Die Entstehung des Lebens: Experimente und Theorien

Die Entstehung einfacher Moleküle

Kohlenstoff, gebunden an vier Wasserstoffatome, bildet das Molekül Methan; Stickstoff mit drei Wasserstoffatomen bildet Ammoniak; und Sauerstoff mit zwei Wasserstoffatomen bildet ein Wassermolekül.

Organische Synthese

Die ersten organischen Verbindungen, die sich bildeten und den heute in den einfachsten lebenden Zellen benötigten ähnelten, waren Zucker, Fette, Nukleinsäuren und Proteine.

Stanley Miller

Stanley Miller präsentierte 1953 eine Arbeit mit dem Titel „Erste Synthese organischer Verbindungen im Labor“, in der er die angenommenen primitiven Bedingungen der Erde nachbildete.

Um seine These zu beweisen, führte er ein Experiment durch, in dem er die ursprüngliche Atmosphäre der Erde in einem geschlossenen System nachbildete und starken elektrischen Schocks aussetzte. Nach einer Woche Analyse der Reaktionsprodukte stellte er fest, dass organische Verbindungen, insbesondere Aminosäuren (z.B. Alanin), synthetisiert worden waren. Diese Aminosäuren sind die Bausteine von Proteinen und Hauptkomponenten organischer Materie.

Miller war es gelungen, organische Verbindungen unter präbiotischen Bedingungen zu bilden, d.h. unter Bedingungen, die auf der Erde vor der Entstehung des Lebens herrschten.

Melvin Calvin

1961 nutzte er als einer der Ersten eine energiereiche Quelle, um organische Verbindungen zu synthetisieren. Calvin kombinierte primitive Gase (wie Methan), deren Kohlenstoffgerüst radioaktiv markiert war, und setzte das Gemisch einem Strom von hochenergetischen Elektronen aus, die durch ein Zyklotron beschleunigt wurden. Auf diese Weise synthetisierte er Aminosäuren, Zucker, Harnstoff, Fettsäuren und andere organische Verbindungen.

Joan Oró

Im Jahr 1960 synthetisierte Joan Oró Adenin, einen essentiellen Bestandteil von Nukleinsäuren. Er zeigte, dass sich Adenin aus der Reaktion von Wasser, Ammoniak und Blausäure (Cyanwasserstoff) unter Erhitzung bilden kann.

Sidney Fox

Basierend auf den Konzepten der Koazervate zeigte Sidney Fox, dass thermisch gebildete Proteine (Proteinoid-Mikrosphären) Sphärulen mit einem Durchmesser bilden, der in etwa dem einer Bakterienzelle entspricht. Diese Sphärulen sind, ähnlich wie Koazervate, durch eine Grenzschicht von ihrer äußeren Umgebung getrennt.

Ähnlich wie lebende Zellen besitzen diese Sphärulen osmotische Eigenschaften. Sie können sich teilen und eine kritische Größe erreichen.

Wie ernährten sich die ersten Organismen?

Heterotrophe Szenarien

Heterotrophe Organismen ernähren sich von anderen Organismen oder organischen Substanzen. Es wird vermutet, dass die ersten Lebensformen, die aus unbelebter Materie entstanden, heterotroph waren und sich von den vorhandenen organischen Molekülen ernährten. Die primitivsten dieser Entitäten besaßen vermutlich einen einfachen Stoffwechsel, der sich im Laufe der Zeit zu immer komplexeren und fortschrittlicheren Stoffwechselwegen entwickelte.

Organisation heterotropher Entitäten

Jene Reaktionen, die die dynamische Stabilität dieser Entitäten förderten, wurden bevorzugt, während andere zerstört wurden. Nur jene, die interne chemische Reaktionen und eine günstige molekulare Organisation besaßen, konnten überleben.