Abiogenese: Definition, Theorie, Beweise und Beispiele

Während Charles Darwins Evolutionstheorie handelt davon, wie sich Arten verändern, um sich an ihre Umwelt anzupassen, es geht nicht um die Frage, wie das Leben ursprünglich begann. An einem Punkt, sicherlich als der Planet noch heiß und geschmolzen war, gab es kein Leben auf der Erde, obwohl wir wissen, dass sich das Leben später entwickelt hat.

Die Frage ist, Wie sind die frühen Lebensformen der Erde entstanden??

Es gibt verschiedene Theorien darüber, wie die Grundbausteine ​​lebender Organismen entstanden sind. Der Mechanismus, wie unbelebte Materie wurde selbstreplizierende lebende Organismen und dann werden komplexe Lebensformen nicht vollständig verstanden.

Es hat einige Lücken, aber Abiogenese beschäftigt sich mit interessanten Konzepten und beginnt mit einer Erklärung.

Abiogenese ist der natürliche Prozess, durch den lebende Organismen aus unbelebten organischen Molekülen entstanden sind. Einfache Elemente, die zu Verbindungen kombiniert werden; die Verbindungen wurden strukturierter und beinhalteten verschiedene Substanzen. Schließlich wurden einfache organische Verbindungen gebildet und zu komplexen Molekülen wie

Aminosäuren sind die Bausteine ​​der Proteine, die die Grundlage organischer Prozesse bilden. Die Aminosäuren könnten sich zu Proteinketten verbunden haben. Diese Proteine ​​könnten sich selbst replizieren und die Grundlage für einfache Lebensformen bilden.

Ein solcher Prozess könnte heute auf der Erde nicht stattfinden, weil die notwendigen Voraussetzungen nicht mehr gegeben sind. Die Bildung organischer Moleküle setzt die Anwesenheit einer warmen Brühe voraus, die die zum Erscheinen dieser organischen Moleküle erforderlichen Substanzen enthält.

Elemente und einfache Verbindungen wie Wasserstoff, Kohlenstoff, Phosphate und Zucker müssen alle zusammen vorhanden sein. Ein Energiequelle wie ultraviolette Strahlen oder Blitzentladungen würde ihnen helfen, sich zu binden. Bedingungen wie diese mögen vor 3,5 Millionen Jahren existiert haben, als man annimmt, dass das Leben auf der Erde begann. Die Abiogenese beschreibt die Mechanismen, wie dies stattgefunden haben könnte.

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Sowohl die Abiogenese als auch die spontane Generation legen nahe, dass das Leben stammen aus unbelebter Materie, aber die Details der beiden sind völlig unterschiedlich. Während die Abiogenese eine gültige Theorie ist, die nicht widerlegt wurde, ist die spontane Zeugung ein veralteter Glaube, der sich als falsch erwiesen hat.

Die beiden Theorien unterscheiden sich in drei wesentlichen Punkten. Die Theorie der Abiogenese besagt:

1. Abiogenese passiert selten. Es geschah mindestens einmal vor etwa 3,5 Milliarden Jahren und ist seitdem wahrscheinlich nicht mehr aufgetreten.
2. Abiogenese führt zu den meisten primitive Lebensformen möglich. Diese können so einfach sein wie die Replikation von Proteinmolekülen.
3. Höhere Organismen entwickeln von diesen primitiven Lebensformen.

Die Theorie der spontanen Generierung besagt:

1. Spontane Generation kommt häufig vor, auch in der heutigen Zeit. Jedes Mal, wenn Fleisch zum Beispiel verrottet, entstehen Fliegen.
2. Spontane Generierung führt zu komplexe Organismen wie Fliegen, Tiere und sogar Menschen.
3. Höhere Organismen sind das Ergebnis spontaner Generation, und sie nicht entwickeln von anderen Lebensformen.

Früher glaubten Wissenschaftler an die spontane Zeugung, aber heute glaubt selbst die breite Öffentlichkeit nicht mehr, dass Fliegen aus verfaultem Fleisch oder Mäuse aus Müll stammen. Einige Wissenschaftler bezweifeln auch, ob die Abiogenese eine gültige Theorie ist, konnten jedoch keine bessere Alternative vorschlagen.

Wie das Leben entstanden sein könnte, wurde erstmals 1924 vom russischen Wissenschaftler Alexander Oparin und unabhängig erneut vom britischen Biologen J.B.S. Haldane im Jahr 1929. Beide gingen davon aus, dass die frühe Erde eine Umgebung hatte, die reich an Ammoniak, Kohlendioxid, Wasserstoff und Kohlenstoff war, den Bausteinen organischer Moleküle.

Ultraviolette Strahlen und Blitze lieferten die Energie für chemische Reaktionen, die es diesen Molekülen ermöglichen würden, sich zu verbinden.

Eine typische Reaktionskette würde wie folgt ablaufen:

1. Präbiotische Atmosphäre mit Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf.
2. Blitz produziert einfache organische Verbindungen, die im flachen Wasser in Lösung gehen
3. Die Verbindungen reagieren weiter in a präbiotische Brühe, Aminosäuren bilden.
4. Die Aminosäuren verbinden sich mit Peptidbindungen zu Polypeptidkettenproteine.
5. Die Proteine ​​verbinden sich zu komplexeren Molekülen, die replizieren und metabolisieren einfache Stoffe.
6. Komplexe Moleküle und organische Verbindungen bilden sich Lipidmembranen um sich herum und fang an so zu tun Lebende Zellen.

Während die Theorie konsistente und glaubwürdige Konzepte vorstellte, erwiesen sich einige der Schritte als schwierig unter Laborbedingungen durchzuführen, die versuchten, die auf der frühen Erde zu simulieren.

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In den frühen 1950er Jahren beschlossen der amerikanische Doktorand Stanley Miller und sein Doktorandenberater Harold Urey, die Theorie der Oparin-Haldane-Abiogenese zu testen, indem sie eine frühe Erdumgebung nachbildeten. Sie mischten die einfachen Verbindungen und Elemente aus der Theorie in Luft und zündeten Funken durch die Mischung.

Als sie die resultierenden chemischen Reaktionsprodukte analysierten, konnten sie Aminosäuren, die während der Simulation erstellt wurden. Dieser Beweis, dass der erste Teil der Theorie richtig war, unterstützte spätere Experimente, die versuchten, replizierende Moleküle aus den Aminosäuren zu erzeugen. Diese Versuche waren erfolglos.

Spätere Untersuchungen ergaben, dass die präbiotische Atmosphäre der frühen Erde wahrscheinlich mehr Sauerstoff und weniger andere Schlüsselsubstanzen enthielt als die Probe, die im Miller-Urey-Experiment verwendet wurde. Dies führte zu der Frage, ob die Schlussfolgerungen noch gültig waren.

Seitdem haben einige Experimente mit einer korrigierten Atmosphärenzusammensetzung auch organische Moleküle wie Aminosäuren gefunden und damit die ursprünglichen Schlussfolgerungen gestützt.

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Auch wenn festgestellt wird, dass die Bedingungen für die Erzeugung einfacher organischer Verbindungen am präbiotische Erde, war der Weg zu lebenden Zellen umstritten. Es gibt drei Möglichkeiten, wie relativ einfache Verbindungen wie Aminosäuren schließlich zu einem selbsterhaltenden Leben werden könnten:

1. Replikation zuerst: Die organischen Moleküle werden immer komplexer, bis sie DNA-Abschnitte enthalten, die sich selbst replizieren können. Die sich selbst replizierenden Moleküle entwickeln das Zellverhalten und den Stoffwechsel.
2. Stoffwechsel zuerst: Die organischen Moleküle entwickeln die Fähigkeit, sich selbst zu erhalten, indem sie Stoffe aus ihrer Umgebung integrieren und verändern. Sie werden zu Protozellen und entwickeln die Fähigkeit zur Replikation.
3. RNA-Welt: Die organischen Moleküle werden zu Vorläufer-RNA-Segmenten, die DNA-Molekülkopien erzeugen können. Sie entwickeln gleichzeitig Stoffwechsel und zellähnliches Verhalten.

Die Schritte von Aminosäuren on waren ein ernstes Problem, und keiner der verschiedenen theoretischen Pfade wurde bis Mai 2019 erfolgreich simuliert.

Es besteht kein Zweifel, dass a Simulation der frühen Erdatmosphäre können vergleichsweise komplexe Moleküle produzieren, die die Bausteine ​​der organischen Moleküle in lebenden Zellen sind. Es gibt jedoch mehrere Probleme, von den komplexen Molekülen zu tatsächlichen Lebensformen zu gelangen. Diese schließen ein:

• Es gibt keinen detaillierten theoretischen Weg, um von komplexen organischen Molekülen zu einer Lebensform zu gelangen.
• Es gibt keine erfolgreichen Experimente, die die Bildung komplexerer Moleküle als Aminosäuren unterstützen.
• Es gibt keinen Mechanismus für die Entwicklung von RNA-Bausteinen zu den Purin/Pyrimidin-Basen der vollständigen RNA.
• Es besteht kein Konsens darüber, wie die replizierenden/metabolisierenden Moleküle zu Lebensformen werden.

Wenn die Abiogenese nicht so stattfindet, wie es die Theorie beschreibt, alternative Ideen müssen berücksichtigt werden.

Da Fortschritte in der Abiogenese scheinbar blockiert sind, wurden alternative Theorien für den Ursprung des Lebens vorgeschlagen. Das Leben könnte ähnlich der Abiogenese-Theorie entstanden sein, aber in geothermische Öffnungen unter dem Meer oder innerhalb der Erdkruste, und es kann mehrmals an verschiedenen Orten passiert sein. Keine dieser Theorien hat eine stärkere Datengrundlage als die klassische Abiogenese.

In einer anderen Theorie, die die Abiogenese vollständig aufgibt, haben Wissenschaftler vorgeschlagen, dass komplexe organische Verbindungen oder vollständige Lebensformen wie Viren möglicherweise durch Meteoriten oder Kometen. Die frühe Erde (primitive Erde) wurde während der Hadean-Zeit (vor etwa 4 bis 4,6 Milliarden Jahren) schweren Bombardements ausgesetzt, als das Leben möglicherweise begann.

Ohne weitere harte Daten ist die einzige Schlussfolgerung, dass genau wie Leben auf der Erde entstanden ist, ist immer noch ein Rätsel.