Post on 06-Apr-2015
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Origin of lifeOrigin of life
Mathias Jäger, Theresa Mathias Jäger, Theresa GotthartGotthart
Der AnfangDer Anfang
Entstehung der Erde / Entstehung der Erde / Sonnensystem:Sonnensystem:
4.6 Gyr4.6 Gyr Erstes Leben: 3.5 Gyr (Bakterien)Erstes Leben: 3.5 Gyr (Bakterien)
Woher kam das Leben?Woher kam das Leben? Wie entstand es?Wie entstand es?
Definition von LebenDefinition von Leben
Kapazität zur SelbstreplikationKapazität zur Selbstreplikation Die Fähigkeit der Darwin‘schen Die Fähigkeit der Darwin‘schen
Evolution zu folgenEvolution zu folgen
Darwinsche EvolutionDarwinsche Evolution SelektionSelektion RekombinationRekombination MutationMutation
MutationMutation 2 Arten von Mutation: Unterschieden nach 2 Arten von Mutation: Unterschieden nach
Erblichkeit und UrsacheErblichkeit und Ursache ErblichkeitErblichkeit
KeimbahnmutationKeimbahnmutation Somatische MutationSomatische Mutation
UrsacheUrsache SpontanmutationSpontanmutation Induzierte MutationInduzierte Mutation ReplikationsfehlerReplikationsfehler Unzureichende Proof-Reading-AktivitätUnzureichende Proof-Reading-Aktivität Crossing OverCrossing Over
Crossing OverCrossing Over
Bausteine des LebensBausteine des Lebens
Wasser (60-70%)Wasser (60-70%) SauerstoffSauerstoff KohlenstoffKohlenstoff StickstoffStickstoff
PhosphorPhosphor SchwefelSchwefel
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?Warum Kohlenstoff?
Alles Leben basiert auf CAlles Leben basiert auf C Große Anzahl möglicher langer Große Anzahl möglicher langer
MolekülverbindungenMolekülverbindungen z.B.: Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, z.B.: Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel,
PhosphorPhosphor C kann Verbindungen bauen, die in C kann Verbindungen bauen, die in
Wasser löslich sind (für Interaktion Wasser löslich sind (für Interaktion notwendig)notwendig)
Alternative: Silizium?Alternative: Silizium?
Warum Wasser?Warum Wasser?
Brauchen Medium in dem Moleküle Brauchen Medium in dem Moleküle interagieren könneninteragieren können
Wasser bestens geeignet (weder zu Wasser bestens geeignet (weder zu heiß, noch zu kalt), im flüssigen heiß, noch zu kalt), im flüssigen ZustandZustand
Alternative: AmmoniakAlternative: Ammoniak
WasserWasser
70% der Erdoberfläche sind Wasser70% der Erdoberfläche sind Wasser Wasser ist polarisiert (Verbindung Wasser ist polarisiert (Verbindung
mit O)mit O) 2 Arten von Molekülen 2 Arten von Molekülen
(wasserlöslich, nicht wasserlöslich)(wasserlöslich, nicht wasserlöslich) Beide wichtig für LebenBeide wichtig für Leben Möglichkeit für Makromoleküle Möglichkeit für Makromoleküle
(Fette und Öle, Kohlenhydrate, (Fette und Öle, Kohlenhydrate, Proteine, Nukleinsäuren)Proteine, Nukleinsäuren)
DNADNA
ProteineProteine KatalysatorenKatalysatoren
(Enzyme)(Enzyme) NukleinsäurenNukleinsäuren
DNA, RNADNA, RNA
T… ThyminT… ThyminA... AdeninA... AdeninG… GuaninG… GuaninC… CytosinC… CytosinU… UracilU… Uracil
Die Welt der RNADie Welt der RNA
Zuerst RNA oder DNA?Zuerst RNA oder DNA? Allgemein: zuerst RNAAllgemein: zuerst RNA Nukleide der RNA schneller Nukleide der RNA schneller
entwickeltentwickelt RNA stabiler als DNARNA stabiler als DNA RNA vor Proteinen entwickeltRNA vor Proteinen entwickelt
Suche nach den Suche nach den UrsprüngenUrsprüngen
Molekulare Strukturen in Molekulare Strukturen in GesteinsprobenGesteinsproben
ZellresteZellreste Abdrücke in SedimentenAbdrücke in Sedimenten Organisches MaterialOrganisches Material Mineralien (entstanden bei Bio-Mineralien (entstanden bei Bio-
Prozessen)Prozessen) Isotope, die auf Bio-Aktivität hinweisenIsotope, die auf Bio-Aktivität hinweisen Atmosphärische KomponentenAtmosphärische Komponenten
Zwei VorgehensweisenZwei Vorgehensweisen
Bottom-up SzenarioBottom-up Szenario Von Entstehung der Erde auf Beginn Von Entstehung der Erde auf Beginn
des Lebensdes Lebens Leblose Elemente, Moleküle, Leblose Elemente, Moleküle,
MineralienMineralien Top-down SzenarioTop-down Szenario
Von heute auf Beginn des Lebens Von heute auf Beginn des Lebens extrapolierenextrapolieren
Betrachten nur Bottom-upBetrachten nur Bottom-up
Miller‘s ExperimentMiller‘s Experiment
UratmosphäreUratmosphäre UrozeanUrozean Methan, Methan,
Wasserstoff, Wasserstoff, AmmoniakAmmoniak
EnergieEnergie
=> Aminosäuren => Aminosäuren werden produziertwerden produziert
Murchison MeteoritMurchison Meteorit
28. September 1969 nahe 28. September 1969 nahe MelbourneMelbourne
KohlenstoffreichKohlenstoffreich Stück eines Asteroiden aus GürtelStück eines Asteroiden aus Gürtel Enthielt organische Moleküle Enthielt organische Moleküle
(Aminosäuren)(Aminosäuren) Bildung im Universum und nicht auf Bildung im Universum und nicht auf
der Erdeder Erde
AminosäureAminosäure Miller-ExperimentMiller-Experiment MurchisonMurchisonErdeErde
GlycineGlycine ******** ******** JaJaAlanineAlanine ******** ******** JaJaΑΑ-amino-N-butyric acid-amino-N-butyric acid ****** ******** NeinNeinA-AminoisobutyricA-Aminoisobutyric ******** **** NeinNeinValineValine ****** **** JaJaNorvalineNorvaline ****** ****** NeinNeinIsovalineIsovaline **** **** NeinNeinProlineProline ****** ** JaJaPipecolic acidPipecolic acid ** ** NeinNeinAspartic acidAspartic acid ****** ****** JaJaGlutamic acidGlutamic acid ****** ****** JaJaΒΒ-Alanince-Alanince **** **** NeinNeinB-Amino-N-butyric acidB-Amino-N-butyric acid **** **** NeinNeinB-Aminosobutyric acidB-Aminosobutyric acid ** ** NeinNeinY-Aminobutyric acidY-Aminobutyric acid ** **** NeinNeinSarcosnicSarcosnic **** ****** NeinNeinN-EthylglycineN-Ethylglycine **** **** NeinNeinN-MethylalanineN-Methylalanine **** **** NeinNein
Leben von außerhalb?Leben von außerhalb? Meteoriten und Kometeneinschläge Meteoriten und Kometeneinschläge
bringen organisches Material auf die Erdebringen 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%
ChiralityChirality
2 Arten von Molekülen2 Arten von Molekülen Chiral (Rechte-Hand-Linke-Hand-Prinzip)Chiral (Rechte-Hand-Linke-Hand-Prinzip) Achiral (Spiegelfest)Achiral (Spiegelfest)
Chirality und das LebenChirality und das Leben
Aminosäuren gemischt, rechte Hand, Aminosäuren gemischt, rechte Hand, linke Handlinke Hand
Proteine nur aus linke Hand Proteine nur aus linke Hand AminosäurenAminosäuren
Bemerkenswert: 19 der 20 Säuren Bemerkenswert: 19 der 20 Säuren können sowohl links als auch rechts können sowohl links als auch rechts händig seinhändig sein
Linke Hand Aminosäuren wurden auch Linke Hand Aminosäuren wurden auch im Murchison-Meteoriten gefundenim Murchison-Meteoriten gefunden
Akkumulation von Akkumulation von organischem Materialorganischem Material
Abgeschlossene Lagunen und Tümpel, Abgeschlossene Lagunen und Tümpel, Wasser verdampft, Konzentration steigtWasser verdampft, Konzentration steigt
Wasser friert, angereichertes gefriert Wasser friert, angereichertes gefriert späterspäter
Ton und Mineralien sammeln organisches Ton und Mineralien sammeln organisches Material, Ton sammelt es innerhalb seiner Material, Ton sammelt es innerhalb seiner StrukturStruktur
Weiterentwicklung: Genauen Prozesse Weiterentwicklung: Genauen Prozesse noch unbekanntnoch unbekannt
ZusammenfassungZusammenfassung
Leben basiert auf CLeben basiert auf C Wasser ist Grundlage, aufgrund Wasser ist Grundlage, aufgrund
molekularer Entwicklungmolekularer Entwicklung
Offene Fragen:Offene Fragen: Leben von außerhalb, oder Erde?Leben von außerhalb, oder Erde? Leben auf anderen Elementen basierend?Leben auf anderen Elementen basierend? Entwicklung des Lebens an sich?Entwicklung des Lebens an sich?