Ursprung des Lebens: Frühe Umwelt auf der Erde

Die Erde war folglich sehr heiß, wodurch das flüssige Wasser in die Atmosphäre verdampfte. Als die Erde jedoch abkühlte, kondensierte der durch die Schwerkraft eingeschlossene Wasserdampf, fiel als Regen und kochte nicht weg, sondern blieb in Tümpeln zurück, die zu Seen und Ozeanen wurden. Man glaubte auch, dass tektonische Aktivitäten zu dieser Zeit viele Vulkanausbrüche verursachten. Von den heutigen Vulkanen wissen wir, dass sie bei ihren Ausbrüchen Kohlendioxid, Stickstoff und eine Vielzahl sauerstofffreier Gase freisetzen. Da es keine schützende Atmosphäre gab, wurde die Erde außerdem ständig mit Meteoriten und anderen Weltraumtrümmern bombardiert, die noch vom Urknall im Umlauf waren. Aus der aktuellen astronomischen Forschung wissen wir, dass Meteoriten Eis und andere Verbindungen, darunter auch kohlenstoffhaltige Verbindungen, enthalten können. Die Forscher glauben daher, dass die frühe Erdatmosphäre aus Wasserdampf, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Stickstoff, Ammoniak und Methan bestand. Man beachte, dass in der frühen Erdatmosphäre kein Sauerstoff vorhanden war!

Meteorologen vermuten, dass Blitze, sintflutartige Regenfälle und ultraviolette Strahlung zusammen mit der intensiven vulkanischen Aktivität und dem ständigen Meteoritenbeschuss die frühe Erde zu einer interessanten, aber unwirtlichen Umgebung machten.

Miller-Urey-Synthese

Zwei amerikanische Wissenschaftler, Stanley Miller und Harold Urey, entwarfen ein Experiment, um die Bedingungen auf der frühen Erde zu simulieren und die Entstehung von Leben zu beobachten. Sie mischten Methan, Wasser, Ammoniak und Wasserstoff in einem Behälter in den ungefähren Konzentrationen, die auf der frühen Erde geherrscht haben sollen. Um Blitze zu simulieren, fügten sie einen elektrischen Funken hinzu. Tage später untersuchten sie die „Suppe“, die sich gebildet hatte, und entdeckten das Vorhandensein mehrerer einfacher Aminosäuren! Obwohl diese Versuchsanordnung wahrscheinlich nicht genau den Prozentsatz der gasförmigen Kombinationen auf der frühen Erde wiedergab, ergaben weitere Arbeiten von Dr. Miller und anderen, die verschiedene Kombinationen verwendeten, organische Verbindungen. Erst 1995 stellte Miller Uracil und Cytosin her, zwei der Stickstoffbasen, die sowohl in der DNA als auch in der RNA vorkommen. Bis heute ist es jedoch noch nicht gelungen, im Labor Lebendiges aus Unlebendigem herzustellen. Interessanterweise wurde bei der Untersuchung von Meteoriten erst 1969 festgestellt, dass sie alle fünf Stickstoffbasen enthalten. Daraus ergibt sich die Hypothese, dass die für das Leben notwendigen Bestandteile vielleicht aus dem Weltall stammen!

Wegener: Plattentektonik und Kontinentalverschiebung

Bei einem Blick auf eine moderne Weltkarte ist leicht zu erkennen, wie die Küstenlinie der Westseite Afrikas mit der Ostküste Südamerikas übereinzustimmen scheint. Als die kartografischen Fähigkeiten und das Wissen über die Grenzen des Kontinents durch die nautische Erforschung zunahmen, schlug der deutsche Meteorologe Alfred Wegener 1912 eine Hypothese über die Erdbewegung vor. Er stellte die Hypothese auf, dass sich die bestehenden Landmassen tatsächlich bewegen und wahrscheinlich alle als eine große Landmasse entstanden sind. Seine Theorie der Kontinentalverschiebung ließ die Landmassen der Erde wie riesige schwimmende Inseln erscheinen, die sich manchmal wegbewegen und manchmal durch Kräfte, die er nicht beschreiben konnte, ineinander krachen. Obwohl die Afrika-Südamerika-Anomalie festgestellt wurde, fand seine Theorie zu seinen Lebzeiten keine große Unterstützung.

Aufgrund der jüngsten Fortschritte in der Geologie wissen wir heute, dass alle Oberflächenmerkmale – Land und Wasser – tatsächlich auf dem zähflüssigen Erdmantel schwimmen, der die bewegliche Kruste und die äußere Schicht der Erde trägt. Die feste Kruste oder Platte, die wir bewohnen, ist eines von vielen unregelmäßig geformten Teilen unterschiedlicher Größe, die sich in bestimmte Richtungen bewegen. Die Vorstellung, dass diese großen Kontinentalplatten durch geothermische Erwärmung, Konvektion und Bewegung in ständiger Bewegung sind, wird Plattentektonik genannt.

Die Plattentektonik erklärt, wie sich große Landmassen voneinander trennen und auch miteinander kollidieren. Diese ständige Bewegung der Erde, die oft in Zentimetern pro Jahr gemessen wird, ist für Erdbeben, Vulkane, die Ausbreitung des Meeresbodens und die Kontinentaldrift verantwortlich.

Anscheinend hatte Wegener recht; die frühen isolierten Landformen schlossen sich wahrscheinlich zu einer einzigen Landmasse oder einem Superkontinent namens Pangäa zusammen, und zwar vor etwa 250 Millionen Jahren am Ende des Paläozoikums. Beachten Sie in der Abbildung Pangaea die vorgeschlagene Form des Superkontinents.

Pangaea.

Leben, das sich auf den einzelnen Landmassen entwickelt hatte, musste nun mit anderen Lebensformen von den anderen isolierten Landmassen konkurrieren, als diese Landmassen zu einer einzigen zusammenwuchsen. Der Wettbewerb um Raum, Nahrung und Schutz sowie der zunehmende Raubbau führten zu einem zusätzlichen natürlichen Selektionsdruck. Fossile Aufzeichnungen deuten auf ein Massenaussterben und eine starke Veränderung der genetischen Vielfalt in dieser Zeit hin.

Ein zweites kataklysmisches Ereignis, das sich ebenfalls auf die biologische Vielfalt auswirkte, ereignete sich vor etwa 200 Millionen Jahren im Mesozoikum. Damals begann sich Pangäa zu trennen, und die isolierten Landformen wurden wieder zu ihrem eigenen, isolierten Evolutionslabor. Die sich trennenden Landmassen wurden reproduktiv voneinander isoliert.

Aussterben und genetische Vielfalt

Das Aussterben scheint ein natürliches Phänomen zu sein und begünstigt, wie die natürliche Auslese, die Fortpflanzung bestimmter Arten auf Kosten von weniger geeigneten Arten. Das Aussterben ist der Verlust aller Mitglieder einer bestimmten Art und ihrer genetischen Ergänzung, die sich nie wieder erholen. Fossile Beweise deuten darauf hin, dass nach einem Massenaussterben wie dem Aussterben im Perm, als sich Pangäa bildete, und am Ende der Kreidezeit, als die Dinosaurier die Welt beherrschten, eine Periode des Wachstums und der genetischen Variation folgte. Offenbar öffneten die Aussterbeereignisse die Randgebiete für die Besiedlung durch die verbleibenden Arten. Säugetiere sind die klassische Studie zu diesem Thema, denn es ist bekannt, dass sie 50 bis 100 Millionen Jahre lang in von Dinosauriern bewohnten Gebieten lebten, bevor die Dinosaurier ausstarben. Nach dem Aussterben der Dinosaurier weisen Fossilien von Säugetieren auf eine beträchtliche Artenvielfalt und ein Wachstum der Gesamtzahl hin, beides wahrscheinlich im Zusammenhang mit dem Erwerb neuer Gebiete und dem Verlust der Dinosaurier als Konkurrenten und Raubtiere.

Adaptive Radiation

Die rasche genetische Vielfalt nach einem Aussterben, einer Landmassenaufspaltung oder einem anderen kataklysmischen Ereignis kann auf adaptive Radiation, auch bekannt als divergente Evolution, zurückzuführen sein.

Sie wird als Radiation bezeichnet, weil die genetisch divergenten Nachkommen von einem zentralen Punkt auszustrahlen scheinen, ähnlich wie die Sonnenstrahlen von der Sonne. Während der divergenten Evolution nehmen die Nachkommen eine Vielzahl von Merkmalen an, die es ihnen ermöglichen, ähnlich unterschiedliche Nischen zu besetzen.

Das klassische Beispiel für adaptive Radiation ist die Studie, die Darwin durchführte, als er während seiner berühmten Entdeckungsreise zu den Galapagosinseln 13 verschiedene Finkenarten beobachtete. Die Inseln selbst eignen sich gut für adaptive Radiation, da sie aus zahlreichen kleinen Inseln bestehen, die sich in unmittelbarer Nähe im Pazifischen Ozean etwa 125 Meilen (200 Kilometer) westlich von Ecuador, Südamerika, befinden.

Seit Darwins Zeit ergab eine Analyse der Finkenarten, dass eine Gründerpopulation vom Festland kam und eine Insel besetzte. Spezifische Einflüsse auf der Insel führten wahrscheinlich dazu, dass sich diese Art zu einer neuen Art entwickelte, die sich von der Art auf dem Festland unterschied. Als die Finken die Insel übernahmen, nahm die Konkurrenz zu, und die Pionierart wanderte möglicherweise auf eine andere Insel ab. Dadurch entstand eine neue Gründerart, die sich an die neuen Belastungen auf der Insel anpasste und sich zu einer neuen Art entwickelte. Auch die übrigen Inseln wurden nacheinander kolonisiert. Da jede Insel etwas anders ist, waren die Anpassungen der Finken oft einzigartig für eine bestimmte Insel. Außerdem konnten die Finken auf eine bewohnte Insel zurückkehren und mit der bestehenden Art konkurrieren oder zurückkehren und Territorium, Schutz und Ressourcen aufteilen und friedlich koexistieren. Die Rückkehr auf eine bewohnte Insel löste wahrscheinlich auch einen zusätzlichen natürlichen Selektionsdruck aus.

Wir sind immer noch nicht sicher, wie das Leben auf der Erde entstanden ist. Es könnte ein himmlisches Meisterwerk sein, eine astronomische Anomalie oder eine Reihe von Mutationen und Anpassungen. Es gibt Beweise, die für jede Theorie sprechen. Unabhängig davon scheinen Ähnlichkeitsmuster einige Organismen enger zu verbinden als andere.

Auszug aus The Complete Idiot’s Guide to Biology 2004 von Glen E. Moulton, Ed.D.. Alle Rechte vorbehalten, einschließlich des Rechts auf Vervielfältigung im Ganzen oder in Teilen in jeder Form. Verwendet nach Absprache mit Alpha Books, einem Mitglied der Penguin Group (USA) Inc.

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