{"id":7046,"date":"2016-03-11T14:18:11","date_gmt":"2016-03-11T14:18:11","guid":{"rendered":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/?p=7046"},"modified":"2016-03-31T08:59:30","modified_gmt":"2016-03-31T08:59:30","slug":"abiogenese","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/?p=7046","title":{"rendered":"Abiogenese"},"content":{"rendered":"
<\/div>

Abiogenese bezeichnet man den weitgehend unbekannten Mechanismus der Entstehung von Lebewesen aus organischen Stoffen.<\/strong>
Zurzeit des Bombardements, das vor ca. 4 Milliarden Jahren 100.000 Jahre andauerte, schlugen Meteorite und Kometen im Minutentakt auf der Erde ein. Diese luden zehnmal mehr Wasser ab, als derzeit in den Ozeanen der Erde vorhanden ist, und tausendmal mehr Gase, als die heutige Atmosph\u00e4re enth\u00e4lt. Und das ist noch nicht alles: Sie lieferten auch das reiche B\u00fcfett der organischen Molek\u00fcle, die wir im interstellaren Raum finden, und das in einer atemberaubenden Zahl von Portionen. Mindestens 10 Billionen Tonnen (oder 10.000.000.000.000.000 kg) organischer Kohlenstoff, vielleicht auch hundertmal so viel, sind aus dem Weltraum in unsere Atmosph\u00e4re eingedrungen. Das ist mindestens das Zehnfache der gesamten Kohlenstoffmenge, die heute durch lebende Zellen zirkuliert.
Das gesamte Wasser der Erde flie\u00dft einmal in 100.000 Jahren durch jeden denkbaren Punkt des Planeten. Also durch jeden hydrothermalen Schlot, an dem sich heute in unvorstellbarer Tiefe noch Leben existiert. Diese Schlote werden bis zu 60 Meter tief.
Was aber muss sich dort zusammenfinden und in welcher Reihenfolge? Wenn das Problem bereits gel\u00f6st w\u00e4re, k\u00f6nnten wir Leben im Labor erzeugen. <\/p>\n

Ein paar der bekanntesten Hypothesen:<\/strong>
Die Liposomen-Welt-Hypothese: Die Abiogenese muss sich auf engem Platz abgespielt haben. Z.B. am Rande eines Felsen oder in dessen Mikrorissen in einer Tiefe von ca. 25 Meter unter der Meeresoberfl\u00e4che, wo die UV-Strahlung die zusammenfindenden Molek\u00fcle nicht sofort wieder aufspaltet. Dort sammeltn sich Lipidschichten an die sich an den Gegenpolen anzogen und somit auf der Au\u00dfenseite hydrophil (wasserliebend) und auf der Innenseite hydrophob waren. Sie bilden quasi Membranen die einige passierende Aminos\u00e4uren und jegliche organische Substanzen auffingen (daf\u00fcr braucht es bewiesenerma\u00dfen keine Proteinkan\u00e4le wie in hochkomplexen Membranen). Eine Membran ist sehr wichtig, denn jeder Organismus hat die Eigenschaft seine \u201eInnereien\u201c zusammen zu halten und von der Umwelt zu trennen und zu sch\u00fctzen.
Kaum hatten sich einige wenige Peptide und Nukleotide dort gebunden, so kamen sie aus der Membran nicht raus, da sie zu gro\u00df waren und die Membran zu unflexibel. Kleine Lipid-Bl\u00e4schen bildeten sich im Druck des Wassers und l\u00f6sten sich durch Wellen oder Erosionen wieder auf. Eine weitere wichtige Eigenschaft, welche alles Leben eint, ist die Selbstreplikation. Also die Autokatalyse (die sich selbst katalysierende Reaktion) mit Informationsweitergabe.
Ein Polymer (Makromolek\u00fcl), der Kopien von sich anfertigen kann, ist bspw. Phosphatamidat-DNA. Es ist dazu auch noch zur Polymerisation (Fusion von Makromolek\u00fclen) f\u00e4hig, was interessant wird, wenn wir annehmen, dass sich solch ein Polymer in einer hei\u00dfen Quelle unter Wasser bildete. Dort sprudeln Vesikel, Liposome und all die anderen Fusionspotentiale f\u00fcr das sich bildende Leben. Und wenn man die Temperaturschwankungen und Dichteunterschiede miteinberechnet, dann kann man auch mit Schwankungen in der Bindungsf\u00e4higkeit rechnen und mit mechanischer Flexibilit\u00e4t der Bl\u00e4schen rechnen. Der osmotische (von innen heraus ausdehnende) Druck kommt vor allem dann dazu, wenn die Substanz \u201emetabolismusf\u00e4hig\u201c ist, also stoffwechseln kann. Somit h\u00e4tten wir auch schon eine Definition von primitivem Leben:
Ein sich selbsterhaltendes System, das zu Stoffwechsel, Replikation und Informationsweitergabe f\u00e4hig ist und am evolution\u00e4rem Wettrennen teilnimmt.
<\/em>Das ist wichtig f\u00fcr anstehende Projekte, <\/em>denn nur wenn man wei\u00df wonach man sucht kann man \u00fcbergreifende Forschung m\u00f6glich machen.
<\/em>
Stichwort Evolution: Die stabileren Membranen \u00fcberlebten. Die schnelleren Replikatoren zeugtn mehr von sich. Daraus ergibt sich, dass sich die enzymatischen so wie die informellen Eigenschaften bspw. einer RNA bereits gut zeigten. Man kann von zuf\u00e4lligem Informationsaustausch sprechen. Fehler bei dem Replizieren werden von der nat\u00fcrlichen Auslese bestraft oder die \u201eErbsubstanz\u201c hat Erfolg. Erfolg + Erfolg = Mehr Erfolg (exponentiell). Das hei\u00dft, die Anf\u00e4nge des Lebens waren viel mehr vom \u201ever\u00e4ndere\/verbessere dich oder \u201astirb\u2018\u201c-Prinzip gekennzeichnet als das komplexe Leben heute. Zur Erinnerung: Unsere Erbsubstanz macht unter 1.000.000 (DNA-)Kopien nur einen Fehler.
Dadurch lief die Evolution damals aber schneller ab, was wichtig war, denn die Halbwertzeiten der molekularen Verbunde und das Schicksal auf der Urerde waren eine gro\u00dfe Herausforderung f\u00fcr die Biogenese. <\/p>\n

Die amerikanischen Wissenschaftler sind optimistischer was das Thema Abiogenese angeht. Sie haben einen breiteren Fokus, da viele der Meinung sind, Leben k\u00f6nnte interstellar entstanden und bereits in fertiger Form auf einem Tr\u00e4ger (z.B. Meteorit) auf die Erde gebracht worden sein. Auch sind viele Wissenschaftler der Meinung, Leben kann selbst ohne Sonneneinstrahlung nur durch thermische Energien zu ersten Protozellen evolviert worden sein (\u00e4hnlich der heutigen Archaeen). Diese hydrothermalen Quellen findet man am mittelozeanischen R\u00fccken, an dem durch Plattendrift Magma aus dem Erdmantel aufsteigt und neuer Meeresboden entsteht. Das Wasser kann einige hundert Grad erreichen (bei Ozeantiefen von 2000-3000 m). Die Geologen unterscheiden zwei Arten hydrothermaler Systeme:
- sedimentfreie, achsennahe Systeme <\/em>(on-axis-systems) an plattentektonischen Spreizungszentren mit steilem Temperaturgradienten, da sie direkt \u00fcber den Magmakammern liegen. Mittlere Temperatur des ausstr\u00f6menden Wassers ~360 \u00b0C; Durchsatz 24 km\u00b3*a-1<\/sup>
- achsenferne Systeme<\/em> (off-axis-systems), sie werden durch frei Konvektion angetrieben, entsprechend der K\u00fchlung durch die Ozeankruste, mit Quellwassertemperaturen von etwa 150 \u00b0C.<\/p>\n

Vor allem die Arbeiten von Russel (1989) und W\u00e4chterh\u00e4user (1988) modifizierten das Modell der hydrothermalen Synthesen von Biomolek\u00fclen.
W\u00e4chterh\u00e4user steht besonders in Kontrast zu den bisher genannten und beschriebenen Hypothesen. Seine Hypothese verneint <\/strong>das \u00fcbliche pr\u00e4biotische Ursuppenmodell, sowie das Vorliegen anderer \"Welten (z. B. der RNA-Welt, Ton-Kristall-Welt usw.). Vorallem aber behauptet W\u00e4chterh\u00e4user, dass nicht der primitive, genetische Apparat sondern ein einfacher Metabolismus (Stoffwechsel) funktionieren m\u00fcsste um Biomolek\u00fcle zu einem System zusammen zu bringen.\u00a0
Dieser geforderte Metabolismus lief an der Oberfl\u00e4che bestimmter Mineralien ab, die nach Meinung vieler Geologne auf der Urerde reichlich vorhanden waren. Die f\u00fcr den Aufbau wichtiger Molek\u00fcle aus einfachen Bausteinen wie z. B. CO2<\/sub> oder CO (wir Lebewesen sind n\u00e4mlich Kohlenstoffgebilde) stammen aus der oxidativen Bildung von Pyrit<\/strong>.
Die\u00a0 Fixierung von CO2<\/sub> an der Pyrit-Oberfl\u00e4che f\u00fchrt zu anionischen Gruppen, wobei die Produkte in ihrem wachsenden Zustand gebunden werden. Ihre Verweilzeit am Pyrit entspricht ihrer Oberfl\u00e4chen-Bindungsst\u00e4rke. Stark gebundene Produkte haben Zeit, um bestimme Reaktionen einzugehen. Sie bilden ein zweidimensionales Reaktionssystem, d. h. den Oberfl\u00e4chen-Metabolismus <\/strong>(bzw. zwei-dimensionalen Stoffwechsel).
Da Pyrit positiv geladen ist und die anionischen organischen Molek\u00fcle besser binden kann, gehe ich hier nur auf die \u201ePyrit-Hypothese\u201c ein, wobei es solche \u00dcberlegungen auch mit Tonmineralien gibt.
Mit Hilfe des Oberfl\u00e4chen-Metabolismus lassen sich auch Fragen zur Entstehung erster Zellstrukturen diskutieren. So k\u00f6nnte beispielsweise f\u00fcr den Zellmembran-Aufbau ben\u00f6tigte Molek\u00fcle im sog. reduktiven<\/em> Citronens\u00e4ure-Cyclus <\/strong>aufgebaut werden.
Abschlie\u00dfend stellte W\u00e4chterh\u00e4user auch seine These \u00fcber m\u00f6gliche Nucleins\u00e4ure-Vorl\u00e4ufer vor. Danach bestand die pr\u00e4-DNA nur aus Purinbasen. Die Pyrimidine konnten erst sp\u00e4ter enzymatisch synthetisiert werden.
Das Gebiet Astrobiologie und Abiogenese geh\u00f6ren zu den j\u00fcngsten Wissenschaften, was hoffentlich bedeutet, dass die n\u00e4chsten Jahre und Jahrzehnte zu noch gr\u00f6\u00dferen Erkenntnissen und L\u00f6sungen f\u00fcr das Biogenese-Problem f\u00fchren werden.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>

Autor: KATALYSE Institut<\/em><\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Abiogenese bezeichnet man den weitgehend unbekannten Mechanismus der Entstehung von Lebewesen aus organischen Stoffen.Zurzeit des Bombardements, das vor ca. 4 Milliarden Jahren 100.000 Jahre andauerte, schlugen Meteorite und Kometen im Minutentakt auf der Erde ein. Diese luden zehnmal mehr Wasser ab, als derzeit in den Ozeanen der Erde vorhanden ist, und tausendmal mehr Gase, als […]<\/p>\n","protected":false},"author":10,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-7046","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-allgemein"],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/7046","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/10"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=7046"}],"version-history":[{"count":5,"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/7046\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":7049,"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/7046\/revisions\/7049"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=7046"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=7046"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/umweltlexikon.katalyse.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=7046"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}