Die Evolution der ersten Zellen: Vom Ursprung zum Leben
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Die Evolution der ersten Zellen
Alle Organismen, die derzeit die Erde bewohnen, sind miteinander verbunden, da wir von Vorläuferzellen abstammen. Diese entstanden vor mehr als 3800 Millionen Jahren als Folge eines langsamen evolutionären Prozesses organischer Moleküle, die sich in den Urmeeren ansammelten.
Die Bedeutung der biologischen Membran
Es wird vermutet, dass der entscheidende Moment beim Ursprung der Zellen die Entstehung einer biologischen Membran war. Die Membran trennte das innere Milieu von der äußeren Umgebung, was die Existenz eines rudimentären Stoffwechsels ermöglichte. Dies erlaubte den Vorläuferzellen:
- die Energie zu nutzen (über die Ernährung),
- diese zur Reproduktion zu verwenden,
- und auf Veränderungen der Umwelt zu reagieren.
Von der Gärung zur Photosynthese
Da sie in einem Meer aus organischen Molekülen entstanden, waren die ersten Zellen wahrscheinlich anaerobe, heterotrophe Bakterien, die durch Gärung in der Lage waren, Nahrung und Energie direkt aus ihrer Umgebung zu gewinnen. Doch eine solche Situation war zeitlich begrenzt. All diese primitiven Kreaturen wären verschwunden, sobald die Nahrungsvorräte zur Neige gegangen wären, hätten sich nicht die ersten Zellen zu Cyanobakterien weiterentwickelt. Diese entwickelten einen eigenen Mechanismus zur Energiegewinnung: die Photosynthese.
Die Sauerstoffrevolution und Zellatmung
Die Freisetzung von Sauerstoff durch die Photosynthese verwandelte die reduzierende Uratmosphäre in eine neue, oxidierende Atmosphäre, die der heutigen sehr ähnlich ist. Dieser Sauerstoff wurde nach und nach zu einem tödlichen Gift für anaerobe Organismen. Viele der bis dahin existierenden Zellen verschwanden; andere suchten Zuflucht in sauerstofffreien Gebieten und haben bis heute überlebt. Anderen hingegen gelang es, sich anzupassen und den Sauerstoff in ihren Stoffwechselreaktionen zu nutzen. So waren primitive aerobe, heterotrophe Bakterien in der Lage, atmosphärischen Sauerstoff zu nutzen, um Energie aus Nährstoffen durch einen chemischen Prozess namens Zellatmung zu gewinnen, bei dem Kohlendioxid als Abfallprodukt freigesetzt wird.
Die Entstehung eukaryotischer Zellen
Später, vor mindestens 2700 Millionen Jahren, entwickelten sich eukaryotische Zellen aus einer symbiotischen Partnerschaft zwischen verschiedenen prokaryotischen Bakterienzellen mit einfacherer Organisation. Dies geschah nach der Endosymbiontentheorie, die von der Biologin Lynn Margulis vorgeschlagen wurde.