{"title":"Leben: Infobox I","body":"Leben<\/STRONG>
<\/BR>
<\/BR>Die Entstehung des Lebens<\/STRONG> (Biogenese) ist Folge einer präbiotischen (chemischen Evolution<\/A>) organischer Bausteine. Erste, ziemlich unsichere Spuren irdischen Lebens sind ca. 3,8 Milliarden Jahre alt (Isua-Serie<\/A>), bei einem Alter der Erde von ca. 4,6 Milliarden Jahren (Erdgeschichte<\/A>). Sie finden sich als fossilisierte „Bakterien“ in präkambrischen Gesteinen<\/A>. Etwa gleich alt sind Spuren isotopisch leichten Kohlenstoffs, eingeschlossen in Apatitkristallen aus Grönland, der ebenfalls organischer Herkunft sein soll. Bis heute gibt es wechselnde Ansichten und heftige Diskussionen über die Deutung solcher Spuren primitiven Lebens, da oft nicht sicher zwischen organischer und anorganischer Entstehung unterschieden werden kann. Die präkambrischen Gesteine<\/A> sind zudem meist metamorph überprägt. Bei den mikroskopisch kleinen Resten ist man zudem nur auf geochemische oder biochemische Verfahren angewiesen. In der Regel besitzen derartig alte Fossilien<\/A> keine fossilisierbaren Weichteile; Hartteile fehlen ihnen sowieso. Als sichere Lebensspuren<\/I> gelten daher sog. Stromatolithen<\/A> (aus Lamellen aufgebaute, ursprünglich kalkige Knollen, wie sie in ähnlicher Form heute durch Cyanobakterien gebildet werden) aus der Fig-Tree-Serie<\/A> (Eobacterium<\/A>), die ca. 3,4 Milliarden Jahre alt sind. Die ersten Spuren von Landleben sollen sich in einer 2,6–2,7 Milliarden Jahre alten Tonschieferschicht im südafrikanischen Transvaal (Provinz Mpumalanga) finden. Zwischen Metamorphiten gelegen, enthält ein Paläosol einer ariden Zone Kohlenstoff, dessen Isotopenzusammensetzung auf eine Herkunft aus Bakterienmatten hinweisen könnte, möglicherweise von Cyanobakterien. Wiederholte Funde von angeblich 250 Millionen Jahre alten Bakterien in permischem Steinsalz dürften andererseits auf Irrtümer oder zweifelhafte Untersuchungsmethoden zurückzuführen sein, da sie bisher nicht erneut bestätigt wurden. Weil die Erbsubstanz schon in viel geringeren Zeiträumen altert und allein schon durch Austrocknung geschädigt wird, sind solche Meldungen schon aus biologischen Gründen wenig glaubhaft (molekulare Evolution<\/A>). – Der bekannte, einfache Stammbaum des Lebens gilt heute nur noch für Tiere, Pilze und Pflanzen. Bei den einzelligen Organismen wird er heute zunehmend durch die molekulare Phylogenie<\/I> ersetzt. Deren Begründer waren E. Zuckerkandl und L. Pauling in den 1960er Jahren. Erst in jüngster Zeit sind jedoch die genetischen Methoden so verfeinert worden, daß die Gen-Sequenzen einer Vielzahl von Organismen aufgeklärt werden konnten (Sequenzierung<\/A>, Sequenz-alignment<\/A>, Sequenzhomologie<\/A>, Sequenzstammbaum<\/A>). Untersuchungen an den sich im Laufe der Evolution auseinanderentwickelnden Gen-Sequenzen (Sequenzdivergenz<\/I>) bestätigten die frühere Unterteilung in Prokaryoten<\/A> (Bacteria; Bakterien<\/A>) und Eukaryoten<\/A>. Heute unterscheidet man noch ein drittes Urreich der Archaebacteria oder Archaea (Archaebakterien<\/A>), von denen die Eukaryoten abstammen dürften. Zwischen Bakterien und Archaebakterien nimmt man einen artübergreifenden Gentransfer an. Dadurch entstehen zwischen den Ästen eines konventionellen Stammbaums zusätzliche Querverbindungen. – Heute sind auf der Erde ca. 1,7 Millionen Arten von Lebewesen bekannt; es könnten einschließlich der unbekannten Formen aber bis zu 17 Millionen Arten sein. Die Mehrzahl der heutigen Arten sind Protozoen, Gliedertiere<\/A> aller Art, vor allem Insekten<\/A>, und Angehörige des Meeres-Planktons<\/A>. Sie leben heute von den höchsten Gebirgsgletschern bis in Meerestiefen von etwa 4000 m (Tiefseefauna<\/A>).
<\/BR>Hypothesen<\/I> über die Entstehung des Lebens<\/I>: Bevor man die heißen Quellen in der Tiefsee entdeckte, gab es widersprüchliche Hypothesen für den Ablauf der präbiotischen Evolution<\/I>. Die Bildung des Lebens unterlag anfangs sicher großen Schwierigkeiten. So hätte in den Anfangszeiten des Planeten Erde die starke UV-Strahlung (Ultraviolett<\/A>) die sich neu bildenden organischen Moleküle sicher so rasch wieder gespalten, wie sie sich gebildet hätten. Sie mußten daher dieser Strahlung entzogen werden. Die zahlreichen, tödlichen Einschläge von Meteoriten<\/A> mußten sich zuvor merklich verringern. Die Konzentration von Kohlenstoff-Verbindungen könnte möglicherweise durch Zeolithe<\/A> als Katalysatoren<\/A> (Katalysekerne) erfolgt sein. Diese hätten gleichzeitig die photochemische Zerstörung dieser Verbindungen durch die Sonnenstrahlung verhindert. Zeolithe sind wasserreiche Silicate (Kieselsäuren<\/A>) mit komplexer Struktur und großen Oberflächen. Al-Zeolithe sind lipophil, können also einen Ring um organische Moleküle bilden und diesen einen gewissen Stoffaustausch nach außen ermöglichen, Si-Zeolithe dagegen sind hydrophil. – Die Lebensentstehung wurde nur ansatzweise experimentell veranschaulicht. A.I. Oparin (1924) und J.B.S. Haldane<\/A> (1929) postulierten eine Entstehung des Lebens in heißen Gewässern. Dabei wurde eine Anreicherung von organischen, in der Atmosphäre<\/A> u.a. durch Blitze entstandenen Molekülen in einer „Ursuppe“<\/I> angenommen (Urozean<\/A>; chemische und präbiologische Evolution). Die Möglichkeit abiotischer Synthesen<\/A> u.a. von Aminosäuren wurde 1953 durch S.L. Miller (Miller-Experiment<\/A>), aufbauend auf Überlegungen von H. Urey, im Labor bestätigt. Die Versuchsbedingungen wurden aber oft kritisiert, etwa wegen der hohen Konzentrationen von freiem Wasserstoff<\/A>, Ammoniak<\/A> und Methan<\/A> in der simulierten Uratmosphäre<\/A><\/I>. Auch wurden verschiedentlich Zweifel geäußert, ob auf der frühen Erde Bausteine für Nucleinsäuren<\/A> in signifikanter Menge vorhanden waren. Eine maßgebliche Rolle der Nucleinsäuren bei der Entstehung des Lebens wird dennoch weithin propagiert. Möglicherweise war RNA<\/I> (Ribonucleinsäuren<\/A>) das erste zur Autoreduplikation (Replikation<\/A>) befähigte Molekül. RNA könnte in der Anfangszeit der Evolution Erbinformation sowohl gespeichert als auch katalytisch umgesetzt haben (RNA-Welt<\/A>, RNP-Welt<\/A>). Im Gegensatz dazu ist die Erbinformation in heutigen Zellen in der Regel in der stabileren DNA gespeichert, und RNA vermittelt die Umsetzung der Information zu den katalytisch wirksamen Proteinen. Im Laborversuch konnte z.B. aus Tetrose-Zucker (L)-α-Threo-Furanosyl-(3'–2')-Oligonucleotid (TNA) dargestellt werden. TNA könnte ein Anfangsstadium des Lebens gewesen sein. Einfacher gebaut als RNA, ist sie trotzdem zu einer stabilen Basenpaarung<\/A> in der Lage. Die Entstehung replikativer Systeme erfolgte unter Umständen durch Hyperzyklen (Hyperzyklus<\/A>; Eigen<\/A> [M.]). Möglicherweise war die RNA mit autokatalytischen Eigenschaften (Autokatalyse<\/A>) ausgestattet. Solche RNA-Enzyme (Ribozyme<\/A>), die Eigenschaften von Proteinen<\/A> und Nucleinsäuren verbinden, wurden 1982 von T. Cech<\/A> und S. Altman<\/A> beschrieben. Doch gibt es ernstzunehmende Zweifel an einer RNA-Welt, z.B. durch C.R. de Duve<\/A>. Versuche mit einem System aus 3 oder 4 Peptiden bewirkten Selbstreplikation und Kreuzreplikation. Ein solches System kann sich Veränderungen in der Umgebung anpassen. 4 Peptide vermögen 11 verschiedene chemische Reaktionen durchzuführen. Veränderungen im Reaktionsmilieu (z.B. Salzkonzentration, pH-Wert) wirkten sich maßgeblich auf die Peptide aus, so daß sie vielfältige Produkte bilden können, die bereits einer Art Evolution oder Auslese unterworfen wären. – – Andere Hypothesen setzen Reaktionen an katalytisch wirkenden mineralischen Oberflächen voraus, wie sie Tonminerale (vor allem Kaolinit) besitzen und die als Katalysatoren bevorzugt linksdrehende Aminosäuren polymerisieren lassen, die auch in der heutigen belebten Natur gegenüber den rechtsdrehenden bevorzugt werden (Chiralität<\/A>). Dort wäre ein Schutz der durch Kondensation entstandenen Polymere<\/A> vor der spaltenden Wirkung des Wassers<\/A> denkbar. – Auch CaCO3<\/SUB>-Kristalle (Kalk<\/A>) wirken als Katalysator, vor allem der treppenstufenartige Bau von deren Oberfläche infolge Baufehlern im Kristallgitter. Aminosäuren bilden daran geordnete, sortierte Reihen, die sich vielleicht weiter synthetisierten. Im Meer wird jedoch Carbonat unterhalb einer bestimmten Tiefe (Carbonate Compensation Depth = CCD) durch den hohen Druck, den CO2<\/SUB>-Gehalt und die geringe Temperatur rasch aufgelöst, in der Regel in Tiefen von 3800–4400 m. Eine Zahl von etwa 300 Genen könnte nach Laborversuchen für einfache Lebewesen ausreichen. Mycoplasma genitalium<\/I> (Mycoplasmen<\/A>) z.B. besteht nur aus 517 Genen. Nach der gegenwärtig vorherrschenden Ansicht sollen die ersten Lebensformen heterotroph (Heterotrophie<\/A>) gewesen sein. Konträr dazu ist die neuere Hypothese des Chemikers G. Wächtershäuser, der ein chemoautotrophes Wachstum (Chemolithotrophie<\/A>) von Polymeren an Pyrit-Kristallen in statu nascendi postuliert. Dabei soll keine bloße Anlagerung (Adsorption<\/A>) an Minerale (Mineralien<\/A>) erfolgt sein, sondern Oberflächen-Metabolismus vorgelegen haben. Ein thermodynamisches Gleichgewicht soll dabei die Synthese, nicht den Abbau<\/A> begünstigt haben. Dadurch stellte sich eine zunehmende Komplexität der Metaboliten<\/A> ein. Die Urform des Lebens war demnach zunächst eine einlagige Polymerschicht auf wachsenden Pyrit-Kristallen. Oberflächenhaftung könnte z.B. durch Phosphatgruppen erfolgt sein. Der energieliefernde Prozeß soll die strikt anaerobe Umsetzung von Eisensulfid und Schwefelwasserstoff<\/A> zu Pyrit und Wasserstoff gewesen sein (FeS + H2<\/SUB>S → FeS2<\/SUB> + 2H+<\/SUP> + 2e–<\/SUP>). Als Elektronenakzeptor wird CO2<\/SUB> (Kohlendioxid<\/A>) postuliert. Anaerobe Pyritbildung konnte 1990 experimentell bestätigt werden, nicht aber die CO2<\/SUB>-Fixierung.
<\/BR>1977 entdeckte man bei den Galapagosinseln<\/A> erstmals mineralreiche, bis 380 \u00aaC heiße Quellen<\/I> (Hydrothermalquellen<\/A>) auf dem Boden der Tiefsee, sog. \"Black Smokers“ (Schwarze Raucher<\/A>). Sie sind vor allem an hydrothermale Systeme der mittelatlantischen Rücken (Plattentektonik<\/A>) gebunden. Aus dem porösen Gestein des Meeresbodens treten hier schwefel- und metallerzreiche Lösungen und Gase aus. Die Schwefelverbindungen dienen Bakterien als Nahrung (schwefeloxidierende Bakterien<\/A>, Sulfolobales<\/A>, thermophile Bakterien<\/A>) und bilden so die Grundlage für ein unerwartet blühendes Leben in der lichtlosen Tiefe. Zeolithe, Tonminerale sowie Oxide und Sulfide von Eisen, Kupfer, Zink, Nickel und Kobalt stehen als Katalysatoren zur Verfügung. Die große Tiefe schließt den Einfluß von Sonnenlicht (UV-Strahlung) aus. Hoher Druck und hohe Temperaturen begünstigen endotherme Reaktionen, lassen kurzkettige organische Moleküle entstehen, die zu einem autotrophen Stoffwechsel fähig sind. Eisenmineralien wirken als Katalysator und synthetisieren Ammoniak<\/A>, das bis zu einer Temperatur von 800 \u00aaC stabil bleibt. Mit diesem Ammoniak war die Versorgung der ersten Zellen mit Stickstoff gesichert, dem wichtigsten Bestandteil der Amino- und Nucleinsäuren. Die Kohlenstoff-Synthese wird zudem durch Oxide und Sulfide von Fe, Cu, Zn, Ni und Co gefördert. Die damalige Armut des sodareichen Urozeans an Sauerstoff und Calcium erlaubte die Anreicherung von Proteinen, die unter heutigen Bedingungen rasch abgebaut würden. Bei ersten Versuchen im Labor unter den Bedingungen dieser heißen Quellen entstanden Brenztraubensäure<\/A> und Aminosäuren. Die molekulare Selektion führte dann im Laufe der Zeit zu selbst replizierenden Molekülsystemen. Die Entstehung des Lebens dürfte sich daher mit großer Wahrscheinlichkeit an solchen heißen Tiefseequellen vollzogen haben. Deren direkte Beobachtung liefert daher glaubwürdigere Hypothesen als zahllose, zum Teil umstrittene Laborversuche. Denn grundsätzlich gilt: Die Entstehung des Lebens vollzog sich in einer Vielzahl von Einzelprozessen, die im Labor nicht einmal annähernd nachzuahmen oder zu beweisen sind – abgesehen vom Faktor Zeit.
<\/BR>Leben kosmischen Ursprungs<\/I>? Aufgrund der Schwierigkeiten, die Entstehung des Lebens auf der Erde zu erklären, wurde mitunter ein extraterrestrischer Ursprung der irdischen Organismen postuliert (Panspermielehre<\/A>). Inzwischen gibt es aber experimentell begründete Zweifel, daß Mikroorganismen fähig sind, über geologische Zeiträume hinweg durch den Kosmos zu reisen: Nicht nur die Strahlung, sondern allein das Vakuum (Trockenheit) führt zu letalen Strangbrüchen in der DNA. Nach einer anderen Hypothese sollen molekulare Bausteine für die ersten irdischen Lebensformen mit Meteoriten<\/A> oder Kometen auf die Erde gelangt sein. – Viroide<\/A> und Viren<\/A> einschließlich Bakteriophagen<\/A> als Nucleinsäure-Genome, die nicht<\/I> in Zellen organisiert sind, stellen keine Vorstufen der zellulären Organisation dar, sondern sind erst später entstanden. Dafür spricht, daß sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen und zu ihrer Vermehrung auf die Proteine von Zellen, in denen sie parasitieren, angewiesen sind.R.Wa.\/W.R."}