spielten anfangs noch nicht die zentrale Rolle im gesamten Netzwerk. Möglicherweise dienten sie als Energiereserve, weil sie Phosphat enthalten (ATP ist ja heute noch die "Energiewährung" des außergenomischen Zellstoffwechsels - im Bereich des Genoms spielt GTP eine zentrale Rolle) und bekamen erst später eine Rolle als Ribozym und noch später als Translationsmatrize zugewiesen.


Von da aus erst muss es weiter gegangen sein, bis am Ende eine reproduktionsfähige erste Zelle entstand. Die mag dann von mir aus 1-3 Mio Basenpaare gehabt haben, aber sie war das Endprodukt einer langen, komplexen Entwicklung, sicher keine spontane Neubildung aus dem Nichts.

Nichts anderes hatte ich geschrieben.

Monod
25.04.2013, 16:39
@ Bynaus:

Noch ein Nachtrag: Die Entstehung der ersten Zellen darf man sich nicht so vorstellen, dass da irgendwelche kleinen Vesikel im Urmeer schwammen, die ein wenig RNA im Innenraum aufwiesen, welche in der Lage war, sich zu replizieren. Und aus diesen Vesikeln sollten dann später echte Zellen werden. Diese Vorstellung ist veraltet.

Die ersten Zellen entstanden gemäß neuerer Modelle nicht als Einzelorganismen, sondern im Kontext einer Anhäufung von einer Vielzahl gekammerter Teilsysteme, die locker miteinander verbunden und nicht scharf voneinander durch Membranen abgegrenzt waren. Vergleichbar ist dieser Zustand mit einem Plasmodium bei Schleimpilzen, wo sich eine Vielzahl von Zellkernen in einer gemeinsamen Plasmamasse befinden. Diese gemeinsame Plasmamasse stellt die von Richard Egel so bezeichnete "syncytisch-coenocytische Matrix" dar, die zunächst im Rahmen der chemischen Evolution heranwächst.

Innerhalb dieser Matrix finden dann die Prozesse statt, die u.a. sukzessive zur Anreicherung von RNA in einzelnen gekammerten Bereichen führen (Vorläufer der späteren Zellkerne der Eukaryoten). In denen kann dann über Ribozymaktivität in Korrespondenz mit einzelnen Aminosäuren sowie kurzen Peptiden, die die Ribozymaktivität spezifischer und effizienter werden lassen, in einem vielschrittigen Prozess Translation (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1894784/) entstehen. Mit der Entstehung der Translation beginnt die Evolution der modernen Zellen. Carl Woese (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC124369/) hat das darauf folgende Szenario im Detail beschrieben.

Es ist also nicht so, dass ad hoc eine Zelle mit einer Million Basenpaare entstehen musste, sondern die Entwicklung, die zu solchen Zellen führte, verlief "in die Breite", statt "in die Höhe". Gewissermaßen fand eine Umschichtung der Komplexität von der Umgebung des Systems in das System statt, bevor sie vertikal vererbt werden konnte. Von daher können wir sehr wohl noch Gedanken an außerirdische Lebensformen verschwenden ... ;)

Monod
25.04.2013, 16:40
gelöscht wegen Doppelpost.

Monod
21.08.2013, 16:29
Hier (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23801028) ist ein recht aktueller Artikel zur Thematik Genom-Reduzierung im Verlauf der Evolution. Es scheint so, dass sich die Genom-Größe tatsächlich mit der Zeit eher reduziert als erweitert. Dies scheint sogar der Normalfall der Evolution zu sein - unterbrochen von Episoden der "Komplexifizierung":


Quantitatively, the evolution of genomes appears to be dominated by reduction and simplification, punctuated by episodes of complexification.