HYDROTHERMALE HYPOTHESE: WAS ES IST, HINTERGRUND UND KRITIK - BIOLOGIE - 2025

Die hydrothermale Hypothese zielt darauf ab, die primitiven Bedingungen zu erklären, unter denen die ersten Lebensformen auf dem Planeten Erde entstanden sind, und schlägt als Haupteinstellung die heißen Quellen vor, die sich in den Tiefen der Ozeane befinden.

Es wurde eine Reihe von Thermalwasserquellen mit Temperaturen bis zu 350 ° C gefunden, in denen eine Reihe typischer Fauna dieser Bedingungen leben, wie Muscheln, Würmer, Krebstiere, Porifere und einige Stachelhäuter (Seesterne und ihre Verwandten).

Diese Beweise legen nahe, dass Tiefseeumgebungen wahrscheinlich für den Ursprung des Lebens geeignet waren und die frühesten Lebensformen chemoautotrophe Mikroorganismen waren.

Darüber hinaus beherbergt kochendes Wasser eine Reihe chemosynthetischer Bakterien, die ihre Energie aus Schwefelsubstanzen gewinnen, die in dieser Art von Umgebung reichlich vorhanden sind.

Chemosynthetische Bakterien haben Produzentenfunktionen in Ökosystemen und bilden die Basis der Nahrungskette, analog zur Rolle von Pflanzen in typischen Ökosystemen.

Ideen im Zusammenhang mit der hydrothermalen Hypothese tauchten Anfang 1977 auf, als der Forscher Corliss direkte Beobachtungen in hydrothermalen Systemen auf den Galapagos-Inseln machte.

Hintergrund und alternative Theorien

Seit mehreren Jahrzehnten schlagen Forscher Dutzende von Theorien vor, die den Ursprung des Lebens und das günstige Umfeld, in dem es sich hätte entwickeln sollen, erklären sollen. Wie das Leben entstand, war eine der ältesten und umstrittensten wissenschaftlichen Fragen.

Einige Autoren unterstützen den primären Ursprung des Stoffwechsels, während ihre Gegner den genetischen Ursprung unterstützen.

Panspermia

Mitte des 20. Jahrhunderts schlug der renommierte Wissenschaftler Arrhenius die Theorie der Panspermie oder die kosmologische Theorie vor. Diese Idee erhöht den Ursprung des Lebens dank der Ankunft räumlicher Mikroorganismen von einem Planeten, auf dem zuvor Leben existierte.

Logischerweise liefert die kosmologische Theorie keine Ideen, die das Problem lösen, da sie nicht erklärt, wie außerirdisches Leben auf diesem hypothetischen Planeten entstanden ist.

Darüber hinaus ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass die mikroskopischen Einheiten, die präbiotische Umgebungen kolonisierten, die Bedingungen des Weltraums überlebt haben, bis sie den Planeten Erde erreichten.

Abiotische Modelle

Abiotische Modelle legen nahe, dass das Leben neben "Mikrostrukturen" als Übergangsformen zwischen organischen Molekülen und frühen Lebensformen entstanden ist. Zu den Hauptverteidigern dieser Theorie zählen Oparín, Sydney W. Fox und Alfonso F. Herrera.

Nach Oparin und Haldane sind Koazervate Probionten-Vorläufer des Lebens, die durch eine Plasmamembran begrenzt sind, die eine Interaktion mit ihrer Umgebung ermöglicht. Laut den Autoren entstanden sie vor den Molekülen, die genetische Informationen übertragen: DNA oder RNA.

Stanley Miller und Harold Urey haben es ihrerseits geschafft, ein geniales System aufzubauen, das "die primitive Atmosphäre des Lebens" nachahmt. Die in der hypothetischen Atmosphäre vorhandenen Komponenten, die sich stark von der gegenwärtigen unterscheiden, waren in der Lage, lebenswichtige organische Moleküle (wie Aminosäuren) zu synthetisieren, wenn Wärme und Spannung an sie angelegt wurden.

Fox war in der Lage, Mikrokugeln mit einer bakterienähnlichen Größe zu erhalten, indem die Aminosäuren einer Wärmequelle ausgesetzt wurden.

Auf die gleiche Weise haben andere Forscher die Synthese organischer Moleküle unter Verwendung anorganischer Moleküle als Rohmaterial erreicht und damit den Ursprung des Lebens aus einer abiotischen Umgebung erklärt.

RNA-Welt

Eine andere Position des Ursprungs des Lebens postuliert als Hauptereignis das Auftreten der Moleküle, die genetische Informationen enthalten. Verschiedene Autoren verteidigen den Ursprung des Lebens durch RNA und argumentieren, dass dieses Molekül gleichzeitig als Matrize und Katalysator diente.

Der größte Beweis ist die Existenz von Ribosomen, RNA-Molekülen, die Reaktionen katalysieren und gleichzeitig Informationen in ihrer Nukleotidsequenz speichern können.

Woraus besteht es?

Die hydrothermale Hypothese schlägt diese extremen aquatischen Umgebungen als geeigneten Ort für die Synthese organischer Verbindungen vor, die zur Entstehung lebender Organismen auf der Erde führten.

Die Autoren dieser Theorie basieren auf archäischen Fossilien, modernen hydrothermalen Unterwasserentlüftungssystemen sowie theoretischen und experimentellen Beobachtungen.

Hydrothermale Systeme zeichnen sich durch hohe Energieflüsse, eine stark reduzierende Umgebung und reichlich vorhandene mineralische Tone aus, die ideale Oberflächen für katalytische Reaktionen sind. Darüber hinaus weist es hohe Konzentrationen an CH ₄ , NH ₃ , H ₂ und verschiedenen Metallen auf.

Die Hypothese besteht in der sequentiellen Umwandlung von CH ₄ , NH ₃ , H ₂ in Aminosäuren, diese in Proteine ​​und dann in komplexere Polymere, bis ein strukturierter Metabolismus und lebende Organismen erreicht sind.

Bei der Untersuchung von Fossilien in präkambrischen Gesteinen wurden zellähnliche Strukturen gefunden, die vor etwa 3,5 bis 3,8 Milliarden Jahren in hydrothermalen Unterwasser-Assemblagen entstanden sind.

Im Gegensatz zu den vorherigen Hypothesen schlägt die hydrothermale Hypothese Wärme als Energiequelle vor und nicht UV-Strahlen und elektrische Entladungen als Modell der "Urbrühe". Darüber hinaus schlägt dieses Modell die Existenz von Umweltgradienten in Bezug auf Temperatur, pH-Wert und chemische Konzentration vor.

Kritik an der Theorie

Obwohl die hydrothermale Hypothese mehrere gültige Argumente hat, wird sie nicht allgemein akzeptiert. Eine der Kritikpunkte am Ursprung des Lebens in einer heißen Quelle ist die Inkongruenz und der Mangel an Informationen über die geologischen Modelle der präbiotischen Ära.

Ebenso würden die für die Entwicklung des Lebens essentiellen Moleküle - wie Nukleinsäuren, Proteine ​​und Membranen - aufgrund der hohen Temperaturen hydrothermaler Umgebungen sofort zerstört werden.

Es ist jedoch auch wahrscheinlich, dass die ersten Lebensformen thermostabil waren, ähnlich den thermophilen Organismen, die heute in extremen Umgebungen leben.

Andererseits tritt ein anderes Problem in Bezug auf die Konzentration der Komponenten auf. Es ist unwahrscheinlich, dass sich das Leben in der Weite der präbiotischen Ozeane entwickelt hat, in denen Biomoleküle stark verdünnt und verteilt wären.

Damit eine Umgebung für den Ursprung des Lebens geeignet ist, muss sie Wechselwirkungen zwischen Molekülen fördern, damit sie komplexere Einheiten bilden. nicht verdünnen, wie es im tiefen Ozean passieren würde.

Befürworter der hydrothermalen Theorie vermuten, dass das Leben in abgegrenzten Bereichen entstanden sein könnte, die die Verdünnung neu gebildeter Moleküle wie Krater verhinderten.

Verweise

1. Chatterjee, S. (2016). Eine symbiotische Sicht auf den Ursprung des Lebens an hydrothermalen Einschlagkraterseen. Physikalische Chemie Chemische Physik, 18 (30), 20033–20046.
2. Corliss, JB, Baross, JA & Hoffman, SE (1981). Eine Hypothese über die Beziehungen zwischen heißen U-Boot-Quellen und dem Ursprung des Lebens auf der Erde. Oceanologica Acta, Sonderausgabe.
3. Holm, NG (1992). Warum werden hydrothermale Systeme als plausible Umgebungen für den Ursprung des Lebens vorgeschlagen? In marinen hydrothermalen Systemen und dem Ursprung des Lebens (S. 5–14). Springer, Dordrecht.
4. Jheeta, S. (2017). Die Landschaft der Entstehung des Lebens. Leben, 7 (2), 27.
5. Lanier, KA & Williams, LD (2017). Der Ursprung des Lebens: Modelle und Daten. Journal of Molecular Evolution, 84 (2), 85–92.