ABIOGENESE: HAUPTTHEORIEN - BIOLOGIE - 2025

Die Abiogénese bezieht sich auf die Anzahl der Prozesse und Schritte, aus denen die ersten Lebensformen auf der Erde hervorgingen , inerte monomere Ausgangsblöcke, die im Laufe der Zeit ihre Komplexität erhöhen konnten. In Anbetracht dieser Theorie entstand das Leben aus nicht lebenden Molekülen unter geeigneten Bedingungen.

Es ist wahrscheinlich, dass nach der Abiogenese einfache Lebenssysteme die biologische Evolution alle komplexen Lebensformen hervorgebracht hat, die heute existieren.

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Einige Forscher glauben, dass Abiogeneseprozesse mindestens einmal in der Geschichte der Erde stattgefunden haben müssen, um den hypothetischen Organismus LUCA oder den letzten universellen gemeinsamen Vorfahren (vom englischen Akronym im letzten universellen gemeinsamen Vorfahren) vor etwa 4 Milliarden hervorzubringen von Jahren.

Es wird vermutet, dass LUCA einen genetischen Code haben muss, der auf dem DNA-Molekül basiert, das mit seinen vier in Tripletts gruppierten Basen die 20 Arten von Aminosäuren codiert, aus denen Proteine ​​bestehen. Forscher, die versuchen, den Ursprung des Lebens zu verstehen, untersuchen die Abiogeneseprozesse, die zu LUCA geführt haben.

Die Antwort auf diese Frage wurde vielfach in Frage gestellt und ist oft von einem Dunst aus Rätseln und Unsicherheiten umgeben. Aus diesem Grund haben Hunderte von Biologen eine Reihe von Theorien vorgeschlagen, die von der Entstehung einer Ursuppe bis zu Erklärungen in Bezug auf Xenobiologie und Astrobiologie reichen.

Woraus besteht es?

Die Theorie der Abiogenese basiert auf einem chemischen Prozess, bei dem die einfachsten Lebensformen aus leblosen Vorläufern hervorgingen.

Es wird angenommen, dass der Prozess der Abiogenese kontinuierlich ablief, im Gegensatz zu der Ansicht, dass die Entstehung in einem glücklichen Ereignis abrupt erfolgt. Diese Theorie geht also von der Existenz eines Kontinuums zwischen nicht lebender Materie und den ersten lebenden Systemen aus.

Ebenso wird eine Reihe verschiedener Szenarien vorgeschlagen, in denen der Beginn des Lebens von anorganischen Molekülen ausgehen könnte. Diese Umgebungen sind im Allgemeinen extrem und unterscheiden sich von den aktuellen Bedingungen auf der Erde.

Diese angeblichen präbiotischen Zustände werden oft im Labor reproduziert, um zu versuchen, organische Moleküle zu erzeugen, wie das berühmte Miller- und Urey-Experiment.

Der Ursprung des Lebens: Theorien

Der Ursprung des Lebens ist seit Aristoteles eines der umstrittensten Themen für Wissenschaftler und Philosophen. Diesem wichtigen Denker zufolge könnte sich zersetzende Materie dank der spontanen Wirkung der Natur in lebende Tiere verwandeln.

Die Abiogenese im Lichte des aristotelischen Denkens kann in seinem berühmten Ausdruck omne vivum ex vivo zusammengefasst werden, der bedeutet, dass "alles Leben vom Leben ausgeht".

In der Folge hat eine relativ große Anzahl von Modellen, Theorien und Spekulationen versucht, die Bedingungen und Prozesse aufzuklären, die zur Entstehung des Lebens geführt haben.

Die herausragendsten Theorien, sowohl aus historischer als auch aus wissenschaftlicher Sicht, die versucht haben, den Ursprung der ersten lebenden Systeme zu erklären, werden nachstehend beschrieben:

Theorie der spontanen Erzeugung

Im frühen 17. Jahrhundert wurde postuliert, dass Lebensformen aus leblosen Elementen hervorgehen könnten. Die Theorie der spontanen Erzeugung wurde von den damaligen Denkern weitgehend akzeptiert, da sie von der katholischen Kirche unterstützt wurde. So könnten Lebewesen sowohl von ihren Eltern als auch von nicht lebender Materie keimen.

Zu den bekanntesten Beispielen, die diese Theorie stützen, gehören das Auftreten von Würmern und anderen Insekten in zersetztem Fleisch, Frösche, die aus Schlamm hervorgegangen sind, und Mäuse, die aus schmutziger Kleidung und Schweiß hervorgegangen sind.

Tatsächlich gab es Rezepte, die die Schaffung lebender Tiere versprachen. Um beispielsweise Mäuse aus nicht lebender Materie herzustellen, mussten Weizenkörner in einer dunklen Umgebung mit schmutziger Kleidung kombiniert werden, und im Laufe der Tage tauchen lebende Nagetiere auf.

Befürworter dieser Mischung argumentierten, dass menschlicher Schweiß auf Kleidung und die Fermentation von Weizen die bestimmenden Mittel für die Bildung von Leben seien.

Widerlegung der spontanen Erzeugung

Im 17. Jahrhundert wurden in den Aussagen der Theorie der spontanen Erzeugung Mängel und Lücken festgestellt. Erst 1668 entwarf der italienische Physiker Francesco Redi einen geeigneten Versuchsplan, um ihn abzulehnen.

In ihren kontrollierten Experimenten legte Redi fein geschnittene Fleischstücke, die in Musselin eingewickelt waren, in sterile Behälter. Diese Gläser waren ordnungsgemäß mit Gaze bedeckt, so dass nichts mit dem Fleisch in Kontakt kommen konnte. Das Experiment enthielt auch einen weiteren Satz Gläser, die nicht verschlossen waren.

Im Laufe der Tage wurden Würmer nur in den unbedeckten Gläsern beobachtet, da die Fliegen frei eindringen und die Eier legen konnten. Bei den abgedeckten Gläsern wurden die Eier direkt auf die Gaze gelegt.

In ähnlicher Weise entwickelte der Forscher Lazzaro Spallanzani eine Reihe von Experimenten, um die Prämissen der spontanen Erzeugung abzulehnen. Zu diesem Zweck stellte er eine Reihe von Brühen her, die er länger kochte, um alle dort lebenden Mikroorganismen zu zerstören.

Befürworter der spontanen Erzeugung behaupteten jedoch, dass die Wärmemenge, der die Brühen ausgesetzt waren, übermäßig war und die "Lebenskraft" zerstörte.

Pasteurs Beiträge

Später, im Jahr 1864, machte sich der französische Biologe und Chemiker Louis Pasteur daran, den Postulaten der spontanen Erzeugung ein Ende zu setzen.

Um dieses Ziel zu erreichen, stellte Pasteur Glasbehälter her, die als "Schwanenhalskolben" bekannt sind, da sie lang und an den Spitzen gebogen waren, wodurch das Eindringen von Mikroorganismen verhindert wurde.

In diesen Behältern kochte Pasteur eine Reihe von Brühen, die steril blieben. Als der Hals eines von ihnen gebrochen wurde, wurde er kontaminiert und Mikroorganismen vermehrten sich in kurzer Zeit.

Die von Pasteur vorgelegten Beweise waren unwiderlegbar und konnten eine Theorie auf den Kopf stellen, die mehr als 2.500 Jahre andauerte.

Panspermia

In den frühen 1900er Jahren schrieb der schwedische Chemiker Svante Arrhenius ein Buch mit dem Titel "Die Erschaffung der Welten", in dem er vorschlug, dass das Leben über Sporen, die gegen extreme Bedingungen resistent sind, aus dem Weltraum kam.

Logischerweise war die Theorie der Panspermie von vielen Kontroversen umgeben, außerdem lieferte sie keine wirkliche Erklärung für den Ursprung des Lebens.

Chemosynthetische Theorie

Bei der Untersuchung von Pasteurs Experimenten ist eine der indirekten Schlussfolgerungen seiner Beweise, dass sich Mikroorganismen nur aus anderen entwickeln, dh Leben kann nur aus Leben kommen. Dieses Phänomen wurde "Biogenese" genannt.

Aus dieser Perspektive heraus würden die Theorien der chemischen Evolution entstehen, angeführt vom Russen Alexander Oparin und dem Engländer John DS Haldane.

Diese Ansicht, auch als Oparin-Haldane-Chemosynthesetheorie bezeichnet, legt nahe, dass die Erde in einer präbiotischen Umgebung eine Atmosphäre ohne Sauerstoff und mit hohem Wasserdampf-, Methan-, Ammoniak-, Kohlendioxid- und Wasserstoffgehalt hatte, was sie stark reduzierend macht.

In dieser Umgebung gab es verschiedene Kräfte wie elektrische Entladungen, Sonnenstrahlung und Radioaktivität. Diese Kräfte wirkten auf anorganische Verbindungen und führten zu größeren Molekülen, wodurch organische Moleküle entstanden, die als präbiotische Verbindungen bekannt sind.

Miller und Urey experimentieren

Mitte der 1950er Jahre gelang es den Forschern Stanley L. Miller und Harold C. Urey, ein geniales System zu schaffen, das die angeblichen alten Bedingungen der Erdatmosphäre nach der Oparin-Haldane-Theorie simulierte.

Stanley und Urey fanden heraus, dass unter diesen "primitiven" Bedingungen einfache anorganische Verbindungen zu komplexen lebenswichtigen organischen Molekülen wie Aminosäuren, Fettsäuren und Harnstoff führen können.

Polymerbildung

Obwohl die oben genannten Experimente einen plausiblen Weg für die Entstehung von Biomolekülen nahe legen, die Teil lebender Systeme sind, legen sie keine Erklärung für den Polymerisationsprozess und die erhöhte Komplexität nahe.

Es gibt mehrere Modelle, die versuchen, diese Frage zu klären. Die erste betrifft feste Mineraloberflächen, auf denen die große Oberfläche und die Silikate als Katalysatoren für Kohlenstoffmoleküle wirken könnten.

Tief im Ozean sind hydrothermale Quellen eine geeignete Quelle für Katalysatoren wie Eisen und Nickel. Laborversuchen zufolge sind diese Metalle an Polymerisationsreaktionen beteiligt.

Schließlich gibt es in den Ozeangräben heiße Pools, die aufgrund von Verdampfungsprozessen die Konzentration von Monomeren begünstigen und die Bildung komplexerer Moleküle begünstigen könnten. Die Hypothese der „Ursuppe“ basiert auf dieser Annahme.

Versöhnung der Ergebnisse von Miller und Pasteur

In Anlehnung an die in den vorhergehenden Abschnitten diskutierte Reihenfolge der Ideen haben Pasteurs Experimente ergeben, dass das Leben nicht aus inerten Materialien entsteht, während die Beweise von Miller und Urey dies zeigen, sondern auf molekularer Ebene.

Um beide Ergebnisse in Einklang zu bringen, muss berücksichtigt werden, dass sich die Zusammensetzung der heutigen Erdatmosphäre völlig von der präbiotischen Atmosphäre unterscheidet.

Der in der gegenwärtigen Atmosphäre vorhandene Sauerstoff würde als "Zerstörer" der gebildeten Moleküle wirken. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass die Energiequellen, die angeblich zur Bildung organischer Moleküle geführt haben, nicht mehr mit der Häufigkeit und Intensität der präbiotischen Umgebung vorhanden sind.

Alle auf der Erde vorhandenen Lebensformen bestehen aus einer Reihe von Strukturblöcken und großen Biomolekülen, die als Proteine, Nukleinsäuren und Lipide bezeichnet werden. Mit ihnen können Sie die Basis des gegenwärtigen Lebens "bewaffnen": Zellen.

In der Zelle wird das Leben verewigt, und nach diesem Prinzip basiert Pasteur darauf, dass jedes Lebewesen von einem anderen bereits existierenden Wesen stammen muss.

RNA-Welt

Die Rolle der Autokatalyse während der Abiogenese ist entscheidend, weshalb eine der bekanntesten Hypothesen über den Ursprung des Lebens die der RNA-Welt ist, die einen Start von einkettigen Molekülen mit der Fähigkeit zur Selbstreplikation postuliert.

Diese Vorstellung von RNA legt nahe, dass die ersten Biokatalysatoren keine Moleküle von Proteincharakter waren, sondern RNA-Moleküle - oder ein ähnliches Polymer - mit der Fähigkeit zu katalysieren.

Diese Annahme basiert auf der Eigenschaft von RNA, kurze Fragmente durch Annealing zu synthetisieren, das den Prozess steuert und die Bildung von Peptiden, Estern und glykosidischen Bindungen fördert.

Nach dieser Theorie war die Stamm-RNA mit einigen Cofaktoren wie Metallen, Pyrimidinen und Aminosäuren assoziiert. Mit dem Fortschreiten und der zunehmenden Komplexität des Stoffwechsels entsteht die Fähigkeit, Polypeptide zu synthetisieren.

Im Laufe der Evolution wurde RNA durch ein chemisch stabileres Molekül ersetzt: DNA.

Aktuelle Vorstellungen vom Ursprung des Lebens

Derzeit wird vermutet, dass das Leben in einem extremen Szenario entstanden ist: in ozeanischen Gebieten in der Nähe von Vulkanschloten, in denen die Temperaturen 250 ° C erreichen können und der Luftdruck 300 Atmosphären übersteigt.

Dieser Verdacht ergibt sich aus der Vielfalt der Lebensformen in diesen feindlichen Regionen, und dieses Prinzip ist als "Theorie der heißen Welt" bekannt.

Diese Umgebungen wurden von Archaebakterien besiedelt, Organismen, die in extremen Umgebungen wachsen, sich entwickeln und vermehren können, wahrscheinlich sehr ähnlich zu präbiotischen Bedingungen (einschließlich niedriger Sauerstoffkonzentrationen und hoher CO ₂ -Niveaus ).

Die thermische Stabilität dieser Umgebungen, der Schutz vor plötzlichen Veränderungen und der konstante Gasfluss sind einige der positiven Eigenschaften, die den Meeresboden und die Vulkanschlitze zu geeigneten Umgebungen für den Ursprung des Lebens machen.

Begriffe zur Biogenese und Abiogenese

1974 veröffentlichte der renommierte Forscher Carl Sagan einen Artikel, in dem die Verwendung der Begriffe Biogenese und Abiogenese erläutert wurde. Laut Sagan wurden beide Begriffe fälschlicherweise in Artikeln verwendet, die sich auf Erklärungen des Ursprungs der ersten lebenden Formen beziehen.

Zu diesen Fehlern gehört die Verwendung des Begriffs Biogenese als eigenes Antonyme. Das heißt, die Biogenese wird verwendet, um den Ursprung des Lebens ausgehend von anderen lebenden Formen zu beschreiben, während sich die Abiogenese auf den Ursprung des Lebens aus nicht lebender Materie bezieht.

In diesem Sinne wird ein zeitgemäßer biochemischer Weg als biogen angesehen und ein präbiologischer Stoffwechselweg ist abiogen. Daher ist es besonders erforderlich, auf die Verwendung beider Begriffe zu achten.

Verweise

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4. Sagan, C. (1974). Zu den Begriffen "Biogenese" und "Abiogenese". Ursprünge des Lebens und der Evolution der Biosphären, 5 (3), 529–529.
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