Hat sich das Leben mehr als einmal entwickelt? Forscher nähern sich einer Antwort

Hat sich das Leben mehr als einmal entwickelt? Forscher nähern sich einer Antwort

Zeitstempel: 1. Juni 2023, 10:00 Uhr

Seit seinen bescheidenen Anfängen hat das Leben den gesamten Planeten mit unzähligen schönen Formen infiziert. Die Entstehung des Lebens ist das älteste biologische Ereignis und so alt, dass außer der Existenz des Lebens selbst keine eindeutigen Beweise übrig geblieben sind. Dies lässt viele Fragen offen, und eine der verlockendsten ist, wie oft Leben auf magische Weise aus nicht lebenden Elementen entstanden ist.

Hat sich alles Leben auf der Erde nur einmal entwickelt, oder sind verschiedene Lebewesen aus unterschiedlichen Stoffen entstanden? Die Frage, wie schwierig es für die Entstehung von Leben ist, ist interessant, nicht zuletzt, weil sie Aufschluss über die Wahrscheinlichkeit geben kann, Leben auf anderen Planeten zu finden.

Der Ursprung des Lebens ist eine zentrale Frage der modernen Biologie und wahrscheinlich die am schwierigsten zu untersuchende. Diese Veranstaltung hat stattgefunden vor vier Milliarden Jahren, und es geschah auf molekularer Ebene, was bedeutet, dass nur noch wenige fossile Beweise übrig sind.

Viele lebhafte Anfänge wurden vorgeschlagen, von unappetitlichen Ursuppen bis hin zum Weltraum. Der aktuelle wissenschaftliche Konsens ist jedoch, dass Leben aus nicht lebenden Molekülen in einem natürlichen Prozess namens Abiogenese entstanden ist, höchstwahrscheinlich in der Dunkelheit von Hydrothermale Quellen in der Tiefsee. Aber wenn das Leben einmal entstanden ist, warum nicht mehrmals?

Was ist Abiogenese?

Wissenschaftler haben verschiedene aufeinanderfolgende Schritte für die Abiogenese vorgeschlagen. Wir wissen, dass die Erde reich an verschiedenen Chemikalien war, beispielsweise an Aminosäuren, einer Art von Molekülen namens Nukleotide oder Zucker, die die Bausteine ​​des Lebens sind. Laborexperimente wie das ikonische Miller-Urey-Experimenthaben gezeigt, wie diese Verbindungen auf natürliche Weise unter ähnlichen Bedingungen wie auf der frühen Erde gebildet werden können. Einige dieser Verbindungen könnten auch durch Meteoriteneinschläge auf die Erde gelangt sein.

Anschließend verbinden sich diese einfachen Moleküle zu komplexeren Molekülen wie Fetten, Proteinen oder Nukleinsäuren. Wichtig sind Nukleinsäuren – etwa doppelsträngige DNA oder ihr einzelsträngiger Cousin RNA– kann die Informationen speichern, die zum Aufbau anderer Moleküle erforderlich sind. DNA ist stabiler als RNA, aber im Gegensatz dazu kann RNA Teil chemischer Reaktionen sein, bei denen eine Verbindung Kopien von sich selbst erstellt – Selbstreplikation.

Das „RNA-Welt“-Hypothese legt nahe, dass RNA im frühen Leben vor der Entstehung von DNA und Proteinen als Material sowohl für Gene als auch für die Replikation verwendet wurde.

Sobald ein Informationssystem Kopien von sich selbst erstellen kann, setzt die natürliche Selektion ein. Einige der neuen Kopien dieser Moleküle (die manche als „Gene“ bezeichnen würden) weisen Fehler oder Mutationen auf, und einige dieser neuen Mutationen verbessern die Replikationsfähigkeit der Moleküle. Daher wird es im Laufe der Zeit mehr Kopien dieser Mutanten geben als bei anderen Molekülen, von denen einige weitere neue Mutationen anhäufen, wodurch sie noch schneller und häufiger vorkommen, und so weiter.

Letztendlich entwickelten diese Moleküle wahrscheinlich eine Lipidgrenze (Fettgrenze), die die innere Umgebung des Organismus von der Außenseite trennte und so Protozellen bildete. Protozellen könnten die für biochemische Reaktionen benötigten Moleküle besser konzentrieren und organisieren und so für einen kontrollierten und effizienten Stoffwechsel sorgen.

Leben in Wiederholung?

Die Abiogenese hätte mehr als einmal stattfinden können. Die Erde hätte selbstreplizierende Moleküle mehrere Male hervorbringen können, und vielleicht bestand das frühe Leben über Tausende oder Millionen von Jahren einfach aus einer Ansammlung verschiedener selbstreplizierender RNA-Moleküle mit unabhängigem Ursprung, die um die gleichen Bausteine ​​konkurrierten. Leider werden wir es aufgrund der alten und mikroskopischen Natur dieses Prozesses vielleicht nie erfahren.

Viele Laborexperimente haben unterschiedliche Ergebnisse erfolgreich reproduziert Stadien der Abiogenese, was beweist, dass sie mehr als einmal vorkommen könnten, aber wir haben keine Gewissheit darüber, dass sie in der Vergangenheit aufgetreten sind.

Eine damit zusammenhängende Frage könnte sein, ob beim Lesen dieses Artikels neues Leben durch Abiogenese entsteht. Dies ist jedoch sehr unwahrscheinlich. Die frühe Erde war unfruchtbar für Leben und die physikalischen und chemischen Bedingungen waren sehr unterschiedlich. Wenn heutzutage irgendwo auf dem Planeten ideale Bedingungen für die Entstehung neuer selbstreplizierender Moleküle bestünden, würden diese sofort von vorhandenem Leben vernichtet werden.

Was wir wissen ist, dass alle existierenden Lebewesen von einem einzigen gemeinsamen letzten universellen gemeinsamen Vorfahren des Lebens abstammen (auch bekannt als LUCA). Wenn es weitere Vorfahren gab, hinterließen diese keine Nachkommen. Wichtige Beweise belegen die Existenz von LUCA. Alles Leben auf der Erde verwendet denselben genetischen Code, nämlich die Entsprechung zwischen den Nukleotiden in der DNA, die als A, T, C und G bekannt sind, und der Aminosäure, die sie in Proteinen kodieren. Beispielsweise entspricht die Reihenfolge der drei Nukleotide ATG immer der Aminosäure Methionin.

Theoretisch hätte es jedoch mehr Varianten des genetischen Codes zwischen den Arten geben können. Aber alles Leben auf der Erde verwendet denselben Code, mit einigen geringfügigen Änderungen in einigen Abstammungslinien. Biochemische Wege, wie sie zum Beispiel zur Verstoffwechselung von Nahrungsmitteln verwendet werden, unterstützen ebenfalls die Existenz von LUCA; Viele unabhängige Wege könnten sich bei verschiedenen Vorfahren entwickelt haben, doch einige (z. B. diejenigen, die zur Verstoffwechselung von Zuckern verwendet werden) sind bei allen lebenden Organismen gleich. Ebenso sind Hunderte identischer Gene in unterschiedlichen Lebewesen vorhanden, was nur durch die Vererbung von LUCA erklärt werden kann.

Meine liebste Unterstützung für LUCA kommt vom Baum des Lebens. Unabhängige Analysen, von denen einige Anatomie, Stoffwechsel oder genetische Sequenzen verwendeten, haben ein hierarchisches Beziehungsmuster offenbart, das als Baum dargestellt werden kann. Dies zeigt, dass wir mehr mit Schimpansen verwandt sind als mit jedem anderen Lebewesen auf der Erde. Schimpansen und wir sind eher mit Gorillas verwandt, zusammen mit Orang-Utans und so weiter.

Sie können jeden beliebigen Organismus auswählen, vom Salat in Ihrem Salat bis zu den Bakterien in Ihrem bioaktiven Joghurt, und wenn Sie weit genug in die Vergangenheit reisen, werden Sie einen echten Organismus teilen gemeinsamer Vorfahre. Dies ist keine Metapher, sondern eine wissenschaftliche Tatsache.

Dies ist eines der verblüffendsten Konzepte der Wissenschaft: Darwins Einheit des Lebens. Wenn Sie diesen Text lesen, sind Sie dank einer ununterbrochenen Kette von Fortpflanzungsereignissen, die Milliarden von Jahren zurückreicht, hier. So aufregend es auch ist, darüber nachzudenken, dass auf unserem Planeten oder anderswo immer wieder Leben entsteht, so aufregend ist es noch, zu wissen, dass wir mit allen Lebewesen auf dem Planeten verwandt sind.Das Gespräch

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Bild-Kredit: Giovanni Cancemi / Shutterstock.com

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