Ursprung und Evolution des Lebens: Von Bakterien bis zum Menschen

Der Ursprung des Lebens: Von Bakterien bis zum Menschen

Eine Kreatur erfüllt drei wichtige Funktionen: Ernährung, Beziehungen und Reproduktion und besteht aus einer oder mehreren Zellen.

Chemische Elemente, die lebende Organismen hauptsächlich darstellen, sind C, N, O und H (Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff). Andere Elemente sind nur in sehr geringen Mengen vorhanden, aber für einen reibungslosen Betrieb notwendig (z. B. Eisen, Jod).

Theorien zum Ursprung des Lebens

Spontane Generierung (Abiogenese)

Jahrhundertelang herrschte der Glaube, dass Leben aus lebloser Materie entstand (z. B. Würmer aus Schlamm, Fliegen aus verrottendem Fleisch).

• Verschiedene wissenschaftliche Experimente wurden durchgeführt, um diesen Glauben zu widerlegen:
• Redi (1668)
• Pasteur (1860): Er folgerte, dass alle Lebewesen von einem anderen Geschöpf abstammen. Mikroorganismen zersetzen organische Stoffe und besiedeln diesen Bereich.

Wie entstanden die ersten Lebewesen?

Es gibt zwei wissenschaftliche Theorien, die den Ursprung des Lebens erklären sollen:

Panspermie

Die Entstehung des Lebens fand im Weltraum statt, und Sporen reisten von einem Planetensystem zum anderen. Kritisch ist hierbei die Frage, ob die Organisationsstruktur die kosmische Strahlung und die hohen Temperaturen beim Eintritt in die Atmosphäre intakt überstehen könnte.

Abiotische Synthese (Oparin und Haldane)

Die Wissenschaftler Oparin und Haldane (1924) entwickelten eine Theorie über die chemische Evolution von Gasen in der Atmosphäre zu primitiven Zellen in ihrer frühesten Form.

• Vor etwa 3,8 Milliarden Jahren bestand die primitive Atmosphäre aus Verbindungen wie Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Wasserdampf. Es waren viele Elemente vorhanden, aus denen lebende Materie besteht (C, N, H und O).
• Als die Temperatur sank, kondensierte der Wasserdampf und bildete Wolken, was zu den primitiven Ozeanen führte.
• Solare Strahlung und elektrische Entladungen lieferten die Energie, damit die atmosphärischen Komponenten zu organischen Biomolekülen (Kohlenhydrate, Fette und einfache Aminosäuren) reagieren konnten, die sich dann zu komplexeren Molekülen verbanden.
• Stanley Miller (1953) führte ein Experiment durch, bei dem er die Gase der frühen Atmosphäre nachahmte und es ihm gelang, Aminosäuren zu synthetisieren.
• Später wurden ähnliche Versuche unternommen, um die Bestandteile der DNA, die Nukleotide, zu synthetisieren (John Bernal, 1961).
• Diese organischen Verbindungen setzten sich an der Oberfläche ab und wurden durch Regen in den Ozean gespült, wo sie den Urozean bildeten.
• Im Urozean fanden Reaktionen statt, die die Bildung komplizierterer Strukturen ermöglichten. Später bildeten sich durch das Einschließen von Nukleinsäuren in Hohlräume Coazervate. Diese Strukturen gelten als Vorläufer der ersten Zellen.
• Aus den Coazervaten entstanden zuerst heterotrophe Zellen, wodurch die knappe organische Substanz aufgebraucht wurde.
• Später erschienen autotrophe Zellen, die begannen, neue organische Substanz und Sauerstoff zu produzieren.
• Danach erschienen heterotrophe Zellen, die Sauerstoff nutzten.
• Schließlich bildete sich die Ozonschicht, welche die Kolonisierung der terrestrischen Umwelt durch verschiedene Arten ermöglichte.

Die biologische Evolution

Die biologische Evolution ist die Umwandlung der Arten im Laufe der Zeit.

Frühe Konzepte

Aristoteles stellte die Scala Naturae auf, eine hierarchische Ordnung der Organismen (vom Einfachen zum Komplexeren). Er glaubte, die Ähnlichkeit zwischen Organismen liege an ihrer Nähe in dieser Skala.

Bis zum Beginn des 18. Jahrhunderts herrschte der Fixismus: Alle Lebewesen wurden zu Beginn der Zeit unveränderlich erschaffen. Diese Theorie war oft mit dem Kreationismus verbunden (Erschaffung der Arten durch Gott, unveränderlich über die Zeit).

Die Herausforderung der Fossilien

Ein schwer zu erklärender Faktor für den Fixismus waren die Fossilien.

• Georges Cuvier (1769–1832) schlug vor, dass diese Fossilien ausgestorbenen Organismen gehörten.
• Um den Fixismus zu widerlegen, trug er zur Theorie der sukzessiven Kreationen oder der großen Katastrophen bei: Lebewesen waren über lange Zeiträume unverändert, starben aber nach einer Naturkatastrophe aus. Nach dem Verschwinden entstanden neue Arten. Dieses Phänomen wiederholte sich mehrmals.

Der Aufstieg des Evolutionismus

Der Fixismus wurde vor allem ab dem 19. Jahrhundert durch den Evolutionismus abgelehnt. Evolutionisten behaupten, dass Lebewesen sich im Laufe der Zeit aus anderen bestehenden Arten entwickelt und neue, unterschiedliche Arten bilden.

Jean-Baptiste Lamarck (1744–1829)

Er war der Erste, der eine Evolutionstheorie entwickelte.

• Gesetz über den Gebrauch und Nichtgebrauch von Organen: Die Umwelt verändert sich, und die Organismen passen sich diesen Veränderungen an. Veränderungen in der Umwelt erfordern eine Anpassung an neue Lebensbedingungen. Dies führt zu vermehrter oder verminderter Nutzung bestimmter Organe, wodurch diese besser oder schlechter entwickelt werden und ein veränderter Organismus entsteht. Daher erzeugt die Funktion das Organ.
• Vererbung erworbener Eigenschaften: Die durch Gebrauch erworbenen neuen Funktionen müssen vererbt werden.

Diese Theorie hat großes historisches Interesse, ist aber falsch, da erworbene Eigenschaften nicht an die Nachkommen weitergegeben werden.

Charles Darwin (1809–1877)

Im Jahr 1831 begann er seine Reise auf der Beagle, einem Schiff, das zu einer wissenschaftlichen Expedition um die Welt aufbrach.

Auf dieser Reise machte er viele Beobachtungen und veröffentlichte später in England ein Buch, das große Kontroversen auslöste: Die Entstehung der Arten.

Alfred Russel Wallace (1823–1913) kam fast zu den gleichen Schlussfolgerungen wie Darwin: Die natürliche Selektion ist der Mechanismus, durch den sich Arten im Laufe der Zeit verändern.