Ursprung, Klassifikation und Evolution des Lebens: Ein umfassender Überblick

1. Ursprung des Lebens

1.1 Was ist ein Lebewesen?

• Alle Lebewesen sind zellulär organisiert.
• Die sechs wichtigsten chemischen Elemente in Lebewesen sind: Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Phosphor (P) und Schwefel (S).
• Die wichtigsten organischen Moleküle sind: Kohlenhydrate (bestehend aus C, H, O), Lipide (bestehend aus C, H, O), Proteine (bestehend aus C, H, O, N, S) und Nukleinsäuren (bestehend aus C, H, O, N, P).

1.2 Die Keimtheorie

• Spontane Generation: Die Annahme, dass Lebewesen aus unbelebter Materie entstehen können.
• Louis Pasteur (1822-1895): Er widerlegte die Theorie der spontanen Generation und zeigte, dass lebende Organismen nicht aus inerter Materie entstehen können.

2. Wie entstand das Leben?

2.1 Das Leben auf der Erde

• Die frühe Erdatmosphäre enthielt keinen freien Sauerstoff, sondern Gase wie Wasserdampf, Ammoniak, Wasserstoff und Methan.
• J.B.S. Haldane (1892-1964) prägte den Begriff der „präbiotischen Suppe“, um die Ansammlung erster gelöster organischer Verbindungen in den Urozeanen zu beschreiben.
• Stanley Miller: Seine Experimente zeigten, dass sich aus präbiotischen Molekülen in einer „Suppe“ Koazervate bilden können, die in Mizellen eingeschlossen sind.
• Stanley Miller: In dieser Mischung von Molekülen gab es auch bestimmte Ketten, die als RNA-Ribozyme bezeichnet werden.

2.2 Die Entstehung des Lebens aus dem Weltraum

• Diese Theorie wird als Panspermie bezeichnet.

3. Klassifikation des Lebens

Carl von Linné etablierte ein System mit vier Hauptebenen: Klasse, Ordnung, Gattung und Art. Er führte das binäre Nomenklatursystem für Arten ein (Gattungsname und Artzusatz), z. B. Canis lupus.

3.1 Die aktuelle Klassifizierung der Lebewesen

• Individuen werden in Gruppen organisiert, die als Taxa bezeichnet werden.
• Ein Taxon ist eine Gruppe von Organismen, die gemeinsame, unterscheidende Merkmale aufweisen.
• Verschiedene Arten bilden eine taxonomische Kategorie.
• Es gibt verschiedene taxonomische Kategorien, die Individuen nach mehr oder weniger allgemeinen Merkmalen gruppieren.
• Die Hauptkategorien sind: Reich, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung, Art.
• Die Gesamtheit der Lebewesen wird traditionell in fünf Reiche unterteilt: Monera (Bakterien), Protoctista (Protozoen und Algen), Pilze, Pflanzen und Tiere.
• Die taxonomische Kategorie Art ist die Grundeinheit der Klassifikation. Sie besteht aus Individuen, die sich sehr ähnlich sind und sich miteinander fortpflanzen können, wobei fruchtbare Nachkommen entstehen.
• Hybrid: Ein Organismus, der aus der Kreuzung zweier unterschiedlicher Arten entsteht und Merkmale beider Elternarten aufweist. Hybriden sind oft nicht überlebensfähig oder steril. Wenn ein Hybrid fruchtbare Nachkommen zeugt, sind diese Nachkommen in der Regel steril.

4. Das Auftreten von Arten (Artbildung)

Artbildung (Speziation): Der Prozess, bei dem aus einer gemeinsamen Stammart zwei oder mehr neue Arten entstehen, oft aufgrund biologischer Barrieren, die die Fortpflanzung innerhalb einer Population einschränken. Dies kann geschehen durch:

• Allopatrische Artbildung: Entsteht durch die geografische Trennung zweier Populationen.
• Parapatrische Artbildung: Zwei Populationen entwickeln sich unterschiedlich, obwohl sie benachbart sind und einen gewissen Genfluss aufweisen (ein Faktor beeinflusst die eine, aber nicht die andere).
• Sympatrische Artbildung: Eine Population von Individuen entwickelt Modifikationen, die es ihnen ermöglichen, eine andere ökologische Nische innerhalb desselben Lebensraums zu besetzen.

Biologische Barrieren: Mechanismen, die die Fortpflanzung zwischen verschiedenen Arten verhindern. Sie können sein:

• Präzygotische Barrieren (verhindern die Bildung von Hybriden):
  • Die beiden Arten sind zu unterschiedlichen Zeiten fruchtbar (zeitliche Isolation).
  • Die beiden Arten leben in unterschiedlichen Lebensräumen (habitatale Isolation).
  • Die Paarung zwischen den beiden Arten findet nicht statt (Verhaltensisolation).
  • Paarung findet statt, aber männliche und weibliche Gameten sind inkompatibel, oder das Männchen befruchtet das Weibchen nicht (mechanische oder gametische Isolation).
• Postzygotische Barrieren (verringern das Überleben oder die Fruchtbarkeit von Hybriden):
  • Der Hybrid entwickelt sich nicht oder stirbt nach der Geburt (Hybridsterblichkeit).
  • Der Hybrid ist steril, entwickelt sich aber (Hybridsterilität).
  • Der Hybrid entwickelt sich und ist nicht steril, aber seine Nachkommen sind steril oder weniger vital (Hybridzusammenbruch).

5. Evolution

Die Evolution beschreibt die Entstehung und Veränderung der verschiedenen Lebensformen im Laufe der Zeit. Sie ist das direkte Ergebnis von Artbildungsprozessen und ermöglicht es Organismen, sich an unterschiedliche Umgebungen anzupassen und die Erde zu besiedeln.

Die Wissenschaft, die untersucht, wie sich Organismen im Laufe der Zeit entwickelt haben, wird als Phylogenie bezeichnet.

5.1 Gab es wirklich Evolution?

Es gibt eine Vielzahl von Beweisen, die die Existenz evolutionärer Prozesse untermauern. Die wichtigsten Belege sind:

• Anatomische Belege: Der Vergleich der Anatomie verschiedener Organismen zeigt, wie sich die Morphologie von Arten im Laufe der Zeit verändert hat.
  • Beim Vergleich von Organen verschiedener Arten werden zwei Typen unterschieden:
    • Analoge Organe: Haben unterschiedliche Ursprünge, aber die gleiche Funktion. Sie weisen nicht auf eine enge Verwandtschaft zwischen Organismen hin.
    • Homologe Organe: Haben einen gemeinsamen Ursprung und eine ähnliche Grundstruktur, können aber unterschiedliche Funktionen erfüllen. Sie werden verwendet, um die Verwandtschaft zwischen Arten zu bestimmen.
• Paläontologische Belege: Fossilien dokumentieren die Entwicklung von Lebewesen im Laufe der Erdgeschichte.
• Biogeografische Belege: Die Verteilung verschiedener Organismen auf der Erde zeigt Ähnlichkeiten zwischen weit voneinander entfernten Arten und belegt, dass Artbildung über lange Zeiträume stattgefunden hat.
• Molekularbiologische Belege: Alle Organismen basieren auf denselben molekularen Strukturelementen. Die Verwandtschaft zwischen Arten lässt sich anhand der Ähnlichkeit ihrer genetischen Information (DNA, Proteine) bestimmen.
• Embryologische Belege: Beobachtete Übereinstimmungen in der Embryonalentwicklung (Ontogenese) phylogenetisch eng verwandter Arten.