Mathias Jäger, Theresa Gotthart Origin of life Mathias Jäger, Theresa Gotthart

Der Anfang Entstehung der Erde / Sonnensystem: 4.6 Gyr Erstes Leben: 3.5 Gyr (Bakterien) Woher kam das Leben? Wie entstand es?

Definition von Leben Kapazität zur Selbstreplikation Die Fähigkeit der Darwin‘schen Evolution zu folgen Darwinsche Evolution Selektion Rekombination Mutation

Mutation 2 Arten von Mutation: Unterschieden nach Erblichkeit und Ursache Erblichkeit Keimbahnmutation Somatische Mutation Ursache Spontanmutation Induzierte Mutation Replikationsfehler Unzureichende Proof-Reading-Aktivität Crossing Over

Crossing Over

Bausteine des Lebens Wasser (60-70%) Sauerstoff Kohlenstoff Stickstoff Phosphor Schwefel Atome des Elements (pro 100.000) im Menschen H 60563 O 25670 C 10680 N 2440 Ca 230 P 130 S 130 Na 75 K 37 Cl 33

Warum Kohlenstoff? Alles Leben basiert auf C Große Anzahl möglicher langer Molekülverbindungen z.B.: Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor C kann Verbindungen bauen, die in Wasser löslich sind (für Interaktion notwendig) Alternative: Silizium?

Warum Wasser? Brauchen Medium in dem Moleküle interagieren können Wasser bestens geeignet (weder zu heiß, noch zu kalt), im flüssigen Zustand Alternative: Ammoniak

Wasser 70% der Erdoberfläche sind Wasser Wasser ist polarisiert (Verbindung mit O) 2 Arten von Molekülen (wasserlöslich, nicht wasserlöslich) Beide wichtig für Leben Möglichkeit für Makromoleküle (Fette und Öle, Kohlenhydrate, Proteine, Nukleinsäuren)

DNA Proteine Nukleinsäuren Katalysatoren (Enzyme) DNA, RNA T… Thymin A... Adenin G… Guanin C… Cytosin U… Uracil

Die Welt der RNA Zuerst RNA oder DNA? Allgemein: zuerst RNA Nukleide der RNA schneller entwickelt RNA stabiler als DNA RNA vor Proteinen entwickelt

Suche nach den Ursprüngen Molekulare Strukturen in Gesteinsproben Zellreste Abdrücke in Sedimenten Organisches Material Mineralien (entstanden bei Bio-Prozessen) Isotope, die auf Bio-Aktivität hinweisen Atmosphärische Komponenten

Zwei Vorgehensweisen Bottom-up Szenario Top-down Szenario Von Entstehung der Erde auf Beginn des Lebens Leblose Elemente, Moleküle, Mineralien Top-down Szenario Von heute auf Beginn des Lebens extrapolieren Betrachten nur Bottom-up

Miller‘s Experiment Uratmosphäre Urozean Methan, Wasserstoff, Ammoniak Energie => Aminosäuren werden produziert

Murchison Meteorit 28. September 1969 nahe Melbourne Kohlenstoffreich Stück eines Asteroiden aus Gürtel Enthielt organische Moleküle (Aminosäuren) Bildung im Universum und nicht auf der Erde

Aminosäure Miller-Experiment Murchison Erde Glycine **** **** Ja Alanine **** **** Ja Α-amino-N-butyric acid *** **** Nein A-Aminoisobutyric **** ** Nein Valine *** ** Ja Norvaline *** *** Nein Isovaline ** ** Nein Proline *** * Ja Pipecolic acid * * Nein Aspartic acid *** *** Ja Glutamic acid *** *** Ja Β-Alanince ** ** Nein B-Amino-N-butyric acid ** ** Nein B-Aminosobutyric acid * * Nein Y-Aminobutyric acid * ** Nein Sarcosnic ** *** Nein N-Ethylglycine ** ** Nein N-Methylalanine ** ** Nein

Leben von außerhalb? Meteoriten und Kometeneinschläge bringen organisches Material auf die Erde Quellen Masse (kg) Akkretion /106kg yr-1 Carbon Meteoritenmaterial Meteore (von Kometen) 10-17 – 10-1 16.0 10% Meteoriten 10-2 – 105 0.058 1.3% Kraterbildene Körper 105 – 1015 62.0 4.2% Organisches Material Meteore (von Kometen) 10-15 – 10-9 3.2 10% Meteoriten (ohne C) 10-2 – 105 2.9x10-3 0.1% Meteoriten (mit C) 10-2 – 105 1.9x10-4 2.5%

Chirality 2 Arten von Molekülen Chiral (Rechte-Hand-Linke-Hand-Prinzip) Achiral (Spiegelfest)

Chirality und das Leben Aminosäuren gemischt, rechte Hand, linke Hand Proteine nur aus linke Hand Aminosäuren Bemerkenswert: 19 der 20 Säuren können sowohl links als auch rechts händig sein Linke Hand Aminosäuren wurden auch im Murchison-Meteoriten gefunden

Akkumulation von organischem Material Abgeschlossene Lagunen und Tümpel, Wasser verdampft, Konzentration steigt Wasser friert, angereichertes gefriert später Ton und Mineralien sammeln organisches Material, Ton sammelt es innerhalb seiner Struktur Weiterentwicklung: Genauen Prozesse noch unbekannt

Zusammenfassung Leben basiert auf C Wasser ist Grundlage, aufgrund molekularer Entwicklung Offene Fragen: Leben von außerhalb, oder Erde? Leben auf anderen Elementen basierend? Entwicklung des Lebens an sich?