Die Entstehung des Lebens

[Dannyboy]

Kaum. Die Erde und das Sonnensystem sind diesbezüglich nicht ungewöhnlich. Eher das Gegenteil: Es gibt einige Arbeiten, die zum Schluss kommen, dass Planeten wie die Erde schon früher entstehen konnten - und wir damit Nachzügler wären.

Ich kenne da gegenteilige Argumente. Demnach wären ältere metallreiche G-Sterne näher am Kern entstanden, wo die Gefahr durch katastrophale Supernovae viel größer wäre, so das "höheres Leben" dort wohl nicht die nötige Entwicklungszeit erhalten hätte.

Bynaus, mit sieben Schritten kommt man nicht hin. Es sind sehr sehr viel mehr Schritte notwendig. Von der Entstehung des Lebens über die RNA-Welt zu LUCA und dem zentralen Dogma der Molekularbiologie, der Erfindung der Photosynthese und damit der Vergiftung der Atmosphäre und des Meeres mit tödlichem Sauerstoff, den mehrfachen Endosymbiosen und und und. Wann wurde alternatives Splicen erfunden? Wann das Kollagen?
War die Myenilisierung der Neuronen ein entscheidender Schritt? War der aufrechte Gang eine zwingende Vorraussetzung, weil es ohne freie Hände, die Beschäftigung suchen, keinen evolutionären Vorteil für höhere Intelligenz gibt?
Ist es ein glücklicher Zufall, das der CO2-Gehalt der Atmosphäre gerade so gesunken ist, das es die stärkere Sonneneinstrahlung über die Jahrmillionen mehr oder weniger kompensieren konnte?

[Bynaus]

Demnach wären ältere metallreiche G-Sterne näher am Kern entstanden, wo die Gefahr durch katastrophale Supernovae viel größer wäre, so das "höheres Leben" dort wohl nicht die nötige Entwicklungszeit erhalten hätte.

Die meisten Supernovae entstehen in den Spiralarmen, nicht im Kern. Ausserdem sind Supernovae nur über kurze Distanz (ca 25 LJ) wirklich gefährlich.

Der Hauptgrund, warum die meisten "Erden" wohl älter sind, liegt in der abnehmenden Sternentstehungsrate. Heute entstehen weniger Sterne als früher, und wegen der generell gestiegenen Metallizität haben sie auch mehr schwere Planeten (die sich früh zu Gasriesen weiter entwickeln). Das heisst, selbst wenn Leben heute aus irgendwelchen Gründen eher oder häufiger erblühen würde als früher, so gibt es schlicht die Planeten nicht, auf denen das geschehen könnte. Die kreisen mittlerweile "alle" um Sterne am Ende ihrer Hauptreihenphase.

Bynaus, mit sieben Schritten kommt man nicht hin. Es sind sehr sehr viel mehr Schritte notwendig.

Selbstverständlich. Bloss sind nicht alle notwendigen Schritte unwahrscheinlich. Gewisse ergeben sich mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit. So hat die Natur offenbar das Auge rund 60 Mal erfunden - das dürfte kein für sich unwahrscheinlicher Schritt sein.

Ist es ein glücklicher Zufall, das der CO2-Gehalt der Atmosphäre gerade so gesunken ist, das es die stärkere Sonneneinstrahlung über die Jahrmillionen mehr oder weniger kompensieren konnte?

Teils, teils. Die Oberflächentemperatur der Erde ist seit Jahrmilliarden stabil (sie ist damit sehr viel stabiler geblieben als auf allen Nachbarplaneten). Dies verdankt sie selbstregulierenden Kreisläufen (etwa den Kohlenstoff-Silikat-Zyklus, der über Erosion und CO2-Gehalt der Atmosphäre die Temperatur reguliert), es ist also nicht einfach Zufall. Wenn sich eine Biosphäre heruasbilden soll, scheinen diese selbstregulierenden Kreisläufe eine Vorbedingung dafür zu sein.

Anderseits ist die Erde eben zufällig gerade so beschaffen/positioniert, dass diese Kreisläufe auch ihre Wirkung entfalten können: Wäre die Erde so gross wie Mars, oder würde sie um einen F-Stern kreisen, um nur zwei Beispiele zu nennen, würden ihr alle selbstregulierenden Kreisläufe nichts helfen.

[max]

Forscher finden Fossilien der ältesten mehrzelligen Organismen:
wissenschaft.de - Alter: 2,1 Milliarden Jahre

Ich schätze, man wird vielleicht auch noch viel ältere Lebensformen entdecken, es ist nur sehr schwer, Überreste davon zu finden und zu identifizieren.

Irgendwie halte ich das für etwas fragwürdig.

Die ältesten Fossilien (Stromatolithe) werden meist auf eine Alter von über 3 Milliarden geschätzt und sollen vielzellige Cyanobakterien darstellen.

[Astrofan80]

Aus dem, was wir heute wissen, wird die Erde für komplexe Lebewesen noch etwa 500 Mio Jahre lebensfreundlich bleiben, vielleicht sogar noch weniger lang, vielleicht etwas länger. Verglichen damit, dass das Leben vor etwa 4 Mrd Jahren auftauchte, würde das also heissen, dass die Entstehung der Menschheit etwa sieben aufeinander aufbauende, für sich genommen unwahrscheinliche Entwicklungsschritte benötigte, die jeweils etwa 563 Mio Jahre (4500/8) auseinander liegen sollten. Das könnten vielleicht folgende Schritte sein (in Mio Jahren):

0: Intelligenz
-563: Eroberung des Landes? Kambrische Explosion?
-1125: ?
-1688: Eukaryoten? Mehrzeller? (siehe den von Mondkalb verlinkten Artikel oben)
-2250: Anreicherung der Atmosphäre mit Sauerstoff? (Vorbedingung für späteren Landgang und für erfolgreiche Mehrzeller)
-2813: ?
-3375: ?
-4000: Entstehung des Lebens

Man muss aber bedenken, dass die "Kambrische Explosion" nur ein statistischer Auswahleffekt darstellt, da es bereits im Ediacarium mehrzellige, höherentwickelte Tiere ohne festes Außenskelett gab, die sich dadurch kaum fossil erhalten haben. Fakt ist aber, dass der Zeitraum nach dem Auftauchen der ersten Einzeller bis zur mehrzelligen Organismen deutlich größer war, als der Zeitraum vom Kambrium bis heute. Das lässt nur einen Schluss zu, dass die evolutionsbiologische Entwicklung zu intelligenten Wesen mindestens einige Milliarden Jahre dauert.

Da das Universum rund 13,7 Mrd. Jahre alt ist und die Elemente, die für die Entstehung von erdähnlichen Planeten und das leben notwendig sind, erst in der 1. und 2. Sterngeneration erbrütet wurden, sind wir wahrscheinlich gerade einmal die 2. Generation an intelligenten Wesen in der Milchstraße.

[max]

Fakt ist aber, dass der Zeitraum nach dem Auftauchen der ersten Einzeller bis zur mehrzelligen Organismen deutlich größer war, als der Zeitraum vom Kambrium bis heute.

Welchen mehrzelligen Organismen? Mehrzelligkeit ist sehr oft unabhängig entstanden. Wenn ich mich richtig erinnere mindestens drei mal bei Bakterien, einmal bei Archae und haufeneweise bei den Eukaryoten.

Die ältesten Fossilien scheinen Cyanobakterien zu sein - über 3 Milliarden Jahre alte Mehrzeller

[Bynaus]

Stromatolithen sind keine Vielzeller, sondern eben "Bakterien" bwz "Algenmatten", die von sehr vielen Einzellern produziert wurden und werden.

Man muss aber bedenken, dass die "Kambrische Explosion" nur ein statistischer Auswahleffekt darstellt, da es bereits im Ediacarium mehrzellige, höherentwickelte Tiere ohne festes Außenskelett gab, die sich dadurch kaum fossil erhalten haben.

Wobei nicht unumstritten ist, ob die Ediacaria-Fauna nicht doch aus riesigen Einzellern bestand. Bei der Kambrischen Explosion geht es mir weniger um die Aussenskelette, sondern um die Entstehung aller modernen Tierstämme. Das ist später so nie mehr geschehen, die Anzahl Stämme hat tendenziell nur noch abgenommen.

Fakt ist aber, dass der Zeitraum nach dem Auftauchen der ersten Einzeller bis zur mehrzelligen Organismen deutlich größer war, als der Zeitraum vom Kambrium bis heute. Das lässt nur einen Schluss zu, dass die evolutionsbiologische Entwicklung zu intelligenten Wesen mindestens einige Milliarden Jahre dauert.

Warum? Ich meine - wie kommst du darauf, dass ausgerechnet diese Beobachtung (länger vom Einzeller bis zum Mehrzeller als vom Kambrium bis heute) dies nahelegt?

Da das Universum rund 13,7 Mrd. Jahre alt ist und die Elemente, die für die Entstehung von erdähnlichen Planeten und das leben notwendig sind, erst in der 1. und 2. Sterngeneration erbrütet wurden, sind wir wahrscheinlich gerade einmal die 2. Generation an intelligenten Wesen in der Milchstraße.

Kommt drauf an, was du mit "2. Generation" genau meinst. Man schätzt (siehe Arbeiten von Charles Lineweaver), dass es seit 8 Mrd Jahren genug Kohlenstoff und andere schwere Elemente im Universum gibt, so dass erdähnliche Planeten entstehen können. Die meisten dieser Planeten gab es dann vor etwa 6 Mrd Jahren, zumindest den oben genannten Simulationen zufolge.

[Dannyboy]

Stromatolithen sind keine Vielzeller, sondern eben "Bakterien" bwz "Algenmatten", die von sehr vielen Einzellern produziert wurden und werden.

Stimmt. Echte Vielzelligkeit gibt es nur bei Eukaryoten und ist dort bei Pflanzen, Pilzen und Tieren entstanden. Bakterienkolonnien sind aber dicht dran.

Wobei nicht unumstritten ist, ob die Ediacaria-Fauna nicht doch aus riesigen Einzellern bestand.

Das ist keine verbreitete Lehrmeinung.

Bei der Kambrischen Explosion geht es mir weniger um die Aussenskelette, sondern um die Entstehung aller modernen Tierstämme.

Die modernen Tierstämme sind eher lange vor der kambrischen Explosion entstanden. Darauf deuten die molekulargenetischen Vergleiche hin.

Das ist später so nie mehr geschehen, die Anzahl Stämme hat tendenziell nur noch abgenommen.

Naja, das ist wie mit den dicken Baumästen. Die entstehen auch nur aus den dünnen Zweigen

Kommt drauf an, was du mit "2. Generation" genau meinst. Man schätzt (siehe Arbeiten von Charles Lineweaver), dass es seit 8 Mrd Jahren genug Kohlenstoff und andere schwere Elemente im Universum gibt, so dass erdähnliche Planeten entstehen können. Die meisten dieser Planeten gab es dann vor etwa 6 Mrd Jahren, zumindest den oben genannten Simulationen zufolge.

Ja, gerade die massereichen Sterne, welche fleißige Elementsynthese betreiben, brennen ja schon nach wenigen Millionen Jahren aus.

[Astrofan80]

Welchen mehrzelligen Organismen? Mehrzelligkeit ist sehr oft unabhängig entstanden. Wenn ich mich richtig erinnere mindestens drei mal bei Bakterien, einmal bei Archae und haufeneweise bei den Eukaryoten.

Die Eukaryoten (mit Zellkern) sind aber auch erst viel später (im Mesoproterozoikum 1600-1200 Mio. Jahren) entstanden und stellen die nächst bedeutsame evolutionäre Stufe der ein- und mehrzelligen Organismen dar. Das sind es dann schon alleine über 2 Mrd. Jahre Entwicklungszeit.

Bei der Kambrischen Explosion geht es mir weniger um die Aussenskelette, sondern um die Entstehung aller modernen Tierstämme. Das ist später so nie mehr geschehen, die Anzahl Stämme hat tendenziell nur noch abgenommen.

Bei der Ediacara-Fauna waren diese Tierstämme zum Teil aber auch schon vorhanden. Andere Tierstämme der EF haben nicht mal die Zeit bis zum Kambrium überlebt, so dass es heute keine lebenden Verwandten mehr gibt.

[max]

Stromatolithen sind keine Vielzeller, sondern eben "Bakterien" bwz "Algenmatten", die von sehr vielen Einzellern produziert wurden und werden.

Nein. Bei Cyanobakterien gibt es echte Vielzeller inklusive Aufgabenteilung und spezialisierte Zellen. Es gibt sowohl bei Bakterien, Archaen und Eukaryoten Vielzeller. Es ist nur ein altes Missverständnis, dass Vielzelligkeit etwas eukaryotisches wäre (man könnte noch eine Reihe anderer ähnlicher Missverständisse in Bezug auf Eukaryoten aufzählen).

Vielzelligkeit ist, wie schon erwähnt, sehr oft unabhängig entstanden - und es gibt sehr alte Formen von Vielzelligkeit, aber auch relativ junge. Es ist eigentlich nichts besonderes.

Ihr sprecht über einige der frühen Formen von Vielzelligkeit bei Eukaryoten. Natürlich waren die evolutionär bedeutsam. Aber nicht weil es Vielzeller waren. Für eure Argumentation wären die Frage, wann die Vorläufer der heutigen Metazoa entstanden sind (und nicht irgendwelche eukaryotischen Vielzeller).

[Bynaus]

Das ist keine verbreitete Lehrmeinung.

Nein, heute nicht mehr. Aber immerhin eine publizierte.

Die modernen Tierstämme sind eher lange vor der kambrischen Explosion entstanden. Darauf deuten die molekulargenetischen Vergleiche hin.

Bei der Ediacara-Fauna waren diese Tierstämme zum Teil aber auch schon vorhanden. Andere Tierstämme der EF haben nicht mal die Zeit bis zum Kambrium überlebt, so dass es heute keine lebenden Verwandten mehr gibt.

Wie gesagt, es geht mir nicht um die spezifischen Vorgänge im Kambrium. Es geht mir darum, dass im Kambrium (oder zuvor, im oberen Proterozoikum - wann genau dies geschah, ist wohl schwierig zu datieren) eine in der Geschichte des vielzelligen Lebens einmalige "Radiation" stattfand, aus der die heutigen Tierstämme hervorgingen - so hat dies später nie mehr stattgefunden.

Aber eigentlich will ich nicht so sehr über die einzelnen möglichen "schwierigen" Schritte diskutieren - die von mir genannten waren ja nur als Beispiele gedacht - sondern mehr über das Modell an sich, das ich recht interessant und einleuchtend finde.

Nein. Bei Cyanobakterien gibt es echte Vielzeller inklusive Aufgabenteilung und spezialisierte Zellen.

Ich habe nicht gesagt, dass es bei Cyanobakterien keine echten Vielzeller gäbe. Ich habe bloss gesagt, dass Stromatolithen - meines Wissens - durch Einzeller entstanden sind. Ich bin aber gerne bereit, mein Wissen zu aktualisieren, wenn du mir eine (publizierte, peer-reviewte) Quelle nennen kannst, die deine Aussage stützt.

[Dannyboy]

Übrigens ist hier jemand mit den Arbeiten Sutherlands vertraut, die im letzten Jahr in Nature veröffentlich wurden?

Die Arbeitsgruppe hat aus fünf simplen chemischen Bausteinen (u.a. Glykol, Glycerinaldehyd, Cyanoacetylen) in wässriger Lösung bei 80 °C aktivierte Pyrimidinribonukleotide in guter Ausbeute erzeugt. Mit wirklich simpler Chemie wurde da ein jahrzehntelanges Rätsel gelöst.

Besonders spannend fand ich, das noch keiner vorher auf die Idee gekommen ist, es so wie hier zu versuchen. Das finde ich sehr inspirierend, weil ich mir gut vorstellen kann, das noch weitere komplizierte Probleme der Abiogenesis durch einfache Lösungen überwunden werden könnten.

[Spocky]

Bynaus, mit sieben Schritten kommt man nicht hin. Es sind sehr sehr viel mehr Schritte notwendig. Von der Entstehung des Lebens über die RNA-Welt zu LUCA und dem zentralen Dogma der Molekularbiologie, der Erfindung der Photosynthese und damit der Vergiftung der Atmosphäre und des Meeres mit tödlichem Sauerstoff, den mehrfachen Endosymbiosen und und und. Wann wurde alternatives Splicen erfunden? Wann das Kollagen?

Die aktuelle GEO Kompakt zeigt relativ detailliert, wie die ersten Zellen entstanden sind und dürfte was das angeht auf ziemlich dem neuesten Stand sein. Weiterhin wird auch gut erklärt, wann nach heutigem Wissen von RNA auf DNA gewechselt wurde, wann Vielzeller entstanden sind und vieles mehr.

Irgendwie halte ich das für etwas fragwürdig.

Die ältesten Fossilien (Stromatolithe) werden meist auf eine Alter von über 3 Milliarden geschätzt und sollen vielzellige Cyanobakterien darstellen.

Stromatholite sind seit 3,5 Ga bekannt und ganz sicher Einzeller. Es gibt auch heute noch rezente Formen in Shark Bay in Australien, so dass sich dies leicht überprüfen lässt. http://www.aussieactionadventures.co...ickst4250L.jpg

Wie gesagt, es geht mir nicht um die spezifischen Vorgänge im Kambrium. Es geht mir darum, dass im Kambrium (oder zuvor, im oberen Proterozoikum - wann genau dies geschah, ist wohl schwierig zu datieren) eine in der Geschichte des vielzelligen Lebens einmalige "Radiation" stattfand, aus der die heutigen Tierstämme hervorgingen - so hat dies später nie mehr stattgefunden.

Ich meine, ich hatte das damals auch in den Artikel zur Kambrischen Explosion auf deiner HP reingeschrieben, dass es Ansätze über genetische Uhren gibt, nach denen sich die Tierstämme vor über 600 Ma getrennt hätten, also sicher noch vor dem Kambrium. Natürlich kann man sich streiten, ob diese Uhren überhaupt über so lange Zeiträume Gültigkeit haben...

[RichBoss]

Aber wenn bei uns durch einen Meteoriten das Leben entstanden ist, muss das auf anderen Planeten ja ebenso der Fall sein, das wäre also der Beweis, dass möglicherweise anderes Leben auf anderen Planeten existiert. Ich meine nicht bloss Bakterien etc. sondern Tiere Pflanzen oder etwas Menschenähnliches.

Dazu passt auch ein Bericht, der neulich im TV lief. Da ging es um die Behauptung einiger Wissenschaftler, dass es auf dem Mars früher Wasser gab...

[Spocky]

Dazu passt auch ein Bericht, der neulich im TV lief. Da ging es um die Behauptung einiger Wissenschaftler, dass es auf dem Mars früher Wasser gab...

Das ist nicht nur eine Behauptung, sondern das ist inzwischen nachgewiesen. Selbst heute noch ist unter der Oberfläche gefrorenes Wasser zu finden.

[max]

Stromatholite sind seit 3,5 Ga bekannt und ganz sicher Einzeller. Es gibt auch heute noch rezente Formen in Shark Bay in Australien, so dass sich dies leicht überprüfen lässt. http://www.aussieactionadventures.co...ickst4250L.jpg

Auf dem Foto sehe ich aber nicht, ob es Einzeller oder Mehrzeller sind

Wenn man dagegen "Bacterial diversity in dry modern freshwater stromatolites from Ruidera Pools Natural Park, Spain" von Santos et al., 2010 (ScienceDirect - Systematic and Applied Microbiology : Bacterial diversity in dry modern freshwater stromatolites from Ruidera Pools Natural Park, Spain, Bacterial diversity in dry modern freshwater strom... [Syst Appl Microbiol. 2010] - PubMed result) betrachtet, findet man, dass Stromatolithe diverse Bakterien-Arten enthalten - überwiegend aber vielzellelige (filamentöse) Cyanobakterien.

Und filamentöse Cyanobakterien, also Vielzeller, sind auch für frühe Stromatolithe beschrieben, z.B. PRECAMBRIAN MICROFLORA, BELCHER ISLANDS, CANADA - SIGNIFICANCE AND SYSTEMATICS, Hofmann, 1976.

Bakterielle Vielzeller sind also sehr alt.

Und noch mal: Vielzelligkeit ist sehr oft und unabhängig voneinander entstanden. Es gibt keinen gemeinsamen Vorfahren aller Vielzeller und offensichtlich auch nicht von allen eukaryotichen Vielzellern und sehr wahrscheinlich auch keinen aller je existierenden tierischen Vielzeller...