Der Beginn des Lebens
Aber nicht jeder Planet wird letztendlich auch Leben wie unsere Erde aufweisen. Folgende Faktoren sind diesbezüglich notwendig:
Abb. 2: Unser Planet Erde aus heutiger Sicht
- Ein Planet darf nicht im Zentrum seiner Galaxis liegen, denn diese Position ist sehr lebensfeindlich, da Katastrophen wie Supernova-Explosionen oder Beinahezusammenstöße von Sternen stets zu befürchten sind.
- Ein Planet hat jedoch auch im Randbezirk seiner Galaxis wenig Chancen, Leben zu produzieren, denn dort sind die wichtigen Elemente Stickstoff, Sauerstoff, Silizium und Eisen kaum zu finden.
- Wenn der Planet sich in der richtigen Position in der Galaxis befindet, sollte seine Umlaufbahn nicht exzentrisch sein, da die Klimaschwankungen dann katastrophal sein können.
- Der Planet sollte zudem einen großen Mond als Begleiter haben, damit er relativ stabil rotieren kann.
- Zusätzlich muss das Sonnensystem des Planeten einen großen Gasplaneten wie unseren Jupiter aufweisen, der die meisten irrlaufenden planetaren Kleinkörper wie Meteore und Kometen einfängt und den erdähnlichen Planeten dadurch vor allzu vielen lebensgefährlichen Einschlägen bewahrt.
Werfen Sie einen Blick auf unseren wunderschönen Planeten vom Weltall aus:
Die Erde heute
Unsere Erde (Abb. 2), die mit ihrer Sonne vor ungefähr 4,6 Milliarden Jahren entstand, die also zur jüngeren Generation unseres Universums gehört, erfüllte sämtliche Bedingungen, um schließlich Leben zu produzieren bzw. zu fördern (Abb. 3). Nach den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen (2005) war die Erde schon vor 4,4 Milliarden Jahren soweit abgekühlt, dass sie Wasser aufwies. Es hatten sich zu diesem Zeitpunkt also schon die Uratmosphäre und das Urmeer gebildet. In Letzterem sollen sich dann laut einiger Paläontologen vor ungefähr 3,8 - 3,5 Milliarden Jahren (oder sogar noch weitaus früher), obwohl die Bedingungen auf unserem Planeten noch extrem widrig waren, da verheerende Meteoriteneinschläge die Ozeane wiederholt verkochen ließen und die Erde für Jahrtausende in einen sengend heißen Nebel aus verdampftem Gestein gehüllt hatten, die ersten Lebensformen entwickelt haben.
Abb. 3: Unser Planet Erde vor 4,6 Milliarden Jahren: Um diese Zeit bildete sich die feste Oberfläche unseres Planeten. Die Erde ist noch unwirtlich. Ströme glutflüssiger Lava ergießen sich über weite Flächen. Ammoniak-, Methan-, Wasserstoff- und Wasserdampfgase dringen durch Öffnungen der Erdkruste nach außen. (Werk des Künstlers Z. Burian)
Vor ungefähr 2,5 Milliarden Jahren konnte man bei den existierenden einfachen Einzellern schließlich zwischen folgenden drei Hauptgruppen unterscheiden, den Bakterien, den Archaeen und den Eukaryoten. Die Bakterien und die Archaeen, die keinen echten Zellkern besitzen, bezeichnet man als Prokaryoten. Alle Einzeller lebten zu diesem Zeitpunkt in anaeroben Verhältnissen, d. h. in einer sauerstofflosen Umgebung. Bezüglich der Struktur ihrer Zellwand und ihres Zellkernes konnte man bei ihnen drei unterschiedliche Vertreter finden:
- Prokaryoten, die mit DNA, Ribosomen, einer Membran und einer festen Zellwand ausgestattet waren.
- Prokaryoten, die wie die obigen Prokaryoten DNA, Ribosomen und eine Membran, jedoch keine feste Zellwand mehr besaßen. Die weiche, einstülpbare, äußere Membran befähigte diese Zellen, auch größere „Brocken“ wie die obigen Prokaryoten zu verschlingen und zu verdauen, statt lediglich kleine Moleküle aus der Umgebung aufzunehmen. Das „Fressen und Gefressenwerden“ – ein so markantes Zeichen des Lebens – hat damit begonnen.
- Prokaryoten, die wie die Prokaryoten der zweiten Hauptgruppe keine feste Zellwand mehr besaßen, deren Membran jedoch durch Wachstum und Einfaltung nach innen schließlich die DNA umschloss. Sie wiesen dadurch einen echten Zellkern auf und müssen fortan als Eukaryoten bezeichnet werden. Aus ihnen gingen letztendlich alle Pflanzen, Pilze und Tiere hervor. Diese ersten echten Einzeller nahmen zudem Zellen vom Typ der Alpha-Proteobakterien als Symbiosepartner auf. Letztere gehörten zu den wenigen Prokaryoten der ersten Hauptgruppe, die in der Lage waren, Sauerstoff zur Energieproduktion zu verwenden. Für den Schutz, den die Eukaryoten den Alpha-Proteobakterien vor dem Gefressenwerden boten, stellten jene nun ihrem Wirt ihre Energie aus ihrem Atmungsstoffwechsel zur Verfügung. Schließlich verloren die Alpha-Proteobakterien im Laufe der Evolution ihre Gene, die sie einst für ein autonomes Leben brauchten, und übertrugen sie in das Erbgut ihres Wirtes. Damit wurden sie zu den Mitochondrien unserer Zellen. Später nahmen diese Eukaryoten als Symbiosepartner noch Cyanobakterien (ebenfalls zur ersten Hauptgruppe zählend) auf, die sich letztendlich zu den Chloroplasten ihrer Wirtszellen entwickelten. Mit Hilfe der Chloroplasten waren die Eukaryoten nun vor ungefähr 2,3 Milliarden Jahren in der Lage, aus Wasser und Kohlenstoffdioxid mittels der Lichtenergie Traubenzucker und Sauerstoff zu produzieren. Letzteres führte zu einer grundlegenden Veränderung der Atmosphäre. Denn nun bildete sich freier Sauerstoff, der sich nicht nur im Meer, sondern auch in der Atmosphäre anreicherte.
Vor ungefähr 2,3 Milliarden Jahren hatten wir die erste von drei sehr extremen Kältephasen auf unserer Erde. Die nächsten beiden erfolgten vor 750 Millionen und 600 Millionen Jahren. Die erste Kältephase, die man im wissenschaftlichen Kreis die huronische Vereisung nennt, weil man sie im Gestein unmittelbar nördlich des Huron-Sees in Südkanada gut erkennen kann, sorgte dafür, dass die Erde einschließlich der Ozeane komplett zufror und als riesiger Schneeball um die Sonne kreiste. Selbst die Kontinente in Äquatornähe sollen einen Eispanzer getragen haben, dessen Spuren noch heute erkennbar sind. Diese huronische Vereisung soll überdies genau zu dem Zeitpunkt stattgefunden haben, als sich der Sauerstoff in der Atmosphäre anzureichern begann.
Die ältesten fossil bekannten mehrzelligen Lebewesen traten vor ungefähr 2,1 Milliarden Jahren auf.
Vor 2 Milliarden Jahren können wir bei einigen Ein- und Vielzellern bei der Vermehrung statt der gewöhnlichen Zweiteilung zum ersten Mal das Phänomen der Sexualität entdecken, durch die sich neue Genkombinationen bilden können und die deshalb für die Fortentwicklung der Lebensformen von enormer Bedeutung ist.
Vor 1 Milliarden Jahren war der von den Cyanobakterien produzierte Sauerstoffgehalt auf der Erde so hoch geworden, das er schließlich das Todesurteil für die meisten damaligen Ein- und Vielzeller bedeutete.
Vor 650 Millionen Jahren traten durch das erstmalige Erscheinen des Strukturproteins Collagen die ersten komplexeren Mehrzeller auf. Vor 580 Millionen Jahren dominierte auf unserem Planeten die Ediacara-Fauna.
Lesetipps:
- Hennig Engeln: Die ersten Zellen - echt oder vorgetäuscht?, S. 16-22, in: Spektrum der Wissenschaft August 08/2002 (unter Paläontologen ist ein heftiger Streit darüber entbrannt, ob es sich bei Einschlüssen in 3,8-3,5 Milliarden Jahre alten Gesteinen um die ältesten bekannten Lebensformen oder nur mineralische Strukturen handelt.)
- Guillermo Gonzalez, Donald Brownlee und Peter D. Ward: Lebensfeindliches All, S. 38-45, in: Spektrum der Wissenschaft Dezember 12/2001
- Marcus Chown: The planet that stalked the Earth, in: New Scientist, 14 August 2004, pp. 26-30 (Sehr interessanter Bericht über die Entstehung unseres Mondes, der aus einer Kollision unserer Erde mit einem anderen Planeten, Theia genannt, der die gleiche Umlaufbahn wie unsere Erde um die Sonne hatte und die Größe des Planeten Mars aufwies, entstand - Lesetipp: "Where did the moon come from?" Edward Belbruno and J. Richard Gott: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0405372
- James F. Kasting: Als Mikroben das Klima steuerten, S. 62-68, in: Spektrum der Wissenschaft September 2004: In der Frühzeit der Erde war die Sonne zu schwach, um den jungen Planeten warm zu halten. Dass er trotzdem nicht zum Eiskeller wurde, verdanken wir Mikroben, die das Treibhausgas Methan in großen Mengen produzierten.
- Sarah Simpson: Wie alt sind die ersten Lebensspuren?, S. 70-77, in: Spektrum der Wissenschaft April 2004
- Eugenie Samuel Reich: What the hell...?, pp. 41-43, in: New Scientist vom 14. Mai 2005 (dieser Artikel berichtet über die Erde vor 4,4 Milliarden Jahren)
- John W. Valley: Urerde – Sauna oder Gluthölle, S. 70-81, in: Spektrum der Wissenschaft Mai 2006
- Hazel Muir: Weird worlds, pp. 30-34, in: New Scientist, 29. September 2007: sehr interessanter Bericht über bizarre Planeten, die so wenig unserer Erde oder den anderen Planeten unseres Sonnensystems gleichen: Are you ready to explore distant solar systems? Then prepare for some surprises, says Hazel Muir – most of the planets out there are nothing like the ones we know.
- Unknown Earth – Our Planet's seven biggest mysteries, pp. 28-35, in: New Scientist, 27. September 2008 (sehr interessanter Artikel!): "Some 4.53 billion years ago, as the infant Earth was settling down in its orbit around the sun, disaster struck. Our young planet was dealt a glancing blow by an object the size of Mars. Debris from the impact was thrown into Earth's orbit to form the moon, and the energy of the collision supplied enough heat to melt the Earth's upper layers, erasing our planet's previous geological record."
- Nick Lane: The cradle of life (Forget the primordial soup, the first life arose in a far stranger setting ... "The fact that alkaline vents would have had a labyrinth of naturally forming microcompartments could have been the precursors of biological cell walls that he [geochemist Mike Russell] sought, providing a scaffold within which the stuff of cells could form. The vent fluid would also have contained nitrogen compounds such as ammonia, and conditions would have favoured the production of amino acids - the builidng blocks of protein. That's not all. In the presence of phosphate, minerals might have catalysed the production of nucleotides - the building blocks of RNA and DNA ... The last common ancestor of all life was not a free-living cell at all, but a porous rock riddled with bubbly iron-sulphur membranes that catalysed primordial biochemical reactions. Powered by hydrogen and proton gradients, this natural low reactor filled up with organic chemicals, giving rise to proto-life that eventually broke out as the first living cells - not once but twice, giving rise to the bacteria and the archaea ..."), pp. 38-42, in: New Scientist vom 17. Oktober 2009
- David Shiga: Earth was a watery world from day one, p. 12, in: New Scientist, 6. November 2010: "In the beginning, there was water. Earth's life-sustaining liquid came from the dust from which the planet was born, a new look at these particles suggests, and not simply from collisions with objects that later crashed into the planet from space... Ice-rich comets or asteroids from farther out in the solar system could have supplied it, but that raises a further problem. Comets are richer in deuterium, a stable heavy isotope of hydrogen, than Earth's oceans. And asteroids should have brought more platinum and other rare elements than have been found."
- alpha-Centauri: Wie ist das Sonnensystem entstanden? (gesendet am 10. September 2000)
- alpha-Centauri: Warum liegt der Uranus schief (gesendet am 15. April 2001)
- Florian Rötzer: Unser Sonnensystem könnte außergewöhnlich sein (Artikel vom 22.08.2011)
- alpha-Centauri: Wie schnell entstand die Erde? (gesendet am 2. Februar 2005)
- alpha-Centauri: Asteroiden – Bomben aus dem All (gesendet am 8. November 1998)
- alpha-Centauri: Woher weiß man das Alter von Gesteinen (gesendet am 7. Januar 2004)
- alpha-Centauri: Wie entstand der Mond? (gesendet am 31. Januar 1999)
- Die Entstehung des Mondes (in Englisch)
- alpha-Centauri: Wie war das Wetter vor 4 1/2 Milliarden Jahren? (gesendet am 21. November 1999)
- alpha-Centauri: Wie kann man nach Leben im All suchen? (gesendet am 23. Mai 1999)
- Manfred Dworschak: Motor des Lebens, Spiegel vom 8. Juni 2009
- alpha-Centauri: Wie dünn war die Ursuppe? (gesendet am 8. Oktober 2000) Professor Harald Lesch ist jedoch nicht mehr auf dem neuesten wissenschaftlichen Stand in dieser Sendung. Als Entstehungsplätze der ersten Lebensformen sind die Thermalquellen auf dem Meeresgrund mit ihren porösen Kalktürmen zu betrachten.
- alpha-Centauri: Zerfällt das Erdmagnetfeld (gesendet am 22. Juli 2001)
- Thermalquellen auf dem Meeresgrund (in Englisch: Hydrothermal Vents) als Entstehungsplätze der ersten Lebensformen
- Cyanobakterien unter dem Mikroskop (Beitrag von Markus Liedtke)
- Cyanobakterien (bei Meerwasser-Videothek.de) (Beachten Sie bitte die vielen kleinen Sauerstoffbläschen, die von den Cyanobakterien fortlaufend produziert werden!)
- Komplexes Leben vor 650 Millionen Jahren in den Nördlichen Flinders Ranges, Südaustralien (in Englisch)
- An Overview of The Ediacaran Fauna
- Earth's rarest and ancient fossils
- Michael Marshall: Dawn of the living, pp. 33-35, in: New Scientist vom 13. August 2011: "4 billion years before present: the surface of a newly formed planet around a medium-sized star is beginning to cool down. It's a violent place, bombarded by meteorites and riven by volcanic eruptions, with an atmosphere full of toxic gases. But almost as soon as water begins to form pools and oceans on its surface, something extraordinary happens. A molecule, or perhaps a set of molecules, capable of replicating itself arises. ... Billions of years later, some of the descendants of those first cells evolved into organisms intelligent enough to wonder what their very earliest ancestor was like. What molecule started it all?"
