sb-wettbewerb_kleinDieser Artikel ist Teil des ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2017. Informationen zum Ablauf gibt es hier. Leserinnen und Leser können die Artikel bewerten und bei der Abstimmung einen Preis gewinnen – Details dazu gibt es hier. Eine Übersicht über alle am Bewerb teilnehmenden Artikel gibt es hier. Informationen zu den Autoren der Wettbewerbsartikel finden sich in den jeweiligen Texten.
——————————————————————————————————————

Ich heiße Jürgen Hoffmann und arbeite als Lehrer in Halle an der Saale. In meiner Freizeit beschäftige ich mich mit der Entstehung des Lebens und beteilige mich aktiv in der hier ansässigen Gesellschaft für astronomische Bildung.

Entsteht Leben einfach?

Was einfach entstehen kann, entsteht auch schnell, aber gilt das auch umgekehrt? Die ältesten unsicheren Lebensspuren deuten auf eine Entstehungszeit des Lebens vor über 4,1 Milliarden Jahren hin. Ein in Richtung C-12 verschobenes Isotopenverhältnis des Kohlenstoffs in den ältesten erhaltenen Gesteinen der Erde deutet auf das Vorhandensein von Lebewesen auf der Erde vor über 3,8 Milliarden Jahren hin. Der Zeitpunkt, wo die Biosphäre die Geosphäre traf, liegt also in der Frühzeit der Erdgeschichte – spätestens 500 Millionen Jahre nach dem ersten Erscheinen von kondensiertem Wasser auf der Erdoberfläche.

Leben entstand also recht früh auf der Erde – möglicherweise bereits einige Hundert Millionen Jahre vor dem LHB – kurz nachdem sich eine feste Gesteinskruste herausgebildet hat und kühl genug wurde, so dass Wasser die Oberfläche bedecken konnte. Als äußerste Grenze muss die Kollision der Urerde mit dem hypothetischen Protoplaneten Theia angesehen werden, bei der der heutige Erdmond entstand. Diese Kollision ereignete sich vor ca. 4,527 Milliarden Jahren.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/05/Planetoid_crashing_into_primordial_Earth.jpg/634px-Planetoid_crashing_into_primordial_Earth.jpg

Nachschub an reduzierenden Gasen? Bildquelle: Wikipedia (gemeinfrei)

Nimmt man als Begrenzung die ältesten Zirkone (4,4 Milliarden Jahre) und die ältesten Kohlenstoff-Isotop-Verschiebungen (4,1 Milliarden Jahre), ergibt sich ein Zeitfenster von ca. 300 Millionen Jahren, in dem Leben entstand und sich so weit ausbreitete, dass es das nachfolgende LHB infolge vorhandener Biodiversität in den thermophilen Nischen hydrothermaler Quellen überstehen konnte. Die nachfolgenden Lebensspuren in den grönländischen Isua-Gneisen stellen dann Relikte der überlebenden Populationen dar, die sich nach dem LHB über adaptive Radiation erneut auf der Erde ausbreiteten und nach und nach alle verfügbaren Nischen als Lebensraum erschlossen.

Der letzte gemeinsame Vorfahre aller heute lebenden Organismen geht möglicherweise auf diese Rest-Population zurück, die sich nach dem LHB auf der Erde etablierte.

Die Frage ist nun, ob ein so zeitiger Lebensbeginn zugleich bedeutet, dass die Entstehung des Lebens generell eine relativ einfache und unkomplizierte Angelegenheit gewesen ist, die sich notwendigerweise ereignete, sobald die dazu nötigen Grundstoffe und energetischen Rahmenbedingungen vorhanden waren. Oder handelt es sich um einen Auswahleffekt dergestalt, dass Leben generell nur innerhalb eines recht eng begrenzten Zeitfensters entstehen kann, welches sich nur am Beginn einer planetaren Entwicklung öffnet. Im letzten Fall wäre die zeitige Entstehung des Lebens eine notwendige Bedingung, die aus unserem Dasein allein deshalb folgt, da zu einem beliebig späteren Zeitpunkt kein Leben mehr hätte entstehen können.

Nachprüfen kann man hier wenig, da die konkreten Umstände und Bedingungen, unter denen einst das Leben auf der Erde entstand, nicht in Gänze rekonstruiert werden können. Was man aber tun kann, ist, das Zustandekommen der für das Leben notwendigen Grundstoffe zu rekonstruieren, denn hier haben wir es zunächst mit reiner Chemie zu tun und noch nicht mit deren Organisation zu Stoffwechselsystemen.

Das klassische Experiment hierzu wurde Anfang der 1950er Jahre durchgeführt. Die theoretische Vorarbeit wurde von Harold Urey geleistet. Sein Doktorand Stanley Miller veröffentlichte im Mai 1953 die Ergebnisse seiner Experimente. Die Komposition der Gase, die sich aus den Hydriden der Nichtmetalle Kohlenstoff (Methan), Sauerstoff (Wasserdampf) und Stickstoff (Ammoniak) sowie Wasserstoff selber zusammensetzte, entspricht einer Atmosphäre mit stark reduzierenden Eigenschaften. Das vorausgesetzte Modell einer stark reduzierenden Ur-Atmosphäre wurde im Nachhinein kritisiert, weil die atmosphärischen Bedingungen vor etwa 4 Milliarden Jahren offenbar nur schwach reduzierend bis hin zu neutral gewesen sind.

Allerdings hat die “Erste Atmosphäre” einen Vorläufer gehabt, der sich aus stark reduzierenden Gasen zusammensetzte. Diese “Primordialatmosphäre” war jedoch nicht lange stabil, da sich zum einen der Wasserstoff in den Weltraum verflüchtigte und sich zum anderen die beiden Gase Methan und Ammoniak infolge der ungefiltert eintreffenden UV-Strahlung der Sonne mit Wasserdampf zu Kohlenstoffdioxid und molekularem Stickstoff umsetzten. Erst danach war die Atmosphäre durch Kohlenstoffdioxid und Stickstoff dominiert, so dass sie nicht mehr reduzierend war.

Das gesamte Umfeld im Zeitalter des Hadean und Archaean war seit dem Theia-Impakt vielfältigen Umbrüchen unterworfen, die sich auf die chemischen Eigenschaften der Atmosphäre und der Hydrosphäre auswirkten. Somit ergeben sich sowohl lokal wie auch global Variationen, die zugleich auf Art und Umfang der chemischen Synthesen rückkoppelten. Es ist also nicht von der Hand zu weisen, dass die Syntheseprozesse, die zu Monomeren und Polymeren geführt haben – einschließlich der Vielfalt derselben – nur solange effektiv ablaufen konnten, wie der Zustrom von Energie und Material durch Impaktereignisse in relativ rascher Folge anhielt.

Mit dem Eintreten ruhigerer Verhältnisse nach dem LHB ergaben sich größere Kontinuitäten und damit zugleich ein sich verstärkender Trend zu chemischen Gleichgewichtszuständen, die eine Entstehung von chemischen Nichtgleichgewichtszuständen zunehmend unwahrscheinlicher werden ließen. Mit anderen Worten: Nach dem LHB versiegte der Zustrom von reduzierenden Gasen, so dass sich über vulkanische Ausgasungen die Dominanz von Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid sowie Stickstoff in der Atmosphäre einstellte, welche eine spontane Synthese von Monomeren nicht mehr zuließ, da der reduzierende Charakter der Atmosphäre verloren ging.

Potentielle Entstehungsorte für Leben waren fortan nur noch auf hydrothermale Quellen auf dem Festland, in Küstennähe oder auf dem Meeresgrund beschränkt, die jedoch nur einige Zehntausend bis einige Hunderttausend Jahre durchgehend aktiv sind, bevor sie erlöschen und abgetragen werden. Es ist daher plausibler, dass der Zeitraum vor dem LHB, der sich über mehrere Hundert Millionen Jahre erstreckte und immer wieder über Impaktereignisse einen Zustrom von reduzierenden Gasen erfuhr, zugleich der Zeitraum ist, in dem Leben hätte entstehen müssen. Die Alternative einer Lebensentstehung in einem konkreten Hydrothermalfeld innerhalb von etwa 100.000 Jahren nach dem LHB schneidet dagegen eher schlecht ab, zumal die Bedingungen für die Entstehung von Polymeren ungünstiger zu sein scheinen als zuvor vermutet.

Hinzu kommt für den Zeitraum vor dem LHB die im Vergleich zu hydrothermalen Quellen erheblich größere Fläche, die für die Ansammlung, Aufkonzentrierung und Organisation zu Stoffwechselsystemen zur Verfügung gestanden hatte. Küstenregionen von Vulkaninseln mit Flussmündungen und Gezeitenzonen bieten eine chemisch reichhaltige Umgebung, die zudem durch Rhythmik geprägt ist und Austauschmöglichkeiten sowie eine dadurch erhöhte Durchmischungs- und Kombinationsrate zuließ, welche die entstehenden Proto-Organismen mit einem reichhaltigen Chemikalienmix versorgte.

All das scheint plausibel und stimmig zu sein, aber es ist natürlich noch lange nicht naheliegend, dass es auch einst wirklich so abgelaufen ist. Da sich der “Ursprung ins Leben” auf das Zustandekommen der Erblichkeit und damit der Möglichkeit des Generationenwechsels mit mutterzellähnlichen Tochterzellen eingrenzen lässt, aber dieser qualitative Sprung sich aus der Beschaffenheit und Reaktionsweise der zugrundeliegenden Moleküle nicht als notwendige Folge ableiten lässt, bleibt stets eine Unsicherheit darüber bestehen, wann und wo sich die Lebensentstehung tatsächlich einst ereignet hatte.

Die Titelfrage lässt sich folglich nicht abschließend beantworten, aber es gibt Gründe, die dafür sprechen, dass es sich bei der zeitigen Lebensentstehung wohl doch lediglich um einen Auswahleffekt handelt und nicht um ein Argument, welches dafür spricht, dass Leben zwangsläufig entsteht, sobald bestimmte Rahmenbedingungen vorliegen.

Kommentare (118)

  1. […] am 14.09.2017: Link zum Artikel […]

  2. #2 RPGNo1
    14. September 2017

    Ein sehr lesenswerter Artikel.
    Gut gegliedert, mit notwendigen Links versehen und auch für einen Laien mit wenig Vorkenntnissen in der Materie verständlich.
    Zudem konnte ich auch noch etwas lernen, nämlich dass das große Bombardement einen plausiblen Gebutzshelfer des Lebens darstellt. Respekt.

  3. #3 RPGNo1
    14. September 2017

    Grr, es soll natürlich “Geburtshelfer” heißen.
    Wann wird endlich die Korrekturfunktion eingeführt? :(

  4. #4 Herr Senf
    14. September 2017

    Und immer wieder findet man “überrascht” Archaeen.
    Australische Wissenschaftler haben jüngst über 8000 neue Extremophile untersucht und dabei bislang unbekannte 7280 bakterielle und 623 archaische DNK gefunden.
    https://www.nature.com/articles/s41564-017-0012-7
    Grüße Dip

  5. #5 rolak
    14. September 2017

    Ruhig, sachlich, Überblick schaffend. Es fehlt mir zwar der besondere Kick, doch trotzdem hoch einsortiert: ++.

    Das klassische Experiment hierzu

    Ein kleiner Schönheitsfehler sind die teils merkwürdigen Ankertexte, in dem zitierten, auffälligen Beispiel soll ja nicht erklärt werden, was ein Experiment ist, sondern es wird Miller/Urey verlinkt. Und da wäre ‘Das klassische Experiment’ als Anker angemessen.

  6. #6 Alderamin
    14. September 2017

    @Hoffmann

    Schöner Artikel, danke dafür.

    Frage:

    Die Alternative einer Lebensentstehung in einem konkreten Hydrothermalfeld innerhalb von etwa 100.000 Jahren nach dem LHB schneidet dagegen eher schlecht ab

    Woher die Zeitbeschränkung? Bestehen typische Hydrothermalgebiete nicht länger?
    Wie sieht es aus an Grabenbrüchen wie am mittelatlantischen Rücken, die existieren doch über hunderte Millionen Jahre?

  7. #7 Dampier
    14. September 2017

    Mir ist der Text zu Schulbuchmäßig, oder wie ein Referat. Die Aussage habe ich erfasst, aber es war kein Lesevergnügen. Das Kopfkino ist nicht angesprungen.

    Also ganz ok, für mich aber kein Blogartikel. Wieder einmal fehlt mir ein erzählerisches Element.

  8. #8 tomtoo
    14. September 2017

    Sehr informativ , vielen Dank. So eine Zeitstrahlgrafik hätte es mir erleichtert. Die weiterführenden Links, sind dann teilweise doch recht heftig für Laien wie mich. Aber macht ja nix, ist ja nicht jeder so doof wie ich.

  9. #9 Smamap
    14. September 2017

    Als ziemlicher Laie auf dem Gebiet, war mir der Beitrag ab einem gewissen Punkt zu speziell bzw. setzte zuviel voraus bzw. nicht mehr verständlich. Das mag aber durchaus an mir liegen.
    Jedenfalls lag er (für mich) um Etliches über der Verständlichkeit, die ich in diesem Blog gewohnt bin.
    Trotzdem Dank dafür – grob hab ich es begriffen.

  10. #10 Tina_HH
    14. September 2017

    Mir hat der Artikel gefallen, weil er sehr fundiert sehr viele Informationen liefert und mit den vielen Links noch jede Menge weitere Informationsquellen hinzufügt. Insofern bietet er eine sehr gute Übersicht über das Thema und ermöglicht bei Interesse eine weitere Vertiefung.
    Allerdings musste ich mich beim Lesen schon sehr konzentrieren und einige Passagen mehrmals lesen. Ein wenig Auflockerung an der ein oder anderen Stelle hätte hier ganz gut getan, ein mehr erzählerischer Stil sicher auch. Dennoch finde ich den Beitrag insgesamt wertvoll und das Thema ist sowieso extrem spannend.

  11. #11 Lercherl
    14. September 2017

    Ich schließe mich Dampier und rolak an: eine solide Arbeit, aber recht nüchtern und trocken. Für einen Blogartikel hätte er noch etwas laientauglicher sein können: Es werden Unmengen an Fachbegriffen verwendet. Es ist zwar lobenswert, dass etliche davon verlinkt sind, aber bei weitem nicht alle, wie z.B. Hadean und Archaean (heißt auf deutsch übrigens Hadaikum und Archaikum). Late Heavy Bombardment hätte unbedingt einmal ausgeschrieben im Artikel stehen sollen, nicht nur verlinkt – nicht erklärte Abkürzungen senken die Lesbarkeit enorm. Bei einem Absatz wie

    Nimmt man als Begrenzung die ältesten Zirkone (4,4 Milliarden Jahre) und die ältesten Kohlenstoff-Isotop-Verschiebungen (4,1 Milliarden Jahre), ergibt sich ein Zeitfenster von ca. 300 Millionen Jahren, in dem Leben entstand und sich so weit ausbreitete, dass es das nachfolgende LHB infolge vorhandener Biodiversität in den thermophilen Nischen hydrothermaler Quellen überstehen konnte.

    steigt man wohl bald aus, wenn man von Zirkonen, Kohlenstoff-Isotopen und thermophilen Nischen noch nichts gehört hat.

    Als äußerste Grenze muss die Kollision der Urerde mit dem hypothetischen Protoplaneten Theia angesehen werden, bei der der heutige Erdmond entstand. Diese Kollision ereignete sich vor ca. 4,527 Milliarden Jahren.

    Dieser Absatz ist in sich widersprüchlich. Erst wird Theia als hypothetisch bezeichnet, und dann die Kollision als Tatsache mit einem exakten Zeitpunkt. Wenn eine Zahl auf vier signifikante Stellen angegeben wird, passt die Qualifikation “circa” nicht so ganz, auch wenn die letzte Stelle immer noch einer Million Jahren entspricht.

  12. #12 Ambi Valent
    14. September 2017

    Wäre also die Aussage des Beitrags, dass nach dem LHB kein Leben mehr entstehen könnte? Dann würde das bedeuten, dass es davon abhängt, dass die Bildung des äußeren Sonnensystems noch nicht abgeschlossen war, als sich die Erde samt flüssigem Wasser fertig gebildet hatte, oder verstehe ich das falsch?

  13. #13 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ Herr Senf:

    Danke für den Link. Diesen Artikel kannte ich noch nicht.

    @ rolak:

    Ja, das mit den Ankertexten hatte ich nicht so gesehen. Danke für den Hinweis. Beim nächsten Mal werde ich darauf besser achten.

    @ Alderamin:

    Woher die Zeitbeschränkung?

    Ich hatte mich dazu über die typischen Lebensdauern von Schloten informiert. Im verlinkten Wikipedia-Artikel zu Hydrothermalen Schloten findet sich diese Zeitangabe bezüglich der Lost-City-Quelle:

    “Die Isotopen-Werte von Strontium, Kohlenstoff und Sauerstoff sowie Radiokarbon-Datierungen belegen eine mindestens 30.000-jährige hydrothermale Aktivität in Lost City, womit es um mindestens zwei Größenordnungen älter ist, als die bisher bekannten Schwarzen Raucher.”

    Da es verschiedene Modelle gibt, bei denen solche Quellen eine zentrale Rolle spielen, kann man dann auch nur konkrete Quellen und deren Lebensdauer berücksichtigen. In jeder konkreten Quelle laufen die Prozesse, die zu Protozellen führen stets von Neuem ab, da die Stoffwechselsysteme, die in einem konkreten Schlot herangewachsen sind, bei dessen Zerfall mit kollabieren.

    Die Riftzonen bestehen zwar über längere Zeit, so dass immer wieder von Neuem hydrothermale Quellen entstehen, aber die “alten” Quellen können das, was in ihnen entstanden ist, nicht an die neuen Quellen weiterreichen, weil die Stoffwechselsysteme gewissermaßen in den Bubbles fixiert sind und mit ihnen untergehen.

    @ Dampier:

    Mir ist der Text zu Schulbuchmäßig, oder wie ein Referat.

    Na gut, über Geschmack kann man streiten. Ich fasse das so auf, dass das die Risiken und Nebenwirkungen der längeren Ausübung meines Berufes sind … 😉

  14. #14 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ Tina:

    Ein wenig Auflockerung an der ein oder anderen Stelle hätte hier ganz gut getan, ein mehr erzählerischer Stil sicher auch.

    O.K., den Hinweis merke ich mir für das nächste Mal. Danke für die Kritik. :)

    @ Lercherl:

    Hadean und Archaean (heißt auf deutsch übrigens Hadaikum und Archaikum)

    Ja, da war ich wohl noch im Englischen … sorry! – äh, Entschuldigung.

    Erst wird Theia als hypothetisch bezeichnet, und dann die Kollision als Tatsache mit einem exakten Zeitpunkt.

    Na ja, Theia ist tatsächlich nur ein hypothetischer Protoplanet, weil wir ja keinen Nachweis darüber haben, dass er tatsächlich existiert hat. Im Rahmen der Kollisionstheorie spielt er eine zentrale Rolle, aber eben nicht als gesicherter Fakt, sondern als hypothetisch vorausgesetzter Bestandteil dieser Theorie:

    https://de.wikipedia.org/wiki/Theia_(Protoplanet)

    Wenn eine Zahl auf vier signifikante Stellen angegeben wird, passt die Qualifikation “circa” nicht so ganz, auch wenn die letzte Stelle immer noch einer Million Jahren entspricht.

    Auch diesen Wert habe ich in der Wikipedia unter dem Stichwort “Entstehung des Mondes” gefunden:

    “Das Alter des Mondes wurde im November 2005 in einer gesteinsanalytischen Untersuchung von Wissenschaftlern der ETH Zürich sowie der Universitäten Köln, Münster und Oxford durch eine radiometrische Datierung anhand von Wolfram-182 (das aus Hafnium-182 durch β−-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 9 Millionen Jahren entsteht) auf 4,527 Milliarden Jahre (± 0,01) bestimmt.”

    @ Ambi Valent:

    Dann würde das bedeuten, dass es davon abhängt, dass die Bildung des äußeren Sonnensystems noch nicht abgeschlossen war, als sich die Erde samt flüssigem Wasser fertig gebildet hatte, oder verstehe ich das falsch?

    Nein, das verstehst Du nicht falsch. Die Erde hatte schon flüssiges Wasser, bevor Uranus und Neptun – gemäß des Nice-Modells) ihre Plätze tauschten und dadurch das LHB auslösten.

  15. #15 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ Ambi Valent:

    Da mein längerer Kommentar noch moderiert wird, noch eine Nachbemerkung: Die Erde hatte schon flüssiges Wasser, bevor das LHB ausgelöst wurde, aber die Abhängigkeit in Bezug auf die Entstehung des Lebens ist allenfalls insofern vorhanden, dass über Kometen, Asteroiden usw. noch reduzierende Gase nachgeliefert werden müssen, da anderenfalls die Atmosphäre schnell ihren reduzierenden Charakter verliert und die Miller-Urey-Synthesen über die Atmosphäre ausbleiben.

    Die Erdoberfläche wird dann nicht mehr schnell genug mit Nachschub an diversen organischen Verbindungen über Niederschläge versorgt, so dass auch hier die Entropiezunahme eine Zersetzung der bislang gebildeten Stoffe nach sich zieht.

    Das LHB hatte wahrscheinlich lediglich einen evolutionären Flaschenhals zur Folge, bei dem die hyperthermophilen Archaeen und Bakterien übrig blieben, die sich dann durch adaptive Radiation später ausbreiteten und die frei gewordenen Nischen neu erschlossen.

  16. #16 rolak
    14. September 2017

    unbedingt einmal ausgeschrieben

    Nuja, Lercherl, auch wenn ein MausInterface wie hier mittlerweile geradezu gleichzeitig antiquiert und priviligiert sein mag: beim hover-over ist die Langfassung einwandfrei zu lesen – sogar schon übersetzt.
    Aber zugegeben, es hat bei mir auch einen Moment gedauert, bis der Erstauftritt per scroll gefunden war. Einfach suchen wäre einfacher gewesen.

  17. #17 Dampier
    14. September 2017

    @Hoffmann

    Na gut, über Geschmack kann man streiten.

    Klar :] Ein spannendes Thema ist es allemal. Sachlich/fachlich hab ich auch nichts zu meckern.

    Nur eine Sache habe ich nicht verstanden:

    reduzierende Gase/Atmosphäre

    Was genau ist das?

  18. #18 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ Dampier:

    Reduzierende Gase bewirken in Redoxreaktionen, dass die Oxydationszahl des Reaktionspartners vermindert (reduziert) wird. Beispiel: Methan und Sauerstoff

    Methan = CH4 – Oxydationszahl von Kohlenstoff hier -4

    Sauerstoff = O2 – Oxydationszahl von Sauerstoff hier +/-0 (weil als Element vorliegend)

    Reaktion: CH4 + O2 –> C + 2H2O

    Kohlenstoff hat jetzt als Element die Oxydationszahl +/-0 – die Oxydationszahl hat sich erhöht – Kohlenstoff wurde oxydiert.

    Sauerstoff hat jetzt die Oxydationszahl -2 – die Oxydationszahl wurde also reduziert.

    Methan wirkte also auf Sauerstoff reduzierend und Sauerstoff auf Methan oxydierend.

    Jetzt klar?

  19. #19 tomtoo
    14. September 2017

    Was ich auch nicht ganz verstehe, angenommen das Leben wäre unter Wasser entstanden, welchen Einfluss hätte dann eine mehr oder weniger reduzierende Atmosphäre ?

  20. #20 irma
    14. September 2017

    Sicher mit viel Mühe geschrieben – aber für mich kein Blog-Artikel, sondern eher ein Paper unter Kollegen, die bereits sehr viel Ahnung von der Materie haben.
    Ich weiss immer noch icht, wer oder was wen “reduziert”??
    Die Sprache finde ich doch sehr gestelzt!

    …dass es das nachfolgende LHB infolge vorhandener Biodiversität in den thermophilen Nischen hydrothermaler Quellen überstehen konnte.

    Toller Text – aber etwas übers Ziel hinaus…

  21. #21 RPGNo1
    14. September 2017

    @Hoffmann

    Ich fasse das so auf, dass das die Risiken und Nebenwirkungen der längeren Ausübung meines Berufes sind …

    Ich bemerke gerade: Wenn man einen (pensionierten) Lehrer als Vater hat, dann empfindet man den Text gar nicht so als schulbuchmäßig oder Referat. Scheint ein Gewohnheitsrisiko zu sein. 😀

  22. #22 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ irma:

    Die Sprache finde ich doch sehr gestelzt!

    Ja, im Nachhinein kann ich das durchaus nachvollziehen. Zunächst war der Text mal eine kurze Notiz zu einem Gedanken, der mir spontan gekommen war. Später habe ich dann das Drumherum entworfen, inklusive Links und weiterer Recherchen.

    Der Anfangsteil fiel dabei irgendwann aus dem Aufmerksamkeitsfokus heraus, so dass ich ihn belassen habe, wie er war. Na gut, damit muss ich jetzt leben, aber wenn Dir etwas unklar ist, kannst Du natürlich jederzeit nachfragen. :)

    Ich weiss immer noch nicht, wer oder was wen “reduziert”??

    Ich hatte das in meiner Antwort an @Dampier anhand von Methan und Sauerstoff versucht, darzustellen. Jedes chemische Element hat zunächst die Oxydationszahl Null. Wenn chemische Elemente Verbindungen eingehen, ziehen sie entweder vom anderen Element Elektronen aus der Atomhülle ab oder sie geben Elektronen an die Atomhülle des anderen Elements ab.

    Wenn ein Element Elektronen aufnimmt, sinkt dessen Oxydationszahl in den negativen Bereich. Sauerstoff hat z.B. in Verbindungen immer die Oxydationszahl -2 – es wird folglich immer reduziert, weil es zwei Elektronen aufnimmt.

    Im Gegenzug geben andere Elemente Elektronen an Sauerstoff ab. Wasserstoff z.B. hat nur ein Elektron. In der Bindung mit Sauerstoff gibt es dieses Elektron ab und erhöht auf diese Weise seine Oxydationszahl auf +1 – weil nun nur noch das positiv geladene Proton übrig bleibt. Wasserstoff wird also durch Sauerstoff oxydiert, weil dessen Oxydationszahl steigt.

    Jetzt verständlicher?

  23. #23 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ tomtoo:

    Ein längerer Kommentar von mir ist im Nirvana verschwunden. Wenn er bis heute Abend nicht doch noch einmal aus der Versenkung verschwindet, poste ich ihn noch einmal neu.

  24. #24 tomtoo
    14. September 2017

    @Hoffman
    Vielen Dank. Das mit dem Nirvana hier ist immer so eine Sache. So ganz verstanden hab ich’s noch nicht. Mache immer eine Copy vor dem Abschicken. Weil wenns in der Mod. landet , bekommt man ja eine Info.

  25. #25 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ tomtoo:

    Ja, eine Kopie habe ich noch einmal gespeichert, aber beim Versuch, den Post nochmal abzuschicken, kam die Meldung, dass es sich um einen Doppelpost handeln würde. Darum warte ich erst mal ab, ob sich da vielleicht doch noch etwas tut.

  26. #26 tomtoo
    14. September 2017

    @Hoffmann
    So ne Art von Nirvana hat mich bis jetzt hier noch nicht erwischt. WordPress erscheint Forschungspotential zu enthalten. ; )

  27. #27 Hoffmann
    14. September 2017

    @ tomtoo:

    Ein weiterer Kommentar an @irma wird übrigens noch moderiert, aber da weiß ich wenigstens über den Verbleib bescheid. Die “Nirvana-Erfahrung” hatte ich vor einem Jahr anlässlich des letzten Schreibwettbewerbs schon einmal erlebt. Darum weiß ich, dass der Beitrag nicht einfach so weg ist, sondern sich noch irgendwo im Filter befindet, von wo aus Florian ihn dann freischalten kann. Also warten wir es mal ab … :)

  28. #28 Mirko
    14. September 2017

    Toller Artikel, ich kannte grob die Fakten, aber nicht in dieser Tiefe. Also was gelernt!

    Ich kann die Kritiken nicht verstehen, bei FF kritisiert Ihr doch auch nie den Stil und verglichen mit ihm sind wir (wohl fast) alle Blogamateure. Mein Beitrag jedenfalls wird nicht diese Qualität haben, könnt Ihr dann ja gleich ignorieren…

  29. #29 Dampier
    14. September 2017

    @Mirko

    (Ich spreche hier natürlich nur für mich, nicht für alle, die du mit “ihr” ansprichst.)

    bei FF kritisiert Ihr doch auch nie den Stil

    Ich gebe zu, ich bin ein großer Fan von Florians Schreibstil. Gerade weil er gut erzählen kann. Und weil er den unbedarften Leser dort abholt wo er steht, und einen auch bei komplexen Sachverhalten nie überfordert.

    Das soll aber nicht heißen, dass ich jetzt alle Wettbewerbsartikel an Florian messe – sondern daran, was ich gern lese (ok, die Schnittmenge ist groß …). Das kann aber auch stilistisch völlig anders sein. Dies hier war mir halt zu trocken.

    Ich kann die Kritiken nicht verstehen

    Ich frag mich immer, wie ich mit Artikeln umgehen soll, die mir nicht so gefallen. Ich sehe 3 Möglichkeiten:

    1. Ehrliche Kritik üben (natürlich höflich und konstruktiv)
    2. Unehrliches Lob
    3. Gar nichts schreiben

    Und da tendier ich halt meist zu 1 (ersatzweise 3). Das muss in einem Wettbewerb auch drin sein, wenn man sich bewusst der Kritik der Leserschaft stellt.

    Mein Beitrag jedenfalls wird nicht diese Qualität haben, könnt Ihr dann ja gleich ignorieren…

    Qualität von Texten ist schwer zu messen. Vielleicht hat dein Artikel ja Charme und Witz, oder er kommt von Herzen, oder gefällt mir/uns auf die ein oder andere überraschende Weise … also abwarten :))

  30. #30 Hoffmann
    14. September 2017

    @ Dampier u.a.:

    Für ehrliche Kritik bin ich stets aufgeschlossen. :)

  31. #31 Hoffmann
    14. September 2017

    @ Dampier u.a.:

    Für ehrliche Kritik bin ich immer aufgeschlossen.

  32. #32 irma
    14. September 2017

    @Dampier#27: deine 3 Möglichkeiten bin ich auch immer am Durchdenken! Entscheide mich meist für 3. – Blogartikel 2 war mir zB “tldr” – soll/ darf man sowas schreiben?

    Schwierig!

    Die Leute haben sich sicherlich (oft eben im Rahmen ihrer Möglichkeiten) Mühe gegeben.
    Das ist doch auch was wert.

    Ich fürchte, viele werden sich an FFs Schreibstil orientieren …. wir wären hier nicht so viele, wenn er es nicht aussergewöhnlich gut machen würde – denn das tut er! Selbst auf den ScienceBlogs sticht er hervor!

    Davon ab – es sollen “Blog-Artikel” bewertet werden – und zum “bloggen” gehört halt auch eine einfache, sich selbst erklärende Sprache – resp. die “Erklärungen” dahinter.
    Die fehlen mir tatsächlich in diesem Artikel.

    Und trotz #18 habe ich immer noch keine Idee, was es mit “Reduzierung” auf sich hat…

  33. #33 Tina_HH
    14. September 2017

    Es ist in der Tat auch für Leser/innen und Kommentator/innen nicht immer ganz einfach. Ich habe gerade überlegt, wie ich in der Vergangenheit mit Artikeln umgegangen bin, die mir nicht so gut gefallen haben. Manchmal habe ich nichts geschrieben, meist dann, wenn mir nichts dazu eingefallen ist oder ich eher gelangweilt war (oder einfach keine Zeit hatte).
    Bei einigen (eher wenigen) Artikeln schreib ich dann auch schon mal etwas deutlicher, was mir missfällt, möchte aber natürlich niemanden verletzen – ob mir das immer gelingt, weiß ich nicht.
    Konstruktive Kritik ist logischerweise immer die beste Kritik. Allerdings kann es auch schon mal vorkommen, dass ich von einem Text ein wenig genervt bin und, naja, man ist eben nicht perfekt…
    (Wenn der Artikel gefällt, ist es natürlich einfach, zu schreiben, dass man ihn gut fand.)
    Prinzipiell finde ich den Blogschreibwettbewerb jedoch klasse und es ist ganz schon mutig, wenn Autoren, die sowas vorher noch nie gemacht haben, mit ihrem Text an die Öffentlichkeit gehen. Allein für diesen Mut und die Mühe, die sie sich gemacht haben, gebührt ihnen allen Dank!

  34. #34 tomtoo
    14. September 2017

    Ich fands gut , ok sehr gerade ,aber informativ. Ich mag sowas. Ich meine für den Schreiber ist es ja nicht einfach das Level des Leser abzuschätzen. Würde man es wie Essen betrachten, würde ich von meinem Standtpunkt sagen: Heftig deftig , nicht verspielt.

  35. #35 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ irma:

    Tut mir Leid, dass Du meinen Kommentar noch nicht lesen konntest, der noch in der Moderation hängt. Ich stelle den teil, der sich mit der Erklärung der Reduzierung befasst, deshalb noch einmal extra hier rein:

    Wie ich bereits an @ Dampier schrieb, betrifft das die Oxydationszahlen der an einer Reaktion beteiligten Elemente.

    Jedes chemische Element hat für sich genommen zunächst die Oxydationszahl Null, weil die elektrischen Ladungen in einem Atom ausgeglichen sind.

    Wenn ein chemisches Element mit einem anderen eine chemische Bindung eingeht, werden entweder Elektronen abgegeben oder Elektronen aufgenommen.

    Das Element, welches Elektronen abgibt, erfährt eine Veränderung der Ladung ins Positive, weil jetzt die Protonen (mit positiver Ladung) im Atomkern in der Überzahl sind.

    Das Element, welches Elektronen aufnimmt, erfährt eine Veränderung der Ladung ins Negative, weil jetzt die Elektronen (mit negativer Ladung) in der Atomhülle in der Überzahl sind.

    Nehmen wir als Beispiel Wasser. Sauerstoff nimmt von den beiden Wasserstoffatomen jeweils ein Elektron auf und baut es in seine Atomhülle ein. Die Oxydationszahl von Sauerstoff beträgt jetzt -2 . Sie wurde von Null auf minus 2 reduziert. Wasserstoff wirkte also reduzierend auf Sauerstoff.

    Wasserstoff hat sein einziges Elektron abgegeben und hat jetzt eine Oxydationszahl von +1 . Sie wurde von Null auf plus 1 erhöht. Sauerstoff hat Wasserstoff also oxydiert, weil die Oxydationszahl angestiegen ist.

    Reduzierung hat also etwas mit der Oxydationszahl der an Reaktionen beteiligten chemischen Elemente zu tun.

    Im Beispiel von #18 ging es um die Oxydation von Methan zu elementarem Kohlenstoff. Dort stieg die Oxydationszahl von minus 4 auf Null an. Methan hingegen hat den Sauerstoff auf minus 2 reduziert. Also wirkt Methan als Reduktionsmittel und ist deshalb ein reduzierendes Gas.

    Ist es jetzt verständlicher geworden?

  36. #36 Azira
    14. September 2017

    Mir gefällt der Artikel, ok, ein Bild mehr hätte ihn aufgelockert, aber da ich unter der gleichen “Schwäche“ leide wie RPGNo1 – Lehrer in der Familie – ist dies für mich nicht abträglich. Ich wünschte mir jedoch eine genauere Erklärung, warum das Leben eher nicht an schwarzen Rauchern entstand. Mein Elan, mich durch 57 Seiten englische Publikation zu quälen, ist doch eher gering. Aber das ist rein persönlich und tut der hohen Qualität keinen Abbruch.

  37. #37 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ tomtoo:

    Auch weitere Versuche, meinen Beitrag in Dich nun doch noch zu posten, sind erfolglos geblieben. Auch eine Stückelung hat nichts bewirkt. Ich weiß auch nicht, welche Buchstabenkombination das Verschwinden ins Nirvana ausgelöst hat, so dass ich – wenn Florian heute nicht mehr dazu kommen sollte, den Kommentar freizuschalten – Dich auf morgen vertrösten muss.

    Schade, aber leider nicht zu ändern …

  38. #38 rolak
    14. September 2017

    vertrösten

    Notfalls kannst Du auch den Text irgendwohin hochladen und hier nur verlinken, Hoffmann.

  39. #39 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ Azira:

    Ich wünschte mir jedoch eine genauere Erklärung, warum das Leben eher nicht an schwarzen Rauchern entstand.

    Schwarze Raucher haben nur eine kurze Lebensdauer. Sie zerfallen bereits nach wenigen Jahrzehnten, so dass darin nicht viel in Richtung Biogenese ablaufen kann. Die sogenannten “Lost-City-Hydrothermalfelder” sind da interessanter, weil langlebiger, aber eben dennoch nur begrenzt in Dauer und Ausdehnung.

    Wichtige Vorstufen können sich zwar im Innern dieser Schlote bilden – neben diversen organischen Verbindungen auch Vesikel in den Gesteinsporen – aber es ist eben aufgrund der Begrenztheit zugleich auch unwahrscheinlicher, dass hier voll funktionsfähige Zellen entstehen können.

    Eine globale Verfügbarkeit von organischen Verbindungen in Zusammenhang mit vulkanischen Aktivitäten, Gezeitenzonen mit wechselnden Trocken- und Nass-Perioden sowie verschiedenen katalytisch wirksamen mineralischen Oberflächen, Tonen usw. über mehrere Millionen bis mehrere Hundert Millionen Jahre hinweg bietet ein reichhaltigeres Fundament, auf dem sich etwas Komplexeres entwickeln kann.

    Im letzten Link meines Artikels geht es um die Entstehung und Stabilität von Thiolen, die für die Verknüpfung von Aminosäuren zu Peptiden benötigt werden. Hier deuten aktuellere Befunde auf eine schlechte Verfügbarkeit von Thiolen hin, was zugleich bedeutet, dass die Verknüpfung zu Peptiden erheblich erschwert ist – und damit die weitere Entwicklung zu komplexeren Strukturen gebremst ist.

    Auf der Erdoberfläche waren reduzierende und reaktive Schwefelverbindungen vorhanden – neben anderen Möglichkeiten der Verkettung von Aminosäuren, wie z.B. das schon erwähnte periodische Trockenfallen von Uferregionen während der Gezeiten.

  40. #40 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ Azira:

    Ich wünschte mir jedoch eine genauere Erklärung, warum das Leben eher nicht an schwarzen Rauchern entstand.

    Dazu hatte ich gerade einen längeren Post verfasst und abgeschickt – mit dem Resultat, dass er hier nicht angekommen ist und auch nicht in der Moderation hängt. Vielleicht morgen noch mal, aber jetzt mag ich nicht noch einmal …

  41. #41 Hoffmann
    14. September 2017

    Komisch, jetzt erscheint mein voriger Kommentar … ???

  42. #42 Martin
    14. September 2017

    Diesen Text werde ich meiner Sammlung von Texten zum Thema “Entstehung des Lebens” nicht beifügen, denn diese enthält bereits viel informativere Erklärungsversuche. Einer der besten ist: “Wie LUCA, die Urzelle des Lebens, enstand”, von Oliver Mühlemann, UniPress 157/2013, Seite 13, zu finden unter https://media.unibe.ch/public/Unipress/157/index.html

  43. #43 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    @ rolak:

    Dann verlinke ich auf meinen Blog, wo ich meinen Artikel heute auch freigeschaltet habe:

    https://toteweltenreloaded.wordpress.com/2017/08/02/entsteht-leben-einfach/

    Mein Post ist dort als Kommentar beigefügt.

  44. #44 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    14. September 2017

    Diesen Text werde ich meiner Sammlung von Texten zum Thema “Entstehung des Lebens” nicht beifügen

    Jeder kann so handeln, wie es ihm beliebt. Ich nehme das mal unkommentiert so zur Kenntnis.

  45. #45 Cornelia S. Gliem
    14. September 2017

    Bissl trocken – halte gerade in Blogs – was narratives ganz …pädagogisch; aber der Artikel ist recht informativ und das Thema liebe ich sowieso.
    Interessant die Bestätigung dass das bombardement oft erst leben anstößt.

  46. #46 Azira
    14. September 2017

    @ Hoffmann
    Danke für die Erklärung! Dies sollte auch mal in populärwissenschaftlichen TV-Sendungen aufgenommen werden.

  47. #47 Stephan
    14. September 2017

    Toller Artikel, alles wurde logisch und verständlich dargelegt, hat meinen Horizont erweitert.
    Dieser Fehler darf (nicht nur) einem Lehrer allerdings nicht unterlaufen: “Der Zeitpunkt, wo….”.

  48. #48 awmrkl
    14. September 2017

    @Martin

    Diese von Dir genannte website wird von Firefox abgelehnt:

    “Your connection is not secure

    The owner of media.unibe.ch has configured their website improperly. To protect your information from being stolen, Firefox has not connected to this website.

    media.unibe.ch uses an invalid security certificate.

    The certificate is not trusted because the issuer certificate is unknown.
    The server might not be sending the appropriate intermediate certificates.
    An additional root certificate may need to be imported.

    Error code: SEC_ERROR_UNKNOWN_ISSUER”

  49. #49 awmrkl
    14. September 2017

    @Martin

    Dieser von Dir genannte Link wird von Firefox abgelehnt (anscheinend fehlendes/fehlerhaftes Zertifikat)

    Aber als “http:” geht es.

    Ist aber nicht gerade ein Blogbeitrag, enthält keine Belege, und ist online schwer zu lesen.

  50. #50 Lercherl
    14. September 2017

    @Mirko

    Ich kann die Kritiken nicht verstehen, bei FF kritisiert Ihr doch auch nie den Stil

    Das ist wohl die Idee des Wettbewerbs, dass man Kritiken bekommt … Kritik als solche ist ja nichts Negatives. Selbst wenn Kritik manchmal ungerechtfertigt und vielleicht übermäßig streng ist – soll ja auch ein Lerneffekt sein, wie man mit solchen Kritiken umgeht.

  51. #51 Alderamin
    14. September 2017

    @Hoffmann

    Die Frage um die reduzierende Atmosphäre dürfte sich auch darum drehen, warum es zur Entstehung des Lebens einer solchen bedurfte. Heute beziehen die meisten Organismen ihre Energie ja bekanntlich aus der Verbrennung (Oxidation) von Kohlenwasserstoffen (Kohlehydrate!) zu Kohlendioxid und Wasser, weil es Sauerstoff in großer Menge in unserer oxidierenden Atmosphäre gibt. Ich nehme an, da es in der frühen Atmosphäre keinen freien Sauerstoff, sondern reduzierenden Wasserstoff und Methan gab, waren Reduktionsreaktionen die Energiequelle, aus der frühes Leben schöpfen konnte. Ist das korrekt? Oder gibt es andere Gründe für die Notwendigkeit einer reduzierenden Atmosphäre bei der Entstehung von Leben?

  52. #52 rolak
    15. September 2017

    kritisiert Ihr doch auch nie

    Gefühlt mehr als die halbe Weltbevölkerung hat schon ‘das/dass/daß’ sowie Kommasetzung und Tippfehler als nicht hinnehmbar gebrandmarkt, Mirko. Einerseits ist daß, Nur klimperkram, andrerseits geht es hier ausdrücklich um Art und Weise des Beitrags.

  53. #53 tomtoo
    15. September 2017

    @Hoffman
    Danke dir für die Mühe mit der Beantwortung meiner Frage. Jetzt hab ich’s a kapiert.

  54. #54 RPGNo1
    15. September 2017

    Vielleicht helfen diese Links zu anaeroben einzelligen Organismen und der Sauerstoffkatastrophe weiter, die Geschichte der reduzierenden Atmosphäre besser zu verstehen?
    https://de.wikipedia.org/wiki/Anaerobie
    https://de.wikipedia.org/wiki/Gro%C3%9Fe_Sauerstoffkatastrophe

  55. #55 irma
    15. September 2017

    @Hoffmann #35 Danke für die Erklärung! Da haben sich wohl Kommentare überschnitten….
    Aber hättest du eine solche Erklärung nicht vielleicht im Artikel unterbringen können?

  56. #56 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    15. September 2017

    @ irma:

    hättest du eine solche Erklärung nicht vielleicht im Artikel unterbringen können?

    Prinzipiell schon – für das nächste Mal werde ich mir darüber auch Gedanken machen – aber dann wäre der Artikel sehr lang und sehr ausführlich geworden und eventuell dann doch etwas ermüdend, wenn man mehr in die Tiefe gehen möchte.

    Ich halte deshalb die Kommentarleiste für einen wichtigen Bestandteil solcher Artikel, weil dann Unklarheiten angesprochen und im Rahmen einer Diskussion geklärt und für Mitlesende als Zusatzinformation nachvollziehbar werden.

    Die beigefügten Verlinkungen sollen dazu anregen, sich selber vertiefend zum Thema kundig zu machen. Eventuell habe ich die Messlatte etwas hoch angesetzt – für manche vielleicht etwas zu hoch – aber das sollte niemanden abschrecken, nachzufragen.

    Ein pädagogischer Grundsatz lautet: Fördern durch Fordern. Nun will ich nicht die Mitlesenden zu meiner Schülergruppe erklären, aber das Prinzip, das über diesen Grundsatz ausgedrückt wird, läuft darauf hinaus, dass man sich nicht mit einfachen und möglichst breit vorgedachten Erklärungen zufrieden geben sollte, sondern sich auch an komplexere und schwierigere Sachverhalte heranwagen sollte, um sich weiterzuentwickeln.

    Mein Artikel sollte u.a. auch dazu anregen, sich auf eigene Faust auf die Suche nach einem vertieften Verständnis der Sachverhalte zu begeben. Darin sehe ich den Sinn von populärwissenschaftlichen Texten. Anderenfalls würde es ja genügen, sich auf das Abtippen von Lehrbuchtexten oder Lexikonartikeln zu beschränken. Der Effekt wäre dann allerdings ebenfalls reichlich beschränkt …

  57. #57 tomtoo
    15. September 2017

    Ich sag ja immer die Pfützen oder die Raucher Theorie. Schade das macht Leben auf zb. Enceladus wieder unwahrscheinlicher oder ?

  58. #58 Alderamin
    15. September 2017

    Es müssen ja auch nicht alle Artikel exakt die gleiche Zielgruppe ansprechen. Martin Bäkers Artikel sind z.B. perfekt für Physik-Studierende geeignet, hingegen für vollkommen MINT-Unbeleckte wohl größtenteils deutlich zu schwere Kost. Und das ist völlig ok! Im TV läuft ja praktisch nichts Wissenschatliches mehr, das mich nicht zu Tode langweilt. Gerade das Internet bietet die Möglichkeit, für jedes Zielpublikum etwas anzubieten.

  59. #59 tomtoo
    15. September 2017

    Das sehe ich wie @Alderamin. Mich durch 50 Seiten “advanced biochemistry” durchzuwursteln, würde für mich keinen Sinn ergeben. Für andere evtl. schon.

  60. #60 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    15. September 2017

    @ Alderamin:

    Da mein längerer Kommentar wieder mal im Nirvana gelandet ist und ein erneuter Versuch mir den Hinweis auf einen Doppelpost anzeigte, muss ich wieder auf den Kommentarteil in meinem Blog verweisen, wo Du meine Antwort auf #51 nachlesen kannst:

    https://toteweltenreloaded.wordpress.com/2017/08/02/entsteht-leben-einfach/comment-page-1/#comment-3

  61. #61 Hoffmann
    15. September 2017

    @ tomtoo:

    Schade das macht Leben auf zb. Enceladus wieder unwahrscheinlicher oder ?

    Ich vermute, dass das so sein wird. Aber sicher können wir uns erst sein, wenn wir dort nachgesehen haben. Leider wird es bis dahin noch recht lange dauern …

  62. #62 Hoffmann
    15. September 2017

    @ Alderamin:

    Im TV läuft ja praktisch nichts Wissenschatliches mehr, das mich nicht zu Tode langweilt.

    Ja, das geht mir genauso. Deshalb ist für mich die erste Anlaufstelle bei aktuellen wissenschaftlichen Meldungen das Portal “Scienceblogs” geworden. Die Online-Portale der Printmedien (Spiegel, Focus, Zeit u.a.) sind mir meist zu oberflächlich und manchmal auch z.T. verfälschend. Na ja, und dass Florian hier einen tollen Job macht, bedarf eigentlich nicht eigens der Hervorhebung … :)

  63. #63 Alderamin
    15. September 2017

    @Hoffmann

    Danke für die Antwort in Deinem Blog. Die Photosynthese der Pflanzen hatte ich mal ausgeklammert, die wurde ja erst viel später “erfunden”.

    Was Enceladus betrifft: ich denke, innerhalb der nächsten 20 bis 30 Jahre wird man eine Sonde zum Saturn schicken, die durch die Wasserfontänen von Enceladus fliegt und die Wassertröpfchen auf Kohlenwasserstoffe hin analysiert. Dann werden wir mehr wissen.

    Vorher wird das erfreulicherweise schon beim Jupitermond Europa passieren, der anscheinend auch solche Fontänen besitzt:

    If any plumes are discovered, the Clipper almost certainly would be retargeted to fly through them. The MASPEX and SUDA mass spectrometers would then be able to directly sample and analyze the composition of Europa’s subsurface water.

    Wir dürfen gespannt sein.

  64. #64 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    15. September 2017

    @ Alderamin:

    Die Photosynthese ist ja nur ein Weg, um energiereiche Verbindungen herzustellen. Das Prinzip, über Wasserspaltung ein Energiegefälle zu erzeugen, um es für diverse Syntheseschritte zu nutzen, klappt ja auch mit anderen Stoffen und dürfte auf abiotische Vorstufen zurückgehen, wo metallbindende Komplexe unter Energieeinwirkung ebenfalls Energiegefälle erzeugt hatten. Die späteren Organismen haben sich dieser Pigmente bedient, indem sie sie in den Gesamtstoffwechsel eingebaut haben.

    Relikte älterer Varianten der Photosynthese sind diejenigen, die ohne Wasser als Reduktionsmittelquelle auskommen und als Elektronenakzeptor einen Eisen-Schwefel-Cluster nutzen, der in einem Eisen-Schwefel-Protein integriert ist. Diese Eisen-Schwefel-Proteine wiederum verweisen darauf, dass solche photosynthetischen Reaktionen ursprünglich auf mineralischen Oberflächen entstanden sind.

    Die beteiligten Proteine imitieren gewissermaßen den mineralischen Untergrund, auf dem zuvor die wichtigsten Stoffwechselreaktionen abgelaufen sind. Mit dem Entstehen dieser Proteine waren die mineralischen Untergründe auch im Zellinneren verfügbar, so dass die notwendigen Synthesen auch im Zellinnenraum ablaufen konnten, der von einer Membran umschlossen wurde. Zuvor lag der Stoffwechsel gewissermaßen auf der “Unterlage” als “Biofilm” auf.

    Damit ergeben sich dann wieder Rückschlüsse auf die präbiotischen Verhältnisse, wo auf externe Energiequellen zurückgegriffen werden musste, um das chemische Reaktions-Chaos in einigermaßen geordnete Bahnen zu kanalisieren. Mineralische Untergründe – nicht zuletzt auch wegen der Bevorzugung homochiraler Moleküle im Kontext mit Kristallstrukturen diverser Mineralien (Calcit u.a.) – haben dabei eine wichtige Rolle gespielt.

    Wir dürfen gespannt sein.

    Auf jeden Fall!

  65. #65 irma
    15. September 2017

    @Hoffmann #56 …jaja, tolle Rede Mann 😉
    Aber “Reduktion” kommt etwa 20 Mal im Artikel vor – da ist nix mehr mit “zum Nachgoogeln anregen”! Das muss dann direkt geklärt werden.

    Aber ist halt meine Meinung.
    Trotzdem ein toller Artikel – aber dazu scheinen ja Dutzende Fragen entstanden zu sein … für deren “Nachgoogelung” der Artikel offenbar nicht genügend angeregt hat… die man dann doch im Artikel hätte klären sollen…

    Entweder wird der Artikel länger … oder man beschränkt sich auf einen Teilaspekt! Alles Teil davon – einen BlogArtikel zu schreiben … das war ja die Aufgabe!
    😉

  66. #66 tomtoo
    15. September 2017

    @irma
    Tja da könnten wir uns ja jetzt gegenseitig in die Nase beisen , bis einer aufgibt. Aber beschränken wir uns doch darauf unser bescheidenes Votum abzugeben.; )

  67. #67 irma
    15. September 2017

    @tomtoo: wenn “dir in die Nase beissen” eine Alternative wäre … ich tät mal drüber nachdenken!!

    Prinzipiell gebe ich dir Recht – der Drops ist gelutscht!

    Wann kommt denn dein Artikel?

  68. #68 tomtoo
    15. September 2017

    Wollte über Enten schreiben. Aber bei meiner Rechtschreibe , und so pöse wie schon über @Florian geschimpft wurde , möchte ich mir die Anklagen von Rechtschreibfetischisten wegen pösester Körperverletzung lieber ersparen.

  69. #69 awmrkl
    15. September 2017

    @Hoffmann

    Für meinen Geschmack ein (wie von Dir gewohnt) toller Beitrag, der mich -wie von Dir in #56 angeregt- noch einige Zeit beschäftigen wird.
    Und gut, daß ich Deinen *neuen* Blog entdeckt hab.
    Weshalb eigentlich ein “reloaded”?

  70. #70 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    16. September 2017

    @ awmrkl:

    Weshalb eigentlich ein “reloaded”?

    Vor etwa drei Jahren gab es schon einmal einen Blog von mir, der “Tote Welten” hieß. Nach einigen Umbenennungen und schließlich dem Löschen dieses Blogs ergab sich durch Nachfrage, wo denn mein Blog geblieben sei, eine Neuauflage.

    Die damals geposteten Beiträge habe ich fast komplett wieder reingestellt, da ich sie auf meiner Festplatte noch gespeichert hatte. Inzwischen sind aber schon wieder einige neue Beiträge – einschließlich diesem – entstanden, so dass ich den Untertitel demnächst mal aktualisieren werde …

  71. #71 Alderamin
    20. September 2017

    @myself

    Was Enceladus betrifft: ich denke, innerhalb der nächsten 20 bis 30 Jahre wird man eine Sonde zum Saturn schicken, die durch die Wasserfontänen von Enceladus fliegt und die Wassertröpfchen auf Kohlenwasserstoffe hin analysiert. Dann werden wir mehr wissen.

    Und hier ist schon ein sehr konkreter Vorschlag, tada!

    https://trs.jpl.nasa.gov/bitstream/handle/2014/45905/15-4603_A1b.pdf?sequence=1

    Ist schon länger in der Pipeline, avisierter Start wäre 2024.

    https://en.wikipedia.org/wiki/Enceladus_Life_Finder

    Cassini hat 7 Jahre Flugzeit gebraucht, wäre dann 2031, mit einer dreijährigen nominellen Missionszeit.

  72. #72 Hoffmann
    toteweltenreloaded.wordpress.com
    20. September 2017

    @ Alderamin:

    avisierter Start wäre 2024.

    In der deutschen Wikipedia ist sogar von einem Starttermin im Jahr 2021 die Rede:

    “Die „Enceladus Life Finder Mission“ wurde 2015 als Mission 13 des Discovery-Programmes vorgeschlagen. Sollte sie ausgewählt werden, ist ein Start vor dem 31. Dezember 2021 möglich.”

    Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Enceladus_Life_Finder

    Dann wollen wir mal das Beste hoffen …

  73. #73 Hoffmann
    20. September 2017

    Und schon zerfallen die Hoffnungen zu nichts, denn:

    “Am 4. Januar 2017 gab die NASA bekannt, das Psyche und Lucy als nächste Discovery-Missionen ausgewählt worden sind.”

    Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Discovery-Programm

  74. #74 Alderamin
    20. September 2017

    @Hoffmann

    Hui, dafür müssten sie sich aber zügigst ans Planen und Zusammenbauen begeben.

    Wenn man dem neuen to-be-NASA-Administrator flüstert, dass die Sonde auch den Klimawandel auf Saturn und Enceladus erforschen soll, dann ist sie schon so gut wie unterwegs 😉

  75. #75 Hoffmann
    20. September 2017

    @ Alderamin:

    Ja, da würde sich der Herr Strache aber freuen, weil ja das Sonnensystem sich durch die Zunahme der Sonnenstürme bekanntlich seit 30 Jahren erwärmt …

  76. #76 Krypto
    20. September 2017

    Da muss man dem Übel an die Wurzel packen und den Klimawandel auf der Sonne untersuchen.
    Dazu schlage ich eine bemannte Mission mit Hr. Stache, dem neuen NASA-Chef und dem seinen Chef vor 😀

  77. #77 Alderamin
    21. September 2017

    @Hoffmann

    Und schon zerfallen die Hoff‌nungen zu nichts, denn:

    “Am 4. Januar 2017 gab die NASA bekannt, das Psy‌che und Lucy als nächste Discovery-Missionen ausgewählt worden sind.”

    Aufgeschoben ist nicht aufgehoben. Wenn ein Thema brennend interessiert, kommt es auch wieder auf den Tisch. Mag sein, dass der Europa-Clipper jetzt erst einmal Vorrang hat. Der wird ja ähnliches vorhaben, wie ELF.

  78. #78 Alderamin
    5. Oktober 2017

    Eben durch Twitter auf neue Arbeit zum Thema aufmerksam gemacht worden: Warme kleine Teiche seien die Wiege des Lebens gewesen.

    https://www.mpg.de/11494138/leben-meteoriten-teiche
    https://arxiv.org/abs/1710.00434

  79. #79 Hoffmann
    5. Oktober 2017

    @ Alderamin:

    Danke für die Links, die das oben vorgestellte Szenario auf willkommene Weise ergänzen.

  80. #80 Franz
    5. Oktober 2017

    Verdammt, jetzt weiß ich wie sich Nichttechniker fühlen wenn sie meine Texte lesen. Mir fehlt komplett der Zusammenhang zwischen Frage im Titel und Conclusio (und viel dazwischen).
    (Kleiner Tipp: Lasst die smilies weg, die bringen euch sehr schnell in die Moderation).

  81. #81 awmrkl
    5. Oktober 2017

    @hoffmann

    “Vor etwa drei Jahren gab es schon einmal einen Blog von mir, der “Tote Welten” hieß.”
    Ich weiß, den hatte ich ja sehr schnell per RSS/Atom-(k.A.) abonniert.

    “Nach einigen Umbenennungen und schließlich dem Löschen dieses Blogs”
    Hab ich nix davon mitbekommen, und hab es sehr schade gefunden, daß schon wieder mal ein **für mich** toller Blog das Zeitliche segnete.

    “ergab sich durch Nachfrage, wo denn mein Blog geblieben sei, eine Neuauflage.”
    Na da hast Du wohlgetan :-) – ich hab diesen Deinen Blog gleich anstatt Deinem alten nixmehrnutzigen in meine Abonnements eingereiht. So, jetzt weißt Du es! Du warst zumindest von mir als “vermißt” gemeldet, ich wußte nur nicht, wem ich melden sollte/könnte. 😉

  82. #82 awmrkl
    5. Oktober 2017

    Und welchen der “james bonds” ich auf Deine Spur setzen sollte … 😉

  83. #83 Till
    11. Oktober 2017

    @Hoffmann
    Sehr schöner Artikel, der mich an unsere angeregte Diskussion vom letzten Jahr erinnert. Leider habe ich es erst jetzt geschafft mich in den Wettbewerb einzulesen (deshalb auch kein Beitrag von mir dieses Jahr).

    Oder handelt es sich um einen Auswahleffekt dergestalt, dass Leben generell nur innerhalb eines recht eng begrenzten Zeitfensters entstehen kann, welches sich nur am Beginn einer planetaren Entwicklung öffnet.

    Das ist ein interessanter Gedanke, der mir bisher so nicht in den Sinn kam. Das weckt Zweifel an dem Argument, dass primordiales Leben (=primitive Stoffwechselwege) auf jungen Planeten fast zwangsläufig entstehen müssen, da sie auf der Erde anscheinend schon so früh entstanden sind.

    Die Evolution muss innerhalb dieses Zeitfensters genügend Mobilität entwickelt haben, dass sich die frühen Stoffwechselwege von ihrem Entstehungsort wegbewegen und so über größere Distanzen ausbreiten konnten.

    Wie schnell die Evolution bis zu diesem Schritt kommt ist sicherlich schwer zu sagen.

    Das einfachste Transportmittel wären vermutlich kleine poröse Steinchen/Sandkörner. Für solche Teilchen würde ich nicht ausschließen, dass sie es schaffen könnten, das entstehende Leben an einem Mittelozeanischen Rücken von einem Schlot zum nächsten zu transportieren. Die Schlote heißen ja nicht umsonst schwarze Raucher, die stoßen jede Menge Partikel aus. Falls das so klappt, wären die mittelozeanischen Rücken als Entstehungsort noch nicht ausgeschieden, und das Zeitfenster wäre länger als nur der Beginn der planetaren Entwicklung.

    Eventuell musste die Evolution aber auch bis zu Membranvesikeln fortgeschritten sein, in denen die konzentrierten ursprünglichen Stoffwechselwege konserviert und verbreitet werden können. Die Stoffwechselwege müssten aber in den Membranvesikeln nicht weiter ablaufen. Das könnten auch eine Art Sporen gewesen sein, die erst wieder zum Leben erwachen, wenn sie auf geeignete Bedingungen treffen. Z.B. in der benachbarten hydrothermalen Quelle. In diesem Fall hätte das Leben vermutlich wirklich nur auf der jungen Erde entstehen können. Aber auch das bedeutet ja nicht, dass das Leben nicht auch auf anderen Planeten entstehen konnte. Es ist nur eben nicht mehr nahezu sicher fast überall möglich.

  84. #84 Hoffmann
    12. Oktober 2017

    Hallo Till,

    ich hatte gehofft, dass Du Dich hier noch einmal zu Wort meldest. Schön, dass Du es nun getan hast (Smiley spare ich mir an dieser Stelle, da der Kommentar sonst wieder in der Moderation landet).

    Das ist ein interessanter Gedanke, der mir bisher so nicht in den Sinn kam.

    Die Idee kam mir am 20. Juli diesen Jahres, als ich im “abenteuer universum Forum” zum Thema “Kontamination der Galaxis mit Lebenssporen möglich?” einen Antwortbeitrag formulierte. Hier ist der dazugehörige Link (in der Hoffnung, dass deshalb dieser Kommentar nicht wieder in der Moderation landet):

    http://abenteuer-universum.de/bb/viewtopic.php?p=55934#p55934

    Während der Formulierung eines passenden Abschlusses machte es “Klick!” – und ich dachte mir “Warum sollte sich eigentlich nicht eine Notwendigkeit hinter der frühen Lebensentstehung verbergen?” Damit hatte ich ein Thema, was ich ausbauen könnte. Die erweiterte Notiz dazu war der Grundstock für diesen Artikel, den ich dann Anfang August für den Wettbewerb einsandte.

    Kurz danach stieß ich noch auf einen Artikel von Matthew A. Pasek zur Rolle von Phosphaten auf der frühen Erde, der dem meteoritischen Eintrag als Geburtshelfer des Lebens auf der Erde aus der Sicht des Phosphat-Problems noch einmal aus einer anderen Perspektive eine fundamentale Bedeutung zuwies. Auch hierzu noch einmal ein Link:

    http://www.pnas.org/content/105/3/853.full

    Zu dieser Zeit war mein Artikel aber schon abgeschickt, so dass ich das nicht mehr einbauen konnte. Immerhin konnte ich diesen Gedanken im “astronews Forum” diskutieren:

    http://www.astronews.com/forum/showthread.php?9345-Leben-ohne-Wasser&p=123639#post123639

    Falls es sich bei der frühen Lebensentstehung um einen Auswahleffekt handelt, dürfte es schwierig sein, Angaben zur Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Leben auf anderen Himmelskörpern zu treffen – zumindest noch schwieriger als es ohnehin schon ist.

    Generell steht und fällt eine einsetzende Darwinsche Evolution mit der Entstehung eines Vererbungsmechanismus’, der mit der Reproduktion der enzymatischen Grundausstattung gekoppelt ist, über die die Ausprägung des Phänotyps erfolgt.

    Ohne die Interaktion zwischen Genotyp und Phänotyp im Kontext einer Interaktion zwischen Phänotyp und Umgebungsbedingungen ist kein Leben möglich, wenn wir Leben mal als sich selbst erhaltendes Stoffwechselsystem definieren, das sich jenseits des chemischen Gleichgewichts befindet.

    Der Weg dahin ist verschlungen und vielfältig – sowohl was die beteiligten Stoffe betrifft als auch was die beteiligten Prozesse betrifft. Die Choreografie der hier mitwirkenden Faktoren ist entscheidend, ob aus Stoffwechselsystemen nach Art eines Fließgleichgewichts dann auch Stoffwechselsysteme werden können, die ihren Enzymbestand konservieren und vervielfältigen können, so dass sie sich in Richtung voll evolutionsfähiger Organismen entwickeln können.

    Was diese Choreografie betrifft, können wir sie noch nicht im Labor reproduzieren – möglicherweise werden wir es auch niemals hinbekommen, weil die beteiligten Faktoren zu komplex sind, um sie auf eine bestimmte Choreografie eingrenzen zu können, die dann zu einer codierten Proteinsynthese führt (und damit zu einer Wechselwirkung zwischen Genotyp und Phänotyp).

    Die hydrothermalen Schlote als möglicher Entstehungsort von Protobionten schneiden dabei relativ schlecht ab, wie ich neulich lesen konnte:

    http://www.mdpi.com/2075-1729/7/3/36

    Gerade nach der Lektüre von Nick Lane “Der Funke des Lebens”, in dessen Buch es um die Entstehung von Protonengradienten im Kontext von Lost-City-Vents geht, ergeben sich nun Kritikpunkte, die das vorgeschlagene Szenario zweifelhaft werden lassen.

    Auf die gegebene größere Vielfalt an der Erdoberfläche in Küstennähe bin ich im Artikel bereits eingegangen – ebenso auf die größere zur Verfügung stehende Zeitdauer – so dass ich das hier nicht noch einmal wiederholen muss. Aber selbst wenn das Leben einst in den Vents entstanden sein sollte, wird es schwierig mit der Kalkulation von Wahrscheinlichkeiten, da der Schritt hin zur codierten Proteinsynthese nicht aus den beteiligten Faktoren abgeleitet werden kann.

  85. #85 Hoffmann
    12. Oktober 2017

    @ Till:

    Ein längerer Kommentar von mir hängt gerade in der Moderation. Dann also bis später …

  86. #86 Till
    12. Oktober 2017

    @Hoffmann
    Au ja, da freue ich mich drauf.

    Was mir noch eingefallen ist: Was ist eigentlich mit Geysiren? Die Umgebung von Geysiren wird ja quasi sehr regelmäßig mit warmem Wasser begossen. Das sollte doch auch wunderbar als Synthese/PCR Maschine funktionieren. Allerdings weiß ich nicht, wie lange so ein Geysir aktiv ist. Vermutlich nicht über Millionen von Jahren.

  87. #87 Hoffmann
    12. Oktober 2017

    Der Kommentar ist ja nun freigeschaltet worden. Was Geysire betrifft, gab es vor fünf Jahren einmal einen Artikel, wo von der mineralischen Komposition der heutigen Zellen auf geothermale Quellen rückgeschlossen wurde:

    http://www.pnas.org/content/109/14/E821.abstract

    Offene Fragen hierzu wurden hier diskutiert:

    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3997052/

    Summa summarum: Die vorgeschlagenen geothermalen Felder stellen exakt die Voraussetzungen zur Verfügung, um der Top-Down-Rekonstruktion eine Bottom-Up-Simulation folgen zu lassen:

    It is our hope that our reconstruction informs and stimulates further chemical experiments aimed at approximation of the origin of life conditions in the laboratory.

    Dann wollen wir doch mal hoffen, ob hier Taten folgen …

  88. #88 Till
    12. Oktober 2017

    @Hoffmann

    Die hydrothermalen Schlote als möglicher Entstehungsort von Protobionten schneiden dabei relativ schlecht ab, wie ich neulich lesen konnte:
    http://www.mdpi.com/2075-1729/7/3/36

    Ich habe mir den Artikel eben zu Gemüte geführt. Das Zentrale Argument der Autoren ist meiner Meinung nach aber nicht zu Ende gedacht:

    Die Autoren gehen davon aus, dass eine Protonenpumpe vor der Ablösung eines Vesikels keine Funktion hatte. Dabei lassen die Autoren völlig ausser Acht, dass die Protonenpumpe als Enzym funktioniert und daher in beide Richtungen funktioniert.

    Das für mich wahrscheinlichste Szenario ist folgendes: Eine Protonenpumpe, nutzt vor der Ablösung eines Vesikels den pH-Gradienten um im Hydrothermalen Vent den Aufbau einer energiereichen Verbindung (wie z.B. Zucker) anzutreiben. Nach der Ablösung des Vesikels kehrt sich der Prozess um und die Energiereiche Verbindung wird abgebaut um den Protonengradienten aufrecht zu erhalten.

    Das bedeutet, dass es (im Gegensatz zur Argumentation der Autoren) auch vor der Ablösung einen Evolutionären Vorteil solcher Protonenpumpen gab.

  89. #89 Hoffmann
    12. Oktober 2017

    @ Till:

    Die Autoren gehen davon aus, dass eine Protonenpumpe vor der Ablösung eines Vesikels keine Funktion hatte.

    Nein, der Autor argumentiert, dass das Protonenpumpen keinen Effekt hätte, da das umgebende Meerwasser keinen Gradienten aufgebaut hätte, sodern die herausgepumpten Protonen umgehend zerstreut hätte. Damit die Protonenpumpe als Enzym funktionieren könnte, müsste sie zeitlich vor LUCA, aber eben auch zeitlich nach dem Entweichen aus dem Vent entstanden sein. Erst dann macht das Protonenpumpen Sinn.

    Die Ausweg-Variante der Trapped-Vesikel in dünnen Schichten, wo ein Durchfluss-Szenario diskutiert wird, kommt ebenfalls nicht gut weg, weil bei einer Protonen-diffusen Membran irgendwie die Notwendigkeit der Protonenpumpen entfällt. Von daher ist auch die sehr unwahrscheinliche Trapped-Vesikel-Variante (zufällig verfängt sich ein Vesikel in einer Schichtpore!) kein plausibles Modell.

  90. #90 Till
    12. Oktober 2017

    @ Hoffmann

    Artikel, wo von der mineralischen Komposition der heutigen Zellen auf geothermale Quellen rückgeschlossen wurde:

    http://www.pnas.org/content/109/14/E821.abstract

    Die Betrachtungen in diesem Artikel sind sehr interessant und schlüssig. Das überzeugt mich durchaus.

    Was spricht eigentlich gegen eine extrem frühe Entstehung des Lebens während der Entstehung der Ozeane? In der Anfangsphase war ja die gesamte Erdoberfläche quasi ein Geothermales Feld, auf das es dann irgendwann anfing zu regnen, als sich die Atmosphäre weit genug abgekühlt hatte. Es hat ja jahrmillionen gedauert, bis die Ozeane entstanden sind und gerade in der Anfangszeit sind die entstehenden Gewässer ja kontinuierlich “eingekocht” worden sodass auch hier hohe Konzentrationen von Mineralien und organischen Verbindungen entstehen konnten und teile regelmäßig trocken gefallen sind. Natürlich sind hier die Temperaturen sehr hoch, aber das ist ja für die Archaea an den black smokern auch kein Problem. Außerdem war die Atmosphäre damals ja noch reduzierend, sodass keine Gefahr bestand, dass komplexe Moleküle kaputtoxidiert werden.

  91. #91 Till
    12. Oktober 2017

    @Hoffmann

    Was diese Choreografie betrifft, können wir sie noch nicht im Labor reproduzieren – möglicherweise werden wir es auch niemals hinbekommen, weil die beteiligten Faktoren zu komplex sind, um sie auf eine bestimmte Choreografie eingrenzen zu können, die dann zu einer codierten Proteinsynthese führt (und damit zu einer Wechselwirkung zwischen Genotyp und Phänotyp).

    Ich denke nicht, dass Proteinsynthese notwendige Voraussetzung für eine gerichtete Evolution ist. Auch eine “Symbiose” verschiedener RNA Moleküle kann schon einen rudimentären Stoffwechsel bilden, und dazu führen, dass sich die RNA Moleküle gemeinsam weiter entwickeln. Dass die Proteinbiosynthese ein einschneidender Schritt in der Evolution war und das ganze System deutlich stabilisiert hat will ich dabei natürlich nicht bestreiten, das hatten wir ja letztes Jahr schon ausdiskutiert.

    Trotzdem müssen wir ein Experiment nicht bis zur Proteinbiosynthese durchziehen um plausible Bedingungen für die Entstehung des Lebens zu finden. Wenn wir es schaffen, in einem Experiment Bedingungen herzustellen, die im Einklang mit unseren Erkenntnisen über die frühe Erde stehen und in denen langkettige RNA(-ähnliche) Moleküle entstehen und angereichert werden, dann wären wir schon einen entscheidenden Schritt weiter. Das könnte durchaus machbar sein. Es bleibt auf jeden Fall spannend!

  92. #92 Hoffmann
    12. Oktober 2017

    Hallo Till,

    Was spricht eigentlich gegen eine extrem frühe Entstehung des Lebens während der Entstehung der Ozeane?

    Prinzipiell erst mal nichts, allerdings haben sich die Urozeane nach einigen Zehntausend Jahren Dauerregen recht schnell gefüllt, so dass an stabile Küstenregionen zunächst nicht zu denken war. Erst nachdem der meiste Dampf auskondensiert und abgeregnet war, konnten sich Stoffzyklen ausbilden, die relativ ortsfest waren, so dass dann dort die chemische Evolution starten konnte.

    Auch eine “Symbiose” verschiedener RNA Moleküle kann schon einen rudimentären Stoffwechsel bilden, und dazu führen, dass sich die RNA Moleküle gemeinsam weiter entwickeln.

    Ich denke nicht, dass das mit RNA allein schon zu haben ist. Hierzu bedarf es weiterer Interaktionen mit anderen Molekülen, um Strangbrüche und Mutationen auf ein Maß zu reduzieren, dass die Fehlerschwelle nicht überschritten wird. Außerdem ist eine Entwicklung von RNA-Molekülen für sich genommen kein selektiver Vorteil, wenn sie nicht mit dem Stoffwechsel des Gesamtsystems gekoppelt verläuft.

    Entscheidend ist, dass Synthesekreisläufe entstehen, die nicht zu einem Kurzschluss führen – also dass nicht die Situation eintritt, dass sich eine RNA-Quasispezies unbegrenzt selbst reproduziert und nichts anderes mehr. Dann hätten wir einen “egoistischen Replikator”, der das Gesamtsystem in den Abgrund reißt.

    Hier sehe ich nur dann einen Ausweg, dass Replikation und Katalyse auf zwei Stoffklassen verteilt wird – wie es eben bei Nucleinsäuren und Proteinen derzeit der Fall ist – anderenfalls drohen immer Systemkollapse, weil sich Fehler aufschaukeln. Aber diese Funktionsaufteilung muss eben erst einmal gefunden werden …

    Trotzdem müssen wir ein Experiment nicht bis zur Proteinbiosynthese durchziehen um plausible Bedingungen für die Entstehung des Lebens zu finden.

    Na ja, plausible Bedingungen dürften nicht das eigentliche Problem sein. Schwieriger wird es, die Dynamiken und die Stoffzuflüsse in ihrer zeitlichen Abfolge so zu synchronisieren, dass etwas Komplexeres als ein Sammelsurium verschiedener Polymere entstehen kann. Entscheidend sind hier wieder Stoffkreisläufe, die sich verzweigen können, so dass Vernetzungen entstehen, die sich zu einem übergeordneten System organisieren. Wenn wir das hinbekommen, dann sind wir wirklich schon einen gewaltigen Schritt weiter gekommen.

    Ohne Reproduktion der Enzyme im Rahmen der Vernetzungen des Gesamtsystems (also nicht nur RNA-Replikation!) wird man sich aber dem Verständnis der Lebensentstehung nicht wesentlich annähern, denn Leben “lebt” ja über Reproduktion – sowohl des eigenen Systems als auch der Produktion von Tochtersystemen. Von daher läuft es am Ende schon auf das Verständnis des Zustandekommens der Proteinsynthese hinaus, aber das kann dauern …

    Es bleibt auf jeden Fall spannend!

    Das ohnehin! Mal sehen, was die nächsten Jahre an neuen Erkenntnissen und Einsichten auf diesem Forschungsfeld noch mit sich bringen. Ich bin gespannt …

  93. #93 Till
    13. Oktober 2017

    @Hoffmann

    Nein, der Autor argumentiert, dass das Protonenpumpen keinen Effekt hätte, da das umgebende Meerwasser keinen Gradienten aufgebaut hätte

    Da hast Du mich, glaube ich, falsch verstanden. Ein Protonengradient war bereits vorhanden, da das Wasser aus den Schloten alkalischer ist als das Meerwasser.

    Meine Hypothese (mit der ich der These des Autors des Artikels widerspreche) ist, dass protonen-getriebene Enzyme vor der Ablösung von LUCA diesen vorhandenen Gradienten für die Synthese von energiereichen Molekülen (z.B. Kohlenhydrate) genutzt haben. Diese Reaktionen sind nach der Abspaltung umgekehrt abgelaufen, da sich die Gleichgewichte verschoben haben. Es haben sich also durch die Verschiebung chemischer Gleichgewichte protonengetriebene Synthasen in Protonenpumpen umfunktioniert, ohne das eine Veränderung der Proteinstruktur nötig war.

    Auf diesem Weg finde ich es durchaus plausibel, dass wirksame Protonenpumpen schon vor der Abspaltung von LUCA entstanden sind.

  94. #94 Till
    13. Oktober 2017

    @Hoffmann

    Entscheidend ist, dass Synthesekreisläufe entstehen, die nicht zu einem Kurzschluss führen – also dass nicht die Situation eintritt, dass sich eine RNA-Quasispezies unbegrenzt selbst reproduziert und nichts anderes mehr. Dann hätten wir einen “egoistischen Replikator”, der das Gesamtsystem in den Abgrund reißt.

    Solche egoistischen Replikatoren gibt es heute auch noch in der Form von Transposons und Viren. Da diese, wie Du schon sagst, zum Kollaps des Systems (Tod des Wirts) führen können, gibt es einen starken Evolutionsdruck, dagegen Abwehrmechanismen zu entwickeln. RNA interference ist eventuell aus solchen Abwehrmechanismen entstanden.

    Ich bestreite nicht, dass die Evolution vor der Proteinbiosynthese sehr volatil war. Das war aber vermutlich nicht nur zum Nachteil, da die Evolution so sehr schnell neue Stoffwechselwege entwickeln konnte.

    Proteinbiosynthese für gerichtete Evolution zwingend vorauszusetzen erscheint mir zu konservativ. Im Gegenteil, ich kann mir nicht vorstellen, wie Proteinbiosynthese entstehen kann, ohne dass es schon in der RNA-Welt gerichtete Evolution gab. Im heutigen Ökosystem, wo ein Großteil des Selektionsdrucks von konkurrierenden Organismen herrührt, würde ein Organismus (bzw. Stoffwechselsystem) sofort aussterben, wenn sein Genom sehr unstabil wäre. Das war damals aber anders, da es noch keine anderen Organismen mit stabilem Genom gab.

    Die ersten Stoffwechselsysteme, die Proteinbiosynthese entwickelten waren so erfolgreich, dass sie alle Konkurrenz relativ schnell verdrängen konnten, spätestens als sie in Form von LUCA vom umgebenden Gestein unabhängig wurden. Das ist eine der plausibelsten Erklärungen dafür, dass der genetische Code universell ist.

  95. #95 Till
    13. Oktober 2017

    @ Hoffmann: Ein Kommentar von mir hängt noch in der Moderation.

  96. #96 Hoffmann
    13. Oktober 2017

    Hallo Till,

    auf Seite 3 des Papers wird auf die Ineffizienz des Protonenpumpens verwiesen. Auf Seite 4 wird dargelegt, dass der angenommene Antiporter, der mit Na-Ionen und Protonen funktioniert, ebenfalls kein signifikantes Ionen-Gefälle erzeugen kann, weil die Menge des beteiligten Wassers schlicht zu groß ist, als dass sich da etwas in der Umgebung der Membran anreichern könnte. Also sowohl im sauren Ozeanwasser als auch im alkalischen Vent-Wasser. Daher gab es keinen selektiven Vorteil, der die Entstehung von Protonenpumpen im Vent begünstigt hätte.

    Ein Protonengradient war bereits vorhanden, da das Wasser aus den Schloten alkalischer ist als das Meerwasser.

    Ja, aber da die Membranen für Protonen durchlässig waren, entfiel die Notwendigkeit des Protonenpumpens, denn sie strömten durch das Vesikel hindurch, ohne dass sie gepumpt werden müssten. In freiem Meereswasser klappt das hingegen nicht mehr. Die Frage ist also, wie und wieso unter Vent-Bedingungen Protonenpumpen entstanden sind und – vielleicht noch wichtiger – wieso die Membranen für Protonen undurchlässig geworden sind.

    Auf Seite 10 wird in der Zusammenfassung noch einmal auf das Grundproblem verwiesen: Wie bewerkstelligte LUCA den Wechsel vom alkalischen Milieu in das saure Milieu? Die von Russell, Martin und Lane vorgeschlagenen Modelle bieten hier keine plausible Lösung an.

    Im letzten Abschnitt wird daher vorgeschlagen, dass ein heterotropher Beginn des Lebens in einer Süßwasser-Umgebung von hydrothermalen Feldern (also auf dem Festland!) vorgezogen werden sollte. Einfache Redox-getriebene Protonenpumpen hätten zuerst entstanden sein können und die komplexere ATP-Synthase erst später.

    Und damit wären wir wieder bei dem Modell von Mulkidjanian u.a. angelangt …

  97. #97 Hoffmann
    13. Oktober 2017

    O.K., dann warte ich mal auf die Freischaltung.

  98. #98 Till
    13. Oktober 2017

    @Hoffmann

    entfiel die Notwendigkeit des Protonenpumpens, denn sie strömten durch das Vesikel hindurch, ohne dass sie gepumpt werden müssten.

    An irgendeiner Stelle reden wir aneinander vorbei. Ich versuche es noch einmal:

    Ich stimme vollkommen zu, dass es vor der Abspaltung keine Protonenpumpen gab, die irgendeinen Gradienten erzeugt haben. Das ergibt in der Tat keinen Sinn. Ich postuliere aber, dass es bereits vor der Abspaltung Enzyme gab, die vorhandene Gradienten ausgenutzt haben, um z.B. Kohlenhydrate zu synthetisieren. Dazu müssen diese Enzyme den Transport von Protonen durch eine Membran (getrieben durch den externen Gradienten) an die Synthese von Kohlenhydraten gekoppelt haben. Enzyme funktionieren prinzipiell immer in beide Richtungen die Richtung in der die Reaktion abläuft wird niemals vom Enzym festgelegt, sondern von den chemischen Gleichgewichten.

    Nach der Abspaltung haben sich die chemischen Gleichgewichte verschoben. d.h. der externe pH Gradient fiel weg, es waren aber noch ausreichend frisch synthetisierte Kohlenhydrate vorhanden. Dadurch hat sich die Richtung der Enzyme umgekehrt. Sie haben jetzt Kohlenhydrate abgebaut, um einen Protonengradienten zu erzeugen bzw. aufrecht zu erhalten. Der Protonengradient konnte dann also weiterhin für andere Stoffwechselwege wie z.B. die Synthese von ATP genutzt werden. So konnte LUCA für längere Strecken von den Hydrothermalen Quellen unabhängig werden und sich schneller ausbreiten als seine Konkurrenten. Je effizienter die Protonenpumpen, desto länger reichte der Kohlenhydratvorrat und um so weitere Strecken konnten zurückgelegt werden.

  99. #99 Hoffmann
    13. Oktober 2017

    Hallo Till,

    das Problem entsteht aber durch die protonendurchlässigen Membranen. Damit das mit dem Protonenpumpen irgendwann funktionieren konnte, mussten die Membranen zuvor impermeabel werden, da anderenfalls die mühsam herausgepumpten Protonen umgehend wieder in das Innere des Vesikels strömen würden.

    Der Protonengradient im Vent bewirkt doch lediglich ein Durchströmen des Vesikels, dass dann zwar von diversen Enzymen zu Synthesezwecken angezapft werden konnte, aber vice versa keine Pumpaktivitäten entfalten könnte, wenn die Membranen undicht sind.

    Der fehlende selektive Druck in Richtung Protonenpumpen resultiert ja u.a. auch daraus, dass sich ein Gradient an der Membran gar nicht ausbilden kann. Darum würden solche Vesikel auch im Vent gefangen bleiben, weil sie außerhalb desselben ihren Protonendurchfluss verlieren würden. Die undichten Membranen würden den Protozellen den Garaus machen.

    Plausibler sind daher Umgebungen, die mit einem geringeren bis gar keinem Protonengefälle einhergehen, so dass sich andere Selektionsdrücke ergeben können, die dann eine Protonenpumpe sinnvoll werden lassen, sobald sie entstanden ist. In den Vents scheint das nicht auf plausible Weise zu funktionieren.

  100. #100 Till
    13. Oktober 2017

    @Hoffmann

    das Problem entsteht aber durch die protonendurchlässigen Membranen. Damit das mit dem Protonenpumpen irgendwann funktionieren konnte, mussten die Membranen zuvor impermeabel werden, da anderenfalls die mühsam herausgepumpten Protonen umgehend wieder in das Innere des Vesikels strömen würden.

    Das ist aber ein anderes Argument, als das Argument, dass Protonenpumpen an sich vor einer Abspaltung nicht sinnvoll sind.

    In die Hypothesen zu frühen Membranen habe ich mich noch nicht so tief eingelesen. Soweit ich das verstanden habe geht die Argumentation aber ungefähr so: Frühe Membranen mussten durchlässig sein, um einen Austausch mit der Umwelt zu gewährleisten. Deshalb waren die Membranen vermutlich auch nicht dicht für Protonen. Dieses Argument finde ich aber nicht zwingend.

    Ich gehe davon aus, dass frühe Organismen sich in mineralischen Poren entwickelt haben. Die Poren waren erst einmal offen. An hydrothermalen Quellen hat Thermophorese dafür gesorgt, dass sich langkettige Polymere anreichern. Zunächst waren also thermische Gradienten verantwortlich dafür dass das System nicht ins chemische Gleichgewicht ging. Mit der Zeit entwickelten sich Stoffwechselwege, die die Synthese neuer RNA Bausteine aus anderen kleinen Molekülen ermöglichten. Zu dieser Zeit wurden poröse, mineralische Membranen vorteilhaft, die noch durchlässig für kleine Moleküle waren. Irgendwann waren die Stoffwechselwege gut genug, dass sie vor allem im vulkanischen Ausfluss (vom inneren der Vents) reichlich vorhandene Gase nutzen konnten. Zu diesem Zeitpunkt war es dann sehr vorteilhaft, eine dichte Membran zu entwickeln, die zwar durchlässig für Gase war, nicht aber für kleine Moleküle, die Lipidmembran entstand. Lipidmembranen konnten dann auch (dichte) Vesikel abspalten in denen geschützt die RNA weitere Strecken zurücklegen konnte, allerdings ohne, dass in den Vesikeln noch Stoffwechsel lief. Das waren dann also eher leblose Sporen. Nachdem die dichte Lipidmembran entstanden war, konnten auch chemische Gradienten steil genug werden um durch Enzyme genutzt zu werden. Diese Membranen konnten durchaus nach Innen zu den Vents (bei höheren Temperaturen) durchlässiger sein als nach außen zum Ozean. An dieser Stelle entstanden dann Membranproteine, die die vorhandenen chemischen Gradienten für Synthesen nutzten. Sobald diese gut genug waren, wurde wie oben beschrieben eine Ablösung unter Aufrechterhaltung aktiven Stoffwechsels möglich. LUCA war entstanden.

  101. #101 Hoffmann
    13. Oktober 2017

    Hallo Till,

    Das ist aber ein anderes Argument, als das Argument, dass Protonenpumpen an sich vor einer Abspaltung nicht sinnvoll sind.

    Es hängt damit zusammen, aber auch wenn wir von einer hypothetischen Kohlenhydrat-Synthetase ausgehen, die den Protonenstrom anzapfte, ergeben sich Schwierigkeiten, da nach der Abspaltung der nötige Kohlenhydrat-Vorrat zum Protonenpumpen anderweitig bereitgestellt werden müsste.

    Es müsste also dann noch andere Kohlenhydrat-Synthetasen geben, die nicht mit einem Protonenstrom funktionieren und die auch in leicht saurem Ozeanwasser funktionieren. Anderenfalls würde das vorgeschlagene System sehr schnell kollabieren.

    Zu diesem Zeitpunkt war es dann sehr vorteilhaft, eine dichte Membran zu entwickeln, die zwar durchlässig für Gase war, nicht aber für kleine Moleküle, die Lipidmembran entstand.

    Das klingt mir ein wenig konstruiert. Die Lipide und die Membranen entwickelten sich ja nicht aus diversen Bedürfnissen, sondern entstanden im Zuge des sich entwickelnden Stoffwechsels quasi nebenbei. Das heißt, die Porenwände der mineralischen Matrix wurden nach und nach “zugekleistert”, so dass die Membranen – um den Stoffwechsel weiterhin gewährleisten zu können – ebenfalls durchlässig sein mussten (u.a. auch für Protonen, die wesentlich kleiner sind als Gase vulkanischer Herkunft!).

    Der Punkt ist dann, dass die Membranen irgendwann so dicht geworden sein müssen, dass ein Austausch zwischen verschiedenen Vesikeln nicht oder nur noch sehr erschwert möglich war – und damit sukzessive eine zunehmende Autonomie der jeweiligen Vesikeln entstand. In jedem Vesikel liefen dann mehr oder weniger isoliert Stoffwechselprozesse ab – einschließlich der Synthesen diverser Bau- und Energiespeicher-Stoffe.

    Die zunehmende Autonomie zog zugleich eine zunehmende Idiosynkrasie mit sich, das heißt, dass die Stoffwechselsysteme zunehmend weniger passfähig wurden – was sich dann auf den horizontalen Gentransfer auswirkte, sobald erste Genome entstanden waren.

    In frühen Stadien war ein Austausch von Genom-Bruchstücken leichter möglich, weil sich die jeweiligen Stoffwechselsysteme noch nicht zu stark voneinander unterschieden, später schränkte sich dieser Austausch ein, weil die entstandenen Genome zunehmend eigenständig das Gesamtsystem des Vesikels stabilisierten.

    Die Frage ist nun, wo solche Prozesse auf plausiblere Weise ablaufen. Der permanente Protonenstrom im Vent hat zwar gewisse Vorteile für Synthesezwecke, sobald sich Proteine in eine Membran einbetten, aber – und das wurde bislang immer stillschweigend vorausgesetzt – wie werden solche Proteine reproduziert? Wie alles in einer Zelle unterliegen auch Proteine, die perfekt funktionieren dem Zerfall und damit dem drohenden Funktionsverlust.

    Wäre es daher nicht plausibler, davon auszugehen, dass die Vents erst nach erfolgter Biogenese anderswo (wo sich die angesprochenen Probleme, die mit dem Entweichen verbunden sind, nicht ergeben) als Nische von thermophilen Organismen erschlossen wurden, so dass dann dort weitere Innovationen über den bekannten darwinistischen Weg zustandekamen (u.a. das Protonenpumpen) und schließlich auf anderen Wegen über Austauschprozesse für andere Zellarten verfügbar wurden, so dass sie heute ubiquitär verbreitet sind?

  102. #102 Hoffmann
    13. Oktober 2017

    @ Till: Ein Kommentar von mir ist noch in der Moderation.

  103. #103 Till
    13. Oktober 2017

    @Hoffmann: Mein Kommentar #94 ist inzwischen übrigens freigeschaltet.

  104. #104 Hoffmann
    13. Oktober 2017

    Hallo Till,

    zur Entstehung der Proteinbiosynthese aus dem Kontext einer RNA-Welt heraus gibt es ein schönes Paper von Wolf und Koonin, wo im Anfangsteil noch einmal ausführlich dargelegt wird, worin eigentlich das Problem besteht:

    https://toteweltenreloaded.wordpress.com/2017/06/14/das-modell-von-wolf-und-koonin/

    Das Originalpaper hatte ich in unserer Diskussion vor einem Jahr schon einmal verlinkt:

    http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2016/09/17/gibt-es-ausserirdisches-leben-oder-wie-entstand-eigentlich-leben-auf-der-erde/#comment-980755

    Inwiefern eine gerichtete Evolution im Rahmen einer RNA-Welt möglich war, ist schlecht abschätzbar. Ich denke, eine gewisse geschützte Umgebung war sicherlich notwendig, damit verschiedene System-Ansätze hochwachsen konnten, ohne dass bei einem Kollaps eines Teilsystems zugleich das Gesamtsystem kollabierte. Poröse Gesteine bzw. Sedimentschichten, die mit porösen gesteinen durchsetzt waren, dürften geeignete Rahmenbedingungen geliefert haben.

    So, jetzt muss ich erst mal noch etwas anderes erledigen. Ich melde mich später noch einmal …

  105. #105 Till
    13. Oktober 2017

    @Hoffmann

    Es müsste also dann noch andere Kohlenhydrat-Synthetasen geben, die nicht mit einem Protonenstrom funktionieren und die auch in leicht saurem Ozeanwasser funktionieren. Anderenfalls würde das vorgeschlagene System sehr schnell kollabieren.

    Das ist mir schon klar, deshalb ja das Argument mit der Reichweite. Ich vermute, dass LUCA am Anfang eher nur für kurze Zeit unabhängig von einer hydrothermalen Quelle überleben konnte. Je mehr Kohlenhydrate gespeichert waren um so länger. Bis zur Entwicklung der Photosynthese standen ja gar keine anderen fundamentalen Energiequellen zur Verfügung.
    Aber auch schon die relativ kurze Zeit der Unabhängigkeit war ein riesiger Vorteil, da LUCA sich so schnell ausbreiten konnte.

    ebenfalls durchlässig sein mussten (u.a. auch für Protonen, die wesentlich kleiner sind als Gase vulkanischer Herkunft!).

    Die Größe ist aber nicht das einzige Kriterium, die Ladung darf man hier nicht vergessen. Auch bei unseren heutigen Zellen sind die Membranen durchlässig für ungeladene Gase wie Sauerstoff und CO2 aber nicht für Ionen wie Protonen (jedenfalls nicht ohne einen speziellen Proteinkanal). Das liegt daran, dass das Innere der Membran sehr hydrophob ist und deswegen für hydrophobe Stoffe (wie Gase) durchlässig aber nicht für hydrophile Stoffe (wie Ionen).

    dass die Membranen irgendwann so dicht geworden sein müssen, dass ein Austausch zwischen verschiedenen Vesikeln nicht oder nur noch sehr erschwert möglich war

    Das suggeriert, dass Membranen graduell dichter werden können. Das ist bei Lipidmembranen aber nicht der Fall. Die sind entweder dicht oder eben nicht vorhanden. Im Gegenteil, um Lipidmembranen durchlässig zu machen braucht es Membranproteine, die Poren bilden. Dass Membranen graduell dichter wurden halte ich nur in einem porösen mineralischen Material für möglich (so wie Du es oben beschrieben hast). Es war für die Evolution aber wichtig, dass die Membranen nicht von Anfang an dicht waren, ansonsten bräuchte es zuerst Membranproteine und dann Membranen.

    Die ersten Stoffwechselwege konnten aber auch nicht in irgendeinem Tümpel im freien Wasser stattgefunden haben. Da brauchte es immer ein poröses Material, dass die Stoffwechselwege kompartmentalisiert und gegeneinander abschottet. Ansonsten funktioniert die Evolution nicht. Evolution braucht Populationen und die gibt es ohne Kompartimente nicht, da der gesamte Tümpel wie ein Organismus funktioniert hätte und das wären immer zu kleine Populationsgrößen gewesen. Bei Poren im Gestein hat man aber viele “Individuen”, die eine Population bilden können und dann funktioniert die Evolution wunderbar.

  106. #106 Hoffmann
    13. Oktober 2017

    Hallo Till,

    Bis zur Entwicklung der Photosynthese standen ja gar keine anderen fundamentalen Energiequellen zur Verfügung.

    Die Photosynthese generiert über CO2-Fixierung letztlich ja auch nur Kohlenhydrate, die als Energiespeicher zur Verfügung stehen. Insofern hat sich da nichts Wesentliches geändert – bis auf den Syntheseweg natürlich. Und da ist es natürlich fraglich, welche Synthesewege vor der Photosynthese beschritten worden sind. Inwiefern der Protonenfluss eine Rolle dabei gespielt hat, ist ebenfalls spekulativ. Na gut, das können wir jetzt nicht vertiefen, da wir über die Stoffwechselwege von Prä-LUCA nicht im Bilde sind.

    Wenn ich mir das Modell von Lane anschaue, sind die Protonenpumpen-Proteine nicht in die Synthesewege von Kohlenhydraten involviert, sondern in die Hydrierung von NADP sowie in die Phosphorylierung von ADP zu ATP – also im Wesentlichen die Funktionen, die in den Zellen heute noch bedient werden.

    Unter Vent-Bedingungen also nur eine funktionale Richtung, die umgekehrt unter Ozean-Bedingungen dann nicht mehr funktioniert, weil das ATP ja irgendwie wieder reproduziert werden muss – ebenso das NADPH – um die Stoffwechselprozesse in Gang zu halten. Insofern hätten wir also nach wie vor ein fundamentales Problem.

    Das liegt daran, dass das Innere der Membran sehr hydrophob ist und deswegen für hydrophobe Stoffe (wie Gase) durchlässig aber nicht für hydrophile Stoffe (wie Ionen).

    Heute ist das so, aber wenn ich mal Lane zitiere (S. 102), lassen “alle Experimente mit plausiblen Modellen früher Membranen … darauf schließen, dass diese sehr durchlässig für Protonen waren.” Das liegt daran, dass Protonen im Unterschied zu Metall-Ionen eben sehr klein sind und darum ebenso wie Wasser (das ja ebenfalls als Dipol geladen ist!) durch die einfacheren Membranen diffundiert. Folglich waren die Startbedingungen alles andere als günstig für die Entstehung von Protonenpumpen.

    Es war für die Evolution aber wichtig, dass die Membranen nicht von Anfang an dicht waren, ansonsten bräuchte es zuerst Membranproteine und dann Membranen.

    Ja genau, aber der Weg dahin, dass die Membranen dichter wurden, muss sukzessive erfolgt sein – möglicherweise als “unerwünschter” Nebeneffekt, so dass sich ein neuer Selektionsdruck aufgebaut hat, der zur Entstehung von Porenproteinen geführt hat.

    Die ersten Stoffwechselwege konnten aber auch nicht in irgendeinem Tümpel im freien Wasser stattgefunden haben. Da brauchte es immer ein poröses Material, dass die Stoffwechselwege kompartmentalisiert und gegeneinander abschottet.

    Das sehe ich genauso. Die entsprechenden Vorgänge müssen sich – wenn schon in einem Tümpel, dann nicht im Flüssigkeitskörper, sondern im Bodensediment bzw. der Gesteinsunterlage abgespielt haben. Gezeitenzonen wären dafür prädestiniert, weil hier zugleich in stetem Wechsel Austrocknungen und damit periodische Änderungen im Salzgehalt und im Hydrolysedruck stattgefunden haben – und mit jeder neuen Vernässung zugleich ein Zustrom von potentiell verwertbaren frischen Chemikalien.

  107. #107 Till
    14. Oktober 2017

    @Hoffmann

    Das liegt daran, dass Protonen im Unterschied zu Metall-Ionen eben sehr klein sind und darum ebenso wie Wasser (das ja ebenfalls als Dipol geladen ist!) durch die einfacheren Membranen diffundiert. Folglich waren die Startbedingungen alles andere als günstig für die Entstehung von Protonenpumpen.

    Ich habe dazu eben diesen Kommentar zue einem Artikel von Lane hier gelesen
    Dort wird sehr gut erklärt, warum die frühen Membranen gerade für Protonen sehr durchlässig waren (das hatte nicht so sehr mit der Größe zu tun, sondern damit, dass die protonen die Kopfgruppen der frühen Lipide neutralisieren konnten und so dafür sorgten, dass die Lipide in der Membran leicht von innen nach Außen drehen konnten und dabei das Proton mitnahmen. Der Kommentar (und vermutlich auch der dazugehörige Artikel von Lane) erklärt auch schön, wie LUCA trotzdem bzw. gerade deswegen den pH Gradienten an hydrothermalen Quellen nutzen konnte. Und wie evtl. dabei Protonenpumpen evolutionär entstehen konnten.

  108. #108 Hoffmann
    15. Oktober 2017

    Hallo Till,

    ich habe mir den entsprechenden Abschnitt in Lanes Buch “Der Funke des Lebens” noch einmal durchgelesen (“Das Problem der Membranpermeabilität” S. 160 – 172). Er argumentiert mit der Entstehung von Antiportern, die Protonen herauspumpen und dafür Natrium-Ionen hineinlassen.

    Da solche Antiporter auch in entgegengesetzter Richtung funktionieren, könnte der natürliche Protonenstrom genutzt werden, um Na-Ionen aus dem Innenraum des Vesikels hinauszupumpen, so dass ein Na-Ionen-Gradient entsteht, der wiederum als Antrieb für Stoffwechselprozesse dienen kann, wenn die Na-Ionen durch Porenproteine wieder in das Innere des Vesikels strömen.

    So weit, so gut, aber – und das ist wieder mal Voraussetzung – der entscheidende Satz steht auf Seite 164:

    “Vergessen wir nicht, dass wir uns nun im Zeitalter der Gene und Proteine befinden, die ihrerseits das Produkt des Wirkens der natürlichen Selektion auf Protozellen sind.”

    Das heißt, dass zunächst mal die codierte Proteinbiosynthese entstanden sein muss, bevor man über Antiporter und ATP-Synthetase reden kann, die sich in eine Membran einlagern können, um einen natürlichen Protonengradienten anzuzapfen.

    Und damit sind wir wieder beim eigentlichen Kernpunkt angekommen: Unter welchen Voraussetzungen und Bedingungen ist die Kopplung von RNA und Proteinen zustande gekommen, die Koonin als “Darwin-Eigen-Zyklus” bezeichnet hat?

    Abgesehen davon, bezieht sich Lane bei seinem Szenario auf das Trapped-Vesikel-Szenario von Victor Sojo – also ein recht unwahrscheinliches Szenario. Damit es funktioniert, müsste das Vesikel mit seinen membranen sowohl mit der alkalischen Flüssigkeit des Vent-Inneren Kontakt haben als auch mit der schwach sauren Flüssigkeit des Ozeans. Mir erscheint das etwas konstruiert.

    Plausibler erscheint mir das Entstehen erster Zellen außerhalb von Vents und eine spätere Erschließung der Vents als ökologische Nische, wo dann dort LUCA entstanden ist, der als Relikt übrig geblieben ist, nachdem über das LHB andere Nischen zeitweilig ausgelöscht worden sind. Na gut, entscheiden werden wir es nicht können, aber die Modelle der “RML-Gruppe” wirken auf mich etwas zu stark konstruiert.

  109. #109 gaius
    15. Oktober 2017

    @Hoffmann @Till
    Was für eine geniale Diskussion! Ich bin ein Fan von Euch!

  110. #110 Till
    15. Oktober 2017

    @gaius Danke! Schön zu wissen dass noch jemand mitliest 😉

    @Hoffmann

    Das heißt, dass zunächst mal die codierte Proteinbiosynthese entstanden sein muss, bevor man über Antiporter und ATP-Synthetase reden kann, die sich in eine Membran einlagern können, um einen natürlichen Protonengradienten anzuzapfen.

    Ich halte es für nahezu gesichtert, dass Proteinbiosynthese vor dem Lipidstoffwechsel und vor der Entstehung von Membranen entstanden ist. RNA ist so polar, dass es quasi unmöglich ist, hydrophobe Enzymtaschen zu bilden und gänzlich unmöglich ist, Transmembrandomänen zu bilden.

    Und damit sind wir wieder beim eigentlichen Kernpunkt angekommen: Unter welchen Voraussetzungen und Bedingungen ist die Kopplung von RNA und Proteinen zustande gekommen, die Koonin als “Darwin-Eigen-Zyklus” bezeichnet hat?

    Es gibt ein tolles Paper aus der Gruppe von Andrew Turberfield, in dem die Autoren zeigen, dass auch kurze Oligonucleotide eine gezielte Sequenz von Reaktionen katalysieren können. Eventuell könnte so ähnlich eine ganz frühe Peptidsynthese abgelaufen sein. Die Proteinbiosynthese wie wir sie kennen könnte so von Anfang an auf Peptide und kleine Proteine zurückgegriffen haben. Das würde auch sehr gut zu dem Szenario passen, dass Du oben beschrieben hast, wo kurze Peptide als Kofaktoren agiert haben. Dei Proteinbiosynthese wäre so also nicht schlagartig entstanden sondern es hätte einen graduellen Prozess gegeben in dem Peptide im Stoffwechsel eine immer wichtigere Rolle gespielt haben und die RNA mit der Zeit als katalytisch aktive Einheit nahezu vollständig verdrängt haben.

  111. #111 Hoffmann
    15. Oktober 2017

    Hallo Till,

    Ich halte es für nahezu gesichtert, dass Proteinbiosynthese vor dem Lipidstoffwechsel und vor der Entstehung von Membranen entstanden ist.

    Ich bin mir da nicht so sicher, da Lipid-Vesikel relativ unkompliziert aus über Meteoriten eingetragenem Material entstehen können. David Deamer hatte dazu vor einigen Jahren mal einen Review-Artikel verfasst:

    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1664680/

    Allerdings laufen solche Selbst-Assemblierungen bevorzugt an der Erdoberfläche ab. Die Schritte, die zum Entstehen der Proteinbiosynthese geführt haben, könnten also durchaus in membranumhüllten Kompartimenten abgelaufen sein, die sich in diversen vulkanischen Sedimenten im Umfeld von geothermalen Quellen gebildet haben.

    RNA ist so polar, dass es quasi unmöglich ist, hydrophobe Enzymtaschen zu bilden und gänzlich unmöglich ist, Transmembrandomänen zu bilden.

    Ja, das spricht gegen eine RNA-Welt mit Ribozym-Poren in Membranen. Denkbar wäre aber eine Lipid-Membran mit Proteinen, die sich aus hydrophoben Aminosäuren zusammengesetzt haben (Alanin und Valin z.B., die auch in Miller-Urey-Synthesen bevorzugt entstehen) und punktuell Öffnungen in die Membran eingelassen haben, wo auch polare Monomere hinein- wie auch hinausdiffundieren konnten.

    dass auch kurze Oligonucleotide eine gezielte Sequenz von Reaktionen katalysieren können.

    Ja, ein interessantes Paper, zumal solche Hairpin-Oligomere auch als Vorläufer der späteren tRNA’s diskutiert werden (siehe z.B. Eigens “Urgen”). Inwiefern hier eine spezifische Selbstbeladung mit den jeweiligen Reaktanden erfolgen kann, geht aus dem Artikel nicht hervor, aber grundsätzlich ist das eine Möglichkeit, wie spontane Verkettungen – wenn auch uncodiert – hätten zustande kommen können.

    Das würde auch sehr gut zu dem Szenario passen, dass Du oben beschrieben hast, wo kurze Peptide als Kofaktoren agiert haben.

    Die Idee von den Kofaktoren geht auf Eörs Szathmary zurück, der 1993 seine “Coding Coenzyme Handling”-Hypothese in der Zeitschrift PNAS vorgestellt hatte:

    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8234335

    Wolf und Koonin haben diesen Gedanken später aufgegriffen, als sie ihr Modell zur Entstehung der Translation entwarfen. Natürlich, so könnte es begonnen haben. Und wenn ich mir noch einmal den Artikel von Speijer und van der Gulik in Erinnerung rufe, sehe ich da noch weitere Bezüge (im Abschnitt “Closing the loop”), die mit der Abpufferung der Magnesium-Ionen durch Asparaginsäure und dem dadurch vermittelten Schutz der RNA vor Hydrolyse zu tun hat:

    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25607813

    @ gaius:

    Was für eine geniale Diskussion! Ich bin ein Fan von Euch!

    Gut zu wissen! Auch von mir ein Dankeschön für das positive Feedback (Smiley spare ich mir aus oben genannten Gründen – in der Hoffnung, dass die gesetzten Links mir nicht doch noch einen Strich durch die Rechnung machen).

  112. #112 Hoffmann
    15. Oktober 2017

    @ Till und gaius:

    Leider hängt mein Kommentar nun doch in der Moderation, obwohl ich keinen Smiley verwendet habe. Na ja, dann bis später bzw. bis morgen, da ich heute nicht mehr dazu kommen werde, etwas zu posten.

  113. #113 Till
    15. Oktober 2017

    @Hoffmann

    Ich bin mir da nicht so sicher, da Lipid-Vesikel relativ unkompliziert aus über Meteoriten eingetragenem Material entstehen können. […]
    Denkbar wäre aber eine Lipid-Membran mit Proteinen, die sich aus hydrophoben Aminosäuren zusammengesetzt haben (Alanin und Valin z.B., die auch in Miller-Urey-Synthesen bevorzugt entstehen) und punktuell Öffnungen in die Membran eingelassen haben, wo auch polare Monomere hinein- wie auch hinausdiffundieren konnten.

    Ich halte nicht viel von der Idee, dass Leben in spontan entstandenen Lipid-Vesikeln entstanden ist.

    Eine Lipidmembran bringt so viele Probleme mit sich, das waren erst einmal eher Todesfallen als Geburtsorte des Lebens. Um in einer Lipidmembran zu überleben braucht ein Stoffwechsel extrem viele sehr komplexe Maschinerien: 1. Nahrungsaufnahme benötigt Transportproteine, und/oder eine Endozytosemaschinerie. 2. Zellteilung braucht Motorproteine und eine hochkomplexe Maschinerie 3. Moderne Zellmembranen Membranen sind hochkomplexe Gebilde, die Zusammensetzung der Lipide muss genau an die Umgebungstemperatur und den Salzgehalt/pH-Wert der Umgebung angepasst werden, ansonsten erstarrt die Membran oder sie wird zu Flüssig und zerfällt. Das war alles in der RNA-Welt nicht zu bewältigen.

    Ich Finde Poren in tonmineralien sehr viel Lebensfreundlicher für aufkeimende Stoffwechselwege. Die Mineralien lieferten Eisen-Schwefel Katalysatoren, eine geschützte Umgebung, Temperatur- und chemische Gradienten als Energielieferanten.

    In solchen Mineralporen könnten dann z.B. zunächst einmal die Außenwand Richtung Ozean /Tümpel/Fluß mit einer Lipidmembran verschlossen werden. Gerade bei einer Thermalquelle ist das durchaus plausibel, da die Öffnung nach Innen ganz andere Bedingungen (pH-Wert, Temperatur) hatte als die Öffnung nach Außen, sodass eine Membran je nach Vorhandenen Lipiden bevorzugt an der Außenseite entstehen konnte. Solche Membranen hätten zunächst einmal schon ohne Membranproteine den Vorteil gehabt, dass sie die Verdünnung der Stoffwechselprodukte im Ozean eingedämmt hätte. Außerdem hätte diese Membran kleine Vesikel abspalten können (Seifenblasen), in denen Erbmaterial geschützt längere Strecken ohne Verdünntung zurücklegen konnte um eine neue Mineralpore zu erschließen — quasi die ersten Sporen.
    Mit der Entwicklung von Membranproteinen wäre die Membran immer nützlicher und auch stabiler geworden, bis irgendwann alle Komponenten vorhanden waren, sodass die abgespaltenen Vesikel nicht nur tote Sporen waren, sondern lebende, unabhängige Organismen.

  114. #114 Till
    15. Oktober 2017

    P.S. ich definiere RNA-Welt nicht im strengen Sinne, dass wirklich nur RNA an allen Stoffwechselwegen beteiligt war, sondern es gab da sicher schon weitere Kofaktoren aber eben noch keine Proteinbiosynthese und keine längeren Peptide.

  115. #115 Till
    15. Oktober 2017

    @Hoffmann
    Hallo Jürgen,
    Ich werden nächste Woche wohl wieder weniger zum Posten kommen. Auf jeden Fall schon einmal vielen Dank für den schönen Artikel und die spannende Diskussion!
    Viele Grüße,
    Till

  116. #116 Hoffmann
    15. Oktober 2017

    Hallo Till,

    nur kurz zwischendurch …

    Ich halte nicht viel von der Idee, dass Leben in spontan entstandenen Lipid-Vesikeln entstanden ist.

    Ich bin auch eher für die Sediment-Variante bzw. Gesteinsporen-Variante in Gezeitenzonen, aber diesen Ansatz fand ich zumindest originell:

    http://www.mdpi.com/2075-1729/7/2/28/htm

    Glimmer-Schichten – warum eigentlich nicht? Und die Lipidschichten dichten die Schichtöffnung nach außen hin ab.

    So, muss jetzt noch etwas für morgen erledigen …

  117. #117 Hoffmann
    15. Oktober 2017

    Hallo Till,

    auch von mir an dieser Stelle noch einmal herzlichen Dank für den tollen Gedankenaustausch. Bis später einmal …

  118. #118 stone1
    25. Oktober 2017

    Da ich den Anfang des Wettbewerbs verpasst habe, muss ich noch ein paar Artikel aufholen, und das hat sich heute auf jeden Fall gelohnt.
    Bei diesem Beitrag habe ich mehr Neues gelernt als bei den meisten anderen, mein Wissensstand war bisher dass das Leben am ehesten an den hydrothermalen Quellen entstanden sei.

    Allerdings möchte ich auch anmerken, dass gerade der Anfang des Artikels ein bisschen viele Links enthält, was ich zwar prinzipiell gut finde, da der Text aber ohnehin nicht sehr lang ist, hätte man ein paar Dinge auch gerne im Artikel genauer ausführen können.
    In den Kommentaren wird dann aber ohnehin noch vieles genauer erläutert, die Diskussion zwischen Till und Hoffmann hab ich dann aber nur noch überflogen, als Laie war mir die Fachausdrucksdichte da dann doch etwas zu hoch.

    Und Eins noch (#76):

    Dazu schlage ich eine bemannte Mission mit Hr. Stache, dem neuen NASA-Chef und dem seinen Chef vor

    Der Typ heißt Strache, und ich unterstütze den Missionsvorschlag ; )