Vorlage:Evolution

Unter Evolution (lat. auswickeln, entwickeln) versteht man im deutschen Sprachraum heute in erster Linie die biologische Evolution. Darunter wird die allmähliche Veränderung der vererbbaren Merkmale einer Population von Lebewesen von Generation zu Generation verstanden. Das Lehr- und Forschungsgebiet der Evolution wird als Evolutionsbiologie bezeichnet und unterliegt, wie viele andere Wissenschaften, kontinuierlich neuen Einsichten, wozu allein schon die Entdeckung neuer Fossilien oder neuartiger Methoden beitragen können. Das Themenfeld der Evolution wurde zuweilen unterteilt in die Evolutionsgeschichte, in der die Veränderungen der Lebewesen im Laufe der Erdgeschichte beschrieben werden und wo es Überlappungen mit der Paläontologie gibt, sowie die naturwissenschaftlichen Erklärungen (Hypothesen und Theorien) für das Gesamtphänomen der Evolution im Rahmen der Evolutionstheorie. Die beiden Ansätze sind heutzutage in der Wissenschaft innig miteinander verwoben und befruchten sich wechselseitig.

Vom anorganischen Stoffen zur Zelle

Die chemische Evolution

Unter dem Begriff der chemischen Evolution versteht man die Entwicklung von anorganischen Stoffen zu organischen Stoffen.

Die Grundbausteine des Lebens sind: Kohlenhydrate, Proteine und Nukleinsäuren.

Bei Hydrothermalquellen, in rund 2.500 m Tiefe, fand man ganze Ökusysteme, die ohne Sonnenlicht auskommen. Vulkanische Flüssigkeiten, die aus dem Boden der Ozeane strömen, liefern die Energie für den Stoffwechsel. Mikroben, Röhrenwürmer, Muscheln, Krebse und andere Lebewesen fand man dort. Zum Nachweis, wie das Leben dort entstanden sein könnte, packte Robert Hazen ein paar Mineralien in ein Goldröhrchen, versiegelte es und setzte es einige Stunden hohen Temperaturen und hohen Druck aus, so wie bei den Hydrothermalquellen in 2.500 m Tiefe. Daraus bildeten sich organische Moleküle. Auch diese Moleküle bildeten membranartige Bläschen.

Nachdem die Zellmembran geschaffen war, kamen die RNA und DNA in diese Urzelle. Damit konnte sich die Zelle fortpflanzen. Michael John Russell ist der Meinung, dass die Urzelle zunächst einen Stoffwechsel besaß, bevor RNA und DNA gebildet wurden. Da wir Eisensulfat in unserer Haut haben, ist Russell der Meinung, dass die Urzelle bei den Tiefsee-Thermalquellen lebte, die z.T. aus Eisensulfat bestehen. Dieses Eisensulfat könnte als Katalysator zwischen Wasserstoff, das aus den Quellen strömte, und Kohlenstoffdioxid, das im Wasser gelöst vorkam, so Russell. Dies könnte der Start des Stoffwechsels gewesen sein. Dieser Stoffwechsel brauchte zunächst eine Zellmembran.

Der Biotechnologe Tom Knight will Leben neu erschaffen, künstlich erzeugt. Jack Szostack ist führend auf dem Gebiet, Leben nach eigenen Vorstellungen neu zu schaffen, nicht einfach durch Gentechnik, sondern die Gene und die Zellen künstlich herzustellen. Er will aus anorganischem Material ein einfaches lebendes System erzeugen und damit den Übergang von anorganischer zu organischer Materie zu verstehen. Einfache Zellen haben nur eine RNA, keine DNA. Jack Szostack will ein einfaches, sich selbst reproduzierendes RNA-Molekül erschaffen. Jack Szostack interessiert sich für den Übergang von der Chemie zur Biologie. Dieser Übergang ist der Beginn der Evolution.

Robert Hazen macht deutlich, welche Beziehung zwischen leblosen Steinen und dem Leben bestehen. Er ist der Meinung, dass eine wechselseitige Beziehung zwischen Leben und Mineralien besteht. Robert Hazen ließ sich eine Methode einfallen, die die enge Beziehung zwischen Gestein und Leben verdeutlicht.

1. Entstehung der schwarzen Erde
   Die schwarzen Steine der Meteoriten gehören zu den ältesten Gesteinsbrocken in unserem Sonnensystem, rund 4,6 Mrd. Jahre alt. Aus diesen Gesteinsbrocken, damals noch heiß, bildeten sich die Planeten, auch die Erde. Im kalten Vakuum des Weltalls kühlte die Erde ab. Als die Erde abkühlte, war sie übersäht von ihrem ältesten Gestein, dem Basalt. Aufgeschnittene Gesteine bestehen meist aus kristalinen Mineralien wie Quarz oder Diamanten. Diese Mineralien sind die Bausteine der Natur. Daher sind sie so entscheidend für die Entstehung des Lebens. Die Meteoriten, die die Erde formten, umfassten wohl nur 250 Mineralien (ein Starterpaket für Leben).
2. Entstehung der grauen Erde
   Unter extremer Hitze und Druck bildeten sich weitere Mineralien. Dadurch entstand die graue Erde. Selbst das schwarze Basalt wird unter dem Mikroskop zu einem bunten Mosaik. Granit enthält Quarz und Feldspat. Granit bildete die Grundlage für unsere Kontinente und führte die Erde in die graue Phase.
3. Entstehung der blauen Erde
   Wasser ist ein ideales Lösungsmittel. Im Wasser können die gelösten Moleküle frei umherschwimmen. 4,4 Mrd. altes Gestein enthält mitunter winzige Körnchen, die die Verwitterung älterer Gesteine überdauert haben. Bei einem Körnchen unter einer Million Körnchen, handelt es sich um das Mineral Zirkon, eines der ältesten Mineralien. John Valley erwartete, dass die mikroskopisch kleinen Zirkonkörnchen die Annahme bestätigten, dass die frühe Erde mit Lava bedeckt war. Er stellte jedoch fest, dass die rund 4,3 Mrd. alten Zirkonkörnchen nur bei vorhandenem Wasser gebildet habe. Im Miller-Urey-Experiment (1953) wurden Aminosäuren gebildet. Die schließen sich zu Proteinen zusammen. Sie sind die Bausteine für Muskeln und andere Gewebearten.
   19777 entdeckten Forscher in einer Tiefe von über einer Meile unter Wasser hydrothermale Schlote. Eine Art Unterwasservilkane. Trotz Temperaturen von über 400°C wimmelt es dort von Leben. Sie beziehen ihre Energie nicht aus der Sonnenenergie, sondern aus der chemischen Energie aus den Schloten. Robert Hazen versuchte die Bausteine des Lebens im Labor unter gleichen Bedingungen zu erzeugen. Nur mit Gasen geschah nichts. Als dann fein zermalene Mineralien hinzugegeben wurden, bildeten sich organische Stoffe, darunter auch Aminosäuren.(22:00-29:00)
   Im Schlamm von Ton könnten sich RNA gebildet haben. Dies konnte Peter Coveney in Computersimmulationen von Schlamm nachweisen. Der Schlüssel hierzu sind die Oberflächen.
   Stromatoliten sind mit die frühesten Lebewesen auf der Erde, 3,5 Mrd. alt. David Flannery untersucht Stromatoliten. Mikroben an der Oberfläche sind die Lebewesen der Stromatoliten. Sie bauen mit weniger als 1 mm pro Jahr die Stromatoliten auf. Komplexe Strukturen auf den Stromatoliten deuten darauf hin, dass sich Leben vor über 3,5 Mrd. gebildet hat. (30:00-34:00)
4. Entstehung der roten Erde
   Ruth Blake sucht in sehr altem Gestein nach Hinweisen auf die ältesten Lebewesen der Erde. Sie sucht in Gesteinen aus Grönland nach Hinterlassenschaften von frühem Leben. Ruth Blake ist der Meinung, dass sie darin die Fußabdrücke von 3,8 Mrd. alten Lebewesen gefunden hat. (34:00-38:00)
   Frühe einfache Lebewesen benutzten Sonnenlicht als Energie für ihren Stoffwechsel (Photosynthese). Damit produzierten sie freien Sauerstoff. Im Urozean war viel gelöstes Eisen. Der Sauerstoff reagierte mit dem Eisen. Der so gebildete Rost sank auf den Meeresboden. Durch den Anstieg des Sauerstoffs, zunächst im Meer, später auch in der Atmosphäre, kam es zur Großen Sauerstoffkatastrophe, dem ersten Massenaussterben auf der Erde. Es bildeten sich in jener Zeit auf der Erde auch neue Mineralien. Es wird geschätzt, dass die Meteoriten ca. 250 Mineralien mitbrachten. Heute gibt es auf der Erde über 5.000 Mineralien. Rund 2/3 davon wurde durch den freien Sauerstoff erzeugt. Robert Hazon: "Mineralien erschaffen Leben und Leben erschafft Mineralien. Erst heute entdecken wir, wie das miteinander verflochen ist."(38:00-41:00)
5. Entstehung der weißen Erde
   Es bildete sich die Schneeballerde. Es ragten jedoch noch aktive Vulkane aus der Eisdecke. Sie setzten Kohlenstoffdioxid frei. Dieses CO₂ bildete eine Thermodecke über die Erde umd erwärmte über den Treibhauseffekt sie wieder. Auch stieg der Sauerstsoffanteil in der Atmosphäre. Dadurch konnten größere Lebewesen entstehen.
6. Entstehung der grünen Erde
   Vor rund 540 Mio. Jahren begann das Leben neu aufzublühen. Der Planet Erde ist seither voller Leben. Und das Leben kämpft gegeneinander um das Überleben. Auch jetzt spielen Mineralien eine große Rolle für das Leben. Vor 520 Mio. Jahren kamen die ersten Trilobiten auf. Sie sind die ältesten Lebewesen mit einem Panzer gegen Fressfeinde. Er bestand aus Calciumkarbonat, dem selben Minaral, das man in Kalkstein findet. (41:00-46:00)
   Die Evolution führte den Rüstungswettlauf weiter über Knochen und Zähne. Über sie konnten die Lebewesen größer und stärker werden. Dies war jedoch nur möglich dank der Mineralien.

Die molukulare Evolution

Unter dem Begriff der molekularen Evolution versteht man den Prozess der Evolution auf der Ebenen der DNA, RNA und der Proteine.

Die Zelle entsteht

Wenn Ketten von Aminosäuren hohen Temperaturen ausgesetzt werden und Wasser verdampft, bilden sich kleine Bläschen. So könnten die ersten Zellmembrane entstanden sein.

Archäologie

Stromatolithen sind biogene Sedimentgesteine, die durch Einfangen und Bindung von Sedimentpartikeln oder Fällung gelöster Stoffe infolge des Wachstums und Stoffwechsels von Mikroorganismen in einem Gewässer entstanden sind. Die ältesten bekannten Fossilien sind größtenteils Stromatolithen, über 3,5 Mrd. Jahre alt. Der von ihnen durch Fotosynthese produzierte Sauerstoff führte vor rund 2,5 Mrd. Jahren zur Großen Sauerstoffkatastrophe.

Extremophile

https://de.wikipedia.org/wiki/Extremophile

• Bis zur großen Sauerstoffkatastrophe war alles Leben auf der Erde extremophil.
• In Lavaröhren gibt es Leben ohne Sonnenlicht. Diese Lebensform könnte es auf dem Mars geben.
• Der Jupitermond Io hat rege Vulkanismus.

https://www.youtube.com/watch?v=zKuQuETvojs

Leben in unserem Sonnensystem

• Auf dem Mars ist Leben von Bakterien vorstellbar.
• Auf dem Jupitermond Io ist Leben von Bakterien vorstellbar, ebenso Kallisto (Radioaktivität und enormer Druck erzeugen innen Hitze), Gallimed und Europa.
• Auf einem Mond des Saturn (Enzephalus) wurden im Jahr 2005 Geysire entdeckt. Darin könnten thermophile Microorganismen leben, so wie auf der Erde. Auf dem Mond Titan ist Eis gefroren und flüssiges Methan.

https://www.youtube.com/watch?v=xrgTrjVlTic

Experimente

Miller-Urey-Experiment

Stanley Miller und Harold Clayton Urey simulierten im Jahr 1953 die Uratmosphäre und produzierten damit Aminosäuren, die Bausteine des Lebens. Nach ihnen wurde es Miller-Urey-Experiment genannt.

Wie im Weltraum

Wenn Amoniak, Kohlendioxyd und Methanol auf -270°C (Weltraumtemperatur) abgekühlt werden, gefrieren sie. Wenn das Gemisch mit einer Wasserstofflampe bestrahlt wird, entstehen dadurch Aminosäuren und Proteine. Durch den Kometenschweif sondert der Komet beim Vorbeiflug an der Erde etwas Staub ab. Dieser kann, ohne in der Atmosphäre zu verbrennen, auf die Erdoberfläche gelangen. Im Jahr 2006 konnte nachgewiesen werden, dass Kometenstaub komplexe Bausteine des Lebens wie Aminosäuren und Kohlenwasserstoffe enthält.

Chandra Wickramasinghe hält Kometen als der ideale Ort, an dem die chemische Evolution erfolgen kann. Die Sonde Deep Impact erbrachte den Beweis, dass im Innern von Kometen Wasser und Staub sind.

Im September 1969 stürzte in Australien ein 100 kg schwerer Meteorit auf die Erde. Dieser Meteorit enthielt kleine Bläschen, die in der Lage waren, Vesikel zu bilden. Diese sahen so aus, wie die äußere Membran einer Mikrobe. So könnten die ersten Zellmembranen auf die Erde gekommen sein.

Andere Theorien

Panspermie

Die Hypothese der Panspermie besagt, dass sich einfache Lebensformen über große Distanzen durch das Universum bewegen. - Leben, das es auf dem Mars gibt, ist auch auf der Erde vorhanden. Einfaches Leben kann somit in einem Planetensystem durchaus von einem Planeten zum anderen gelangen.

NASA-Wissenschaftler Scott Sandford beschäftigt sich heute mit dieser Theorie.

Kometen transportieren Bausteine des Lebens durch das Universum (Wasser, Kohlendioxyd, Methanol und Amoniak). Unter geeigneten Bedingungen, wie auf der Erde, kann daraus Leben entstehen.

Sonstiges

Man schätzt, dass rund 3 Mrd. Arten von Mikroorganismen auf der Erde existieren. Aber weniger als 1% sind hiervon entdeckt.

Extremophile sind Organismen, die extremen Umweltbedingungen standhalten. Unser Urvorfahr muss auch ein Extremophile gewesen sein.

"Nackte DNA" ist DNA, die für Experimente aus den Zellen herausgelöst wurden. In über 4.000 Meter Höhe schädigt die UV-Strahlung die nackte DNA extrem. Vor rund 4,5 Mrd. Jahren muss jedoch die UV-Strahlung rund 100 Mal stärker gewesen sein. Daher muss das Leben tief im Ozean begonnen haben.

Von der Zelle zu Mehrzellern

• Evolution = Grundsätzliches über Evolution
• Evolution der Dinosaurier
• Evolution des Auges
• Evolution der Vogelfeder
• Evolution der Säugetiere
• Evolution des Menschen
• Evolution des Denkens

Zur Altersbestimmung kennt die Naturwissenschaft verschiedene Methoden:

• Molekulare Uhr

Entwicklung zum Menschen

Australopithecus (= Luci) traten vor ca. 4 Mio. Jahren auf => Homo Habilis (= der geschickte Mensch) => Homo Ergaster => Homo Erectus Ricing-star-höhle besitzt nur Knochen von Hominiden.

Diese Links sind hierzu noch zu recherchieren:

• https://de.wikipedia.org/wiki/Molekulare_Uhr
• https://de.wikipedia.org/wiki/Ghost_lineage
• https://de.wikipedia.org/wiki/Evolution
• https://de.wikipedia.org/wiki/Evolutionsbiologie
• https://de.wikipedia.org/wiki/Archaischer_Homo_sapiens
• https://de.wikipedia.org/wiki/Letzte_Kaltzeit
• https://de.wikipedia.org/wiki/Paviane
• https://de.wikipedia.org/wiki/Homo_heidelbergensis
• https://de.wikipedia.org/wiki/Evolution_der_S%C3%A4ugetiere
• https://de.wikipedia.org/wiki/Schimpansen
• https://de.wikipedia.org/wiki/Lemuren
• https://de.wikipedia.org/wiki/Gorillas
• https://de.wikipedia.org/wiki/Denisova-Mensch
• https://de.wikipedia.org/wiki/Augenevolution
• https://de.wikipedia.org/wiki/Landgang_(Biologie)
• https://de.wikipedia.org/wiki/Multiregionaler_Ursprung_des_modernen_Menschen
• https://de.wikipedia.org/wiki/Katta
• https://de.wikipedia.org/wiki/Neandertaler
• https://de.wikipedia.org/wiki/Chororapithecus_abyssinicus
• https://de.wikipedia.org/wiki/Exafroplacentalia
• https://de.wikipedia.org/wiki/Homologie_(Genetik)
• https://de.wikipedia.org/wiki/Neighbor-Joining-Algorithmus
• https://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BCgel_(Insekt)