Erdenleben "könnte vom Mars gekommen sein"

Erdenleben


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Neue Forschungsergebnisse, die auf einer großen wissenschaftlichen Konferenz vorgestellt wurden, unterstützen die Ansicht, dass die Bedingungen auf dem Mars günstiger waren, um die Bausteine ​​des Lebens in Gang zu setzen als auf der Erde, was darauf hindeutet, dass das Leben auf dem Mars begann und auf einem Meteoriten zur Erde kam.

Details der Theorie wurden von Professor Steven Benner beim Goldschmidt-Treffen in Florenz, Italien, skizziert. Die Beweise basieren darauf, wie die ersten lebensnotwendigen Moleküle zusammengesetzt wurden. Wissenschaftler haben sich lange gefragt, wie Atome zusammengekommen sind, um die drei entscheidenden molekularen Komponenten lebender Organismen zu bilden: RNA, DNA und Proteine.

Die Moleküle, die sich zu genetischem Material zusammengeschlossen haben, sind weitaus komplexer als die Ursuppe kohlenstoffbasierter Chemikalien, von denen man annimmt, dass sie vor mehr als drei Milliarden Jahren auf der Erde existierten, und RNA soll die erste von ihnen gewesen sein.

Die bei der Bildung von RNA am effektivsten Mineralien Bor und Molybdän hätten auf der frühen Erde nicht in ausreichender Form oder Menge existiert, wären aber laut Professor Benner auf dem Mars reichlich vorhanden gewesen. Dies könnte darauf hindeuten, dass das Leben auf dem Roten Planeten begann, bevor es auf Meteoriten zur Erde transportiert wurde.

„Diese Form von Molybdän konnte zu der Zeit, als das Leben begann, auf der Erde nicht verfügbar gewesen sein, denn vor drei Milliarden Jahren hatte die Erdoberfläche nur sehr wenig Sauerstoff, der Mars jedoch“, sagte Professor Benner von Beweisen, die es wahrscheinlicher machen, dass das Leben auf einem Mars-Meteoriten auf die Erde gekommen ist, anstatt auf diesem Planeten zu beginnen."

Meteoriten vom Mars sind während der gesamten Geschichte unseres Planeten auf der Erde angekommen, daher ist Benners Theorie sicherlich nicht unplausibel.

"Die Beweise scheinen sich zu verdichten, dass wir eigentlich alle Marsmenschen sind; dass das Leben auf dem Mars begann und auf einem Felsen zur Erde kam", kommentierte er.


    Die Suche nach außerirdischem Leben: Eine kurze Geschichte

    Wenn (oder, wie manche sagen würden,_ wenn_) Menschen mit außerirdischer Intelligenz in Kontakt treten, werden die Wissenschaftler, die ihre Karriere der Suche widmen, unsere erste Anlaufstelle sein. Hier blicken wir auf die Geschichte einer der hartnäckigsten Faszination der Menschheit

    Solange die Menschen zum Nachthimmel nach göttlicher Bedeutung und einem Ort im Universum geschaut haben, haben wir unseren Geist zu Gedanken an ferne Welten schweifen lassen, die von Wesen bevölkert sind, die anders sind als wir. Die alten Griechen waren die ersten westlichen Denker, die formal die Möglichkeit eines unendlichen Universums in Betracht gezogen haben, das eine unendliche Anzahl von Zivilisationen beherbergt. Viel später, im 16. wer sollte sagen, dass Gott nicht andere lebenserhaltende Welten in Bewegung gesetzt hat?) Während diese Denkweise bei der Kirche nie gut ankam, hielten Spekulationen über außerirdisches Leben bis zur Aufklärung und bis ins 20. Jahrhundert mit der wissenschaftlichen Forschung Schritt.

    Aber erst Ende der 1950er Jahre schlug irgendjemand einen glaubwürdigen Weg vor, nach diesen entfernten, hypothetischen Nachbarn zu suchen. Das Weltraumzeitalter war angebrochen, und die Wissenschaft wollte wissen, was jenseits der Grenzen unserer dünnen, isolierenden Atmosphäre auf sie wartete. Die Russen hatten 1957 und 1958 die ersten drei auf den Markt gebracht Sputnik Satelliten in die Erdumlaufbahn die Vereinigten Staaten bereit waren, 1960 die erfolgreiche Pionier 5 interplanetare Sonde in Richtung Venus. Wir bereiteten Maschinen darauf vor, weiter zu reisen, als sich die meisten von uns vorstellen konnten, aber angesichts der riesigen Weiten des Weltraums würden wir unbekannten Planetensystemen nicht näher kommen, als wenn wir die Erde nie verlassen würden.

    Unsere einzige Strategie bestand darin zu hoffen, dass intelligentes Leben anderswo Wurzeln geschlagen und sich weit über unsere technologischen Fähigkeiten hinaus entwickelt hatte – bis zu dem Punkt, an dem Sie könnte anrufen uns über die leeren Ebenen des Weltraums. Unsere Herausforderung bestand darin, herauszufinden, welches Telefon möglicherweise klingelt und wie wir es genau abnehmen können. Und so verfassten Mitte September 1959 zwei junge Physiker der Cornell University einen zweiseitigen Artikel in Natur Magazin mit dem Titel “Searching for Interstellar Communications.” Damit war die moderne Suche nach außerirdischem Leben geboren und das Leben auf der Erde würde nie wieder dasselbe sein.

    _Starten Sie die Galerie, um zu sehen, wie die Suche begann und wohin sie uns als nächstes führt._

    Die Geburt von SETI

    Giuseppe Cocconi und Philip Morrison – zwei Physiker bei Cornell – begannen ihren Artikel von 1959 in Natur Magazin ganz offen: Wir können die Wahrscheinlichkeit von intelligentem Leben im Universum nicht zuverlässig abschätzen, aber wir können die Möglichkeit auch nicht ausschließen. Wir haben uns weiterentwickelt und sind intelligent, wäre es also nicht naheliegend, dass außerirdische Zivilisationen auf Planeten um andere sonnenähnliche Sterne herum entstehen könnten? Aller Wahrscheinlichkeit nach wären einige dieser Zivilisationen älter und fortschrittlicher als unsere und würden unsere Sonne als einen Stern erkennen, der das Leben beherbergen könnte, mit dem sie Kontakt aufnehmen möchten. Die zentrale Frage des Papiers lautete damals: Wie würden die Wesen ihre Botschaft aussenden? Elektromagnetische Wellen waren die logischste Wahl. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und würden sich nicht über die enormen Entfernungen zwischen den Sternen verteilen. Aber bei welcher Frequenz? Das elektromagnetische Spektrum ist viel zu breit, um es vollständig zu scannen, daher haben sie eine Annahme getroffen, die seither im Zentrum der SETI-Forschung geblieben ist. Sie würden bei 1420 MHz abhören, der Emissionsfrequenz von Wasserstoff, dem am häufigsten vorkommenden Element im Universum. Sie argumentierten, dass dies die einzige offensichtliche astronomische Gemeinsamkeit sei, die wir mit einer unbekannten Zivilisation teilen würden und dass sie sie auch erkennen würden.

    Die Drake-Gleichung

    Nur wenige Jahre später, 1961, erhielten die nebulösen Annahmen, die Cocconi und Morrison in ihrem Artikel aufstellten, eine echte mathematische Gleichung. Frank Drake [mit Gleichung, links] traf sich zusammen mit einer Handvoll anderer Astronomen und Wissenschaftler (einschließlich Carl Sagan) in Green Bank, West Virginia, um die Formeln und Variablen zu berechnen, die notwendig sind, um eine fundierte Schätzung zu machen, wie viele intelligente Zivilisationen es gibt könnte in unserer Galaxie leben. Wie sich herausstellt, erhalten Sie durch die Zuweisung von Zahlen zu nebulösen Annahmen eine Antwort mit ausreichender Varianz, um Sie sich fragen zu lassen, ob Sie diese Annahmen wirklich geklärt haben. Die Gruppe kam auf eine Spanne von weniger als tausend bis fast einer Milliarde. Man könnte meinen, die Formel wäre im Laufe der Jahre verfeinert worden, aber das ist nicht der Fall. Es hat sich überraschend gut gehalten (obwohl für eine so nebulöse Gleichung “hochgehalten” ein relativer Ausdruck ist). Seit den 1960er Jahren gesammelte Daten, die verwendet werden können, um die ursprünglichen Schätzungen messbarer Größen zu unterstützen, etwa wie oft sonnenähnliche Sterne entstehen und wie viele dieser Sterne Planeten haben, haben bewiesen, dass diese Schätzungen relativ genau waren. Der Rest der Variablen wird nie quantifiziert werden, wie zum Beispiel, welcher Bruchteil des Lebens sich entwickelt, um intelligent zu werden, und wie hoch die durchschnittliche Lebensdauer einer intelligenten Zivilisation ist. Dennoch hat die Gleichung im Laufe der Jahre als Brennpunkt für SETI-Untersuchungen gedient und ist weiterhin ein wertvoller Rahmen, wenn auch umstritten.

    Astrobiologie

    Wenn wir nicht nach Leuchtfeuern intelligenter Lebensformen im Weltraum suchen, wenden sich unsere Studien im Bereich des außerirdischen Lebens nach innen. Wie ist das Leben auf der Erde entstanden? Wie ist intelligentes Leben auf der Erde entstanden? Dies sind zwei der Kernfragen des interdisziplinären Fachgebiets Astrobiologie. Während ein Großteil der Arbeit von Astrobiologen spekulativ sein kann – indem man das, was woanders von dem, was wir auf der Erde wissen, möglicherweise ist, extrapoliert –, müssen diese Spekulationen zunächst auf solider Forschung über das, was wir um uns herum sehen, beruhen. Nach allem, was wir über das Leben wissen, wird allgemein angenommen, dass Außerirdische auf Kohlenstoff basieren, flüssiges Wasser benötigen und auf einem Planeten um einen sonnenähnlichen Stern herum existieren. Astrobiologen verwenden diese Richtlinien als Ausgangspunkt für den Blick nach außen. Natürlich umfasst die Disziplin auch die traditionelle Astronomie und Geologie. Dies sind notwendige Felder, um zu verstehen, wo wir nach Leben außerhalb der Erde suchen sollten und nach welchen Eigenschaften wir beim Studium von Sternen und ihren Planeten suchen sollten. Während Astrobiologen tief in den Weltraum nach Beweisen für all diese Dinge suchen, befindet sich das größte einzelne Untersuchungsobjekt derzeit direkt in unserem buchstäblichen Hinterhof: der Mars.

    Leben auf dem Mars

    Wir können mit Sicherheit davon ausgehen, dass wir auf dem Mars keine kleinen grünen Männchen finden werden. Wahrscheinlich werden wir auch keine grauen humanoiden Wesen mit mandelförmigen, schwarzen Onyxaugen und länglichen Schädeln antreffen. Aber die Chancen stehen gut, dass wir außerirdisches Leben in Form von Bakterien oder Extremophilen finden könnten, bei denen es sich um bakterienähnliche Organismen handelt, die in scheinbar unwirtlichen Umgebungen leben können. Wir haben eine Vielzahl von Sonden, Landern und Orbitern zum Mars geschickt, von der Mariner 4 im Jahr 1965 bis zur Phoenix-Mission, die im vergangenen Mai in der Polarregion des Planeten landete und weiterhin enorme Datenmengen zurücksendet. Was wir in erster Linie suchen, ist Wasser, ob Flüssigkeit oder Eis, einer der drei Schlüssel zu außerirdischem Leben. “Ich denke, es ist wahrscheinlich die beste Wahl für ein Leben in der Nähe”, sagt Dr. Seth Shostak, Senior Astronomer am SETI Institute. “Man könnte argumentieren, dass einige der Jupitermonde – Europa, Ganymed, Callisto – oder Titan und Enceladus, diese Monde des Saturn, Leben haben könnten. Sogar Venus könnte Leben in der oberen Atmosphäre haben. All das ist möglich, weil all das Welten sind, die flüssiges Wasser haben könnten. Auf dem Mars kann man Dinge auf dem Boden sehen, man kann im Dreck herumgraben, also haben wir viele Leute, die sich Sorgen um den Mars machen. Sie suchen nach Leben und wir hoffen, dass es einer der richtigen Orte ist.” Auch ohne den roten Planeten zu besuchen, haben Wissenschaftler Meteoriten vom Mars untersucht und feine Linien in den Gesteinen verfolgt, von denen sie theoretisiert haben, dass sie von ihnen hinterlassen wurden Bakterien. Die Spuren enthalten jedoch keine DNA, sodass die Theorie unbewiesen bleibt.

    Projekt Cyclops

    Der Artikel von Cocconi und Morrison aus dem Jahr 1959 über eine systematische Suche nach intelligentem Leben brauchte über ein Jahrzehnt, um die verschiedenen Arterien der aufkeimenden Forschungsprogramme der NASA zu durchsuchen, bevor er die Form eines formalisierten Forschungsteams annahm. Bekannt als Project Cyclops, waren das Team und das daraus resultierende Berichtsdokument die erste groß angelegte Untersuchung des praktischen SETI. Es skizzierte viele der gleichen Schlussfolgerungen, zu denen Cocconi und Morrison gelangten: dass SETI ein legitimes wissenschaftliches Unterfangen sei und dass es im niederfrequenten Ende des Mikrowellenspektrums durchgeführt werden sollte. Was für das Vorhaben nicht von Vorteil war, war der Umfang der Kosten, der Umfang und der Zeitplan des Berichts. Es forderte ein Budget von 6 bis 10 Milliarden Dollar für den Bau und die Wartung einer großen Radioteleskop-Anordnung über 10 bis 15 Jahre. Es wurde auch darauf hingewiesen, dass die Suche wahrscheinlich Jahrzehnte dauern würde, um erfolgreich zu sein, was eine „Langfristige Finanzierungsverpflichtung„ nach Veröffentlichung des Berichts. Es sollte 21 Jahre dauern, bis die NASA endlich ein funktionierendes SETI-Programm namens High Resolution Microwave Survey Targeted Search (HRMS) einführte. Aber wie sein Vorgänger wäre es außergewöhnlich kurzlebig und würde fast ein Jahr später, im Oktober 1993, die Betriebsmittel verlieren.

    Pionierplaketten (Pioniere 10 und 11)

    Als Ende der 60er und Anfang der 70er Jahre die Suche nach Signalen des intelligenten Lebens an Glaubwürdigkeit gewann, gab es gleichzeitig Pläne, eigene Botschaften auszusenden. Die Mission der Pionier 10 und 11 Raumschiffe im Jahr 1973 sollten den Asteroidengürtel, Jupiter und Saturn erforschen. Danach würden sie ihre Flugbahnen an Pluto vorbei und weiter in das interstellare Medium fortsetzen. Mit diesem fernen Kurs im Hinterkopf wurde Carl Sagan gebeten, eine Nachricht zu entwerfen, die eine außerirdische Rasse entziffern könnte, sollte eines Tages eines der beiden Schiffe abgefangen werden. Zusammen mit Frank Drake entwarf Sagan eine Tafel [links], die die Figuren eines Mannes und einer Frau maßstabsgetreu mit einem Bild des Raumfahrzeugs, einem Diagramm der Wellenlänge und Frequenz von Wasserstoff und einer Reihe von Karten zeigt, die den Standort unseres Sonne, Sonnensystem und der Weg der Pionier machte sich auf den Weg nach draußen. Es handelte sich um ein Piktogramm, das darauf abzielte, möglichst viele Informationen auf kleinstem Raum unterzubringen und dennoch lesbar zu sein, aber es wurde kritisiert, dass es zu schwer zu entschlüsseln sei. Während Pionier 10 als erstes von Menschenhand geschaffenes Objekt 1983 das Sonnensystem verließ, wird es mindestens zwei Millionen Jahre dauern, bis eines der beiden einen anderen Stern erreicht.

    Arecibo-Nachricht

    Seit dem Aufkommen leistungsstarker Rundfunk- und Fernsehantennen ist die Erde ein relativ lauter Ort. Nachrichten- und Unterhaltungssignale werden seit Jahrzehnten von den oberen Bereichen unserer Atmosphäre reflektiert, wobei jede Menge in den Weltraum durchsickert. Diejenigen, die nicht von unseren Fernsehern angezogen wurden, könnten eines Tages entfernte Sterne erreichen, in einer Art Streuschuss-Bulletin, die unsere Anwesenheit durch verkündete Ich liebe Lucy und Seinfeld. (Eine unbeabsichtigte Folge von Satelliten- und Kabelübertragungen ist das allmähliche Ende von Hochleistungsfunksignalen, wodurch die Erde für jeden, der mithört, viel schwieriger zu „hören“ wird.) Im Jahr 1974 wurde jedoch eine formalisierte Nachricht ausgestrahlt aus dem neu renovierten Arecibo-Teleskop in Puerto Rico. Wieder von Drake und Sagan entworfen, enthielt das binäre Radiosignal [links] Informationen über den Aufbau unserer DNA und Piktogramme eines Menschen, des Sonnensystems und des Arecibo-Teleskops. Die Sendung war letztlich eher eine symbolische Demonstration der Leistungsfähigkeit der neuen Arecibo-Ausrüstung als ein systematischer Versuch, mit ET Kontakt aufzunehmen. Der Sternhaufen, an den das Signal gesendet wurde, wurde hauptsächlich ausgewählt, weil er während der Umbauzeremonie, bei der die Übertragung stattfinden sollte, am Himmel stand. Darüber hinaus wird sich der Haufen während der 25.000 Jahre, die die Nachricht braucht, um dorthin zu gelangen, außerhalb der Reichweite des Strahls bewegt haben. Es war ein Hinweis darauf, dass wir wahrscheinlich keine Nachrichten senden würden, da es viel billiger und einfacher war, Radioteleskope zum Zuhören statt zum Reden zu verwenden. Aber Sagan und Drake hatten 1977 mit dem Start der Voyager Sonden.

    Voyager Golden Records (Reisende 1 und 2)

    Während die Pioneer Plaques in einem komprimierten Zeitrahmen von drei Wochen entworfen wurden und die Arecibo-Botschaft nach dem Zeitplan einer Cocktailparty gesendet wurde, sollten die Voyager Golden Records ein kurzes Kompendium der menschlichen Erfahrung auf der Erde sein und erhielten so die Zeit und Ressourcen des NASA-Komitees, um sie außergewöhnlich zu machen. Die Goldenen Schallplatten enthalten 115 Videobilder, Grußworte in 55 Sprachen, 90 Minuten Musik aus aller Welt sowie eine Auswahl an Naturgeräuschen wie Vogelgezwitscher, Brandung und Donner. Auch hier ist Wasserstoff der Schlüssel zum Entschlüsseln der Botschaften. Das gleiche Diagramm der niedrigsten Zustände, das auf den Pioneer Plaques erschien, beschreibt hier die Karte, die die Sonne in der Milchstraße lokalisiert. Es informiert den Entdecker, wie die Schallplatte abgespielt werden soll, mit welcher Geschwindigkeit und was ihn bei der Suche nach den Videobildern erwartet. Es ist sogar mit einer Uranprobe galvanisiert, so dass die Halbwertszeit weit in die Zukunft datiert sein könnte. Seit der Voyager Sonden bewegen sich viel langsamer als Radiowellen, sie brauchen fast doppelt so lange wie die Arecibo-Botschaft, um ihre Zielsterne zu erreichen. Selbst dann, nach 40.000 Jahren, werden sie nur noch anderthalb Lichtjahre entfernt sein. Das entspricht etwa dem 130-fachen der Entfernung, die Pluto von unserer Sonne hat. Es ist eine Untertreibung zu sagen, dass jedes dieser Leuchtfeuer, die wir gesendet haben, eine sehr lange Chance hat, eine intelligente Zivilisation zu erreichen, falls eine existiert und zufällig in der allgemeinen Richtung existiert, in die sie reisen. Es erinnert daran, wie unmenschlich die Skalen werden, wenn wir die Entfernungen im Weltraum messen und versuchen, Wege zu finden, sie bei unserer Suche nach anderen wie uns zu übertreffen.

    Meteoriten

    Wenn Astrobiologen über den Ursprung des Lebens auf unserem Planeten nachdenken, suchen sie oft nach externen Quellen für die Zutaten. Asteroiden, Kometen und Meteoriten sind die uralten Relikte der Geburt unseres Sonnensystems. Sie sind die eisigen und felsigen Teile, die herumwirbeln, ineinander und in Monde und Planeten krachen und Mineralien, Wasser und, wie sich herausstellt, Aminosäuren liefern. Seine Aminosäuren – insbesondere zwanzig – sind die Grundlage für die Proteinbildung, die wiederum die Grundlage für das Leben sind. Bisher haben wir nur acht dieser zwanzig in Meteoriten entdeckt. Wo sich die anderen gebildet haben, könnte eines der Geheimnisse des Lebens auf der Erde und möglicherweise des Lebens auf anderen Planeten sein. Im historischen Miller-Urey-Experiment von 1953 wurden eine Mischung aus Wasser und den Elementen einer Uratmosphäre gemischt und elektrifiziert, um die Suppe der frühen Erde zu simulieren. Am Ende einer Woche waren Aminosäuren gebildet worden. Natürlich gibt es unzählige andere unbekannte Prozesse, die ablaufen müssen, um uns von Aminosäuren zum Leben zu führen. Wie Dr. Seth Shostak vom SETI Institute es ausdrückte: „Nur weil Sie eine Ziegelei in Ihrem Garten haben, heißt das nicht, dass eines Tages ein Wolkenkratzer auftauchen wird.“

    Extremophile

    Das Studium von Extremophilen kann dem Studium von Außerirdischen so nahe kommen, wie wir es nicht erreichen, bevor wir tatsächlich außerirdisches Leben finden. Extremophile sind Organismen, die in Umgebungen leben, die für alles andere Leben, wie wir es kennen, unwirtlich sind. Einige können diese Extreme von Temperatur, Druck und Säure sogar physisch benötigen, um zu überleben. Sie wurden kilometerweit unter der Meeresoberfläche und auf den Gipfeln des Himalayas gefunden, von den Polen bis zum Äquator, bei Temperaturen von fast dem absoluten Nullpunkt bis über 300 Grad Fahrenheit. Die meisten Extremophilen sind einzellige Mikroorganismen, wie die Domäne Archea, deren Mitglieder 20 Prozent der Biomasse der Erde ausmachen können. Dies sind die Kreaturen, die wir auf dem Mars erwarten würden. Aber vielleicht die fremdartigsten aller Extremophilen, die dem Menschen bekannt sind, sind die millimeterlangen Bärtierchen oder Wasserbären [links], die so genannt werden, weil sie die Fähigkeit haben, Kryptobiose zu durchlaufen. Es ist eine extreme Form des Winterschlafs, bei der alle Stoffwechselaktivitäten fast vollständig zum Erliegen kommen und es den Tieren ermöglicht, alles zu überleben, von massiv tödlichen Strahlendosen (für den Menschen) bis hin zum Vakuum des Weltraums.Einige argumentieren, dass dieser suspendierte Zustand Bärtierchen technisch gesehen nicht als Extremophile qualifiziert, weil sie in diesen Umgebungen nicht gedeihen, sondern sich lediglich vor dem Tod schützen. Je mehr wir jedoch über die Fähigkeit dieser Organismen wissen, einer Umgebung standzuhalten, von der angenommen wird, dass sie für das Leben unwirtlich ist, desto näher kommen wir möglicherweise ihrer Entdeckung außerhalb unseres Planeten.

    Das Wow! Signal

    Obwohl die NASA Project Cyclops tötete, bevor es begann, bedeutete das nicht, dass in den 1970er Jahren niemand in den Kosmos lauschte. Im ganzen Land und auf der ganzen Welt gab es mehrere kleine SETI-Projekte, von denen viele mit Universitätsgeräten betrieben wurden. Eines der bekanntesten – und am längsten laufenden Arbeiten von SETI – war das Big Ear Radioteleskop, das von der Ohio State University betrieben wird. Das Big Ear hatte die Größe von drei Fußballfeldern und sah aus wie ein riesiger silberner Parkplatz mit Gerüsten für riesige Autokinos an beiden Enden. Am 15. August 1977 empfing das Big Ear 72 Sekunden lang ein Signal, das so weit von den Karten entfernt war, dass der Astronom, der die Signalausdrucke überwachte, die alphanumerische Sequenz umkreiste und am Rand “Wow!” schrieb. Das Signalmuster stieg und fiel perfekt synchron mit der Art und Weise, wie sich das Teleskop durch seinen Fokusstrahl bewegte. Als es in Sicht kam, wurde es immer stärker. Wenn das Signal terrestrisch gewesen wäre, wäre es mit voller Stärke eingegangen. Es war das Beste, was jemand je gesehen hatte. Leider zwei weitere Attribute des Wow! Signal wirkte dagegen, dass es sich um ein legitimes ET-Beacon handelt. Die erste hatte damit zu tun, wie das Big Ear Radiowellen sammelte. Es verwendet zwei Kollektoren im Abstand von drei Minuten nebeneinander. Jedes Signal, das vom ersten erfasst wurde, musste drei Minuten später vom zweiten erfasst werden, aber das war beim Wow! Signal. Nur das erste Horn erwischte es. Noch entmutigender ist, dass es seitdem nicht mehr gesehen wurde. Viele Operationen haben es versucht, empfindlichere Geräte verwendet und sich viel länger auf die angebliche Quelle konzentriert, ohne Erfolg.

    Projekt Phoenix und das SETI Institut

    Die zielgerichtete Suche mit hochauflösenden Mikrowellen-Umfragen der NASA hatte nie wirklich eine Chance. Sobald es 1992 in Gang kam, begannen die Kongressmitglieder es als Verschwendung von Steuergeldern zu betrachten und als leichtfertig zu verspotten (obwohl es weniger als 0,1 Prozent des jährlichen Betriebsbudgets der NASA ausmachte). Als es im Herbst 1993 abgesagt wurde, zog das SETI-Institut ein, um das wissenschaftliche und technische Kernteam zu retten und die Arbeit unter seiner Schirmherrschaft fortzusetzen. Es wurde in Phoenix Project umbenannt und lief von 1994 bis 2004 ein Jahrzehnt lang ausschließlich aus Mitteln privater Spenden. Das Projekt nutzte eine Vielzahl von großen Teleskopen aus der ganzen Welt, um seine Forschungen durchzuführen und fast 800 Sterne in einer Entfernung von bis zu 240 Lichtjahren zu beobachten. Nach dem Durchlaufen einer Milliarde Frequenzkanäle für jeden der 800 Sterne im Laufe von 11.000 Beobachtungsstunden endete das Programm, ohne ein brauchbares ET-Signal entdeckt zu haben.

    [email protected] an der UC Berkeley

    Wenn Sie etwas über SETI wissen und ein gewisses Alter haben, wissen Sie es wahrscheinlich aufgrund des [email protected] an der University of California, Berkeley. [email protected] war eines der ersten erfolgreichen verteilten Computerprojekte. Das Konzept hinter diesen Projekten funktioniert so: Forscher, die über riesige Mengen an Rohdaten verfügen und keine Möglichkeit haben, sie alle selbst zu verarbeiten, teilen sie in winzige Brocken auf und vergeben sie an Subunternehmer. Wenn Sie sich für ein verteiltes Projekt anmelden, erhält Ihr Computer einen dieser Blöcke und arbeitet daran, wenn er nicht beschäftigt ist, beispielsweise wenn Sie Ihren Schreibtisch verlassen, um einen Kaffee zu trinken oder zu Mittag zu essen. Wenn Ihr Computer fertig ist, sendet er diesen Teil zurück und bittet um einen anderen. Insgesamt gesehen können verteilte Computing-Projekte eine ansonsten unmögliche Menge an Rechenleistung nutzen. Das Projekt [email protected] bezieht derzeit alle seine Daten vom Radioteleskop Arecibo. Es greift andere astronomische Forschungen auf, indem es Signale von dem Ort sammelt, auf den das Teleskop in den kurzen Momenten, in denen es nicht verwendet wird, gerade gerichtet ist. Obwohl das Projekt noch kein ET-Signal entdeckt hat, war es enorm nützlich, um zu beweisen, dass verteilte Computerlösungen funktionieren und gut funktionieren, da sie über zwei Millionen Jahre Gesamtrechenzeit protokolliert haben.

    Vatikanische Sternwarte

    Galileo war nicht der einzige Astronom, der von der katholischen Kirche der Ketzerei wegen seines Glaubens an ein heliozentrisches Universum beschuldigt wurde. Giordano Bruno wurde im 16. Jahrhundert auf dem Scheiterhaufen verbrannt, weil er argumentierte, dass jeder Stern sein eigenes Planetensystem habe. Wie weit ist die Kirche also mit der Ankündigung der Vatikanischen Sternwarte Anfang dieses Jahres gekommen, dass man an Gott und an Außerirdische glauben kann und dies kein Widerspruch im Glauben ist. Reverend Joes Gabriel Funes, Direktor des Observatoriums, sagt, dass die schiere Größe des Universums auf die Möglichkeit außerirdischen Lebens hindeutet. Da ein ET Teil der Schöpfung wäre, würden sie als Geschöpfe Gottes betrachtet.

    Extrasolare Planeten

    Wenn man sagen könnte, dass eine einzige Entdeckung die Suche nach extrasolaren Planeten ausgelöst hat, dann wäre es die von 51 Pegasi b [links] im Jahr 1995. Es war der erste extrasolare Planet, der einen normalen Stern umkreist und mit Hilfe der Den gleichen Doppler-Effekt erleben wir jeden Tag, wenn eine Sirene mit hoher Geschwindigkeit an uns vorbeifährt. Es war damals eine populäre Nachricht – endlich hatten wir die Bestätigung, dass nur kann sein unser Sonnensystem war nicht einzigartig. Seit diesem Tag haben wir gelernt, wie verbreitet unser System tatsächlich sein kann. Anfang Juni 2008 beträgt die Zahl der bestätigten extrasolaren Planeten fast 300. Sie steigt jedes Jahr exponentiell an, da unsere Technologien zur Erkennung immer ausgefeilter werden. Natürlich sind die allermeisten dieser Planeten Gasriesen in engen, kurzen Umlaufbahnen um ihre Sterne – nicht die Art von Himmelskörpern, auf denen wir Leben erwarten. Das soll nicht heißen, dass es nicht auch erdähnliche, terrestrische Planeten gibt. Es ist nur so, dass die Gasriesen viel einfacher zu sehen sind, wenn wir auf die Suche gehen, weil sie dazu neigen, innerhalb weniger Tage um ihre Elternsterne zu kreisen. Wir beobachten diese Sterne auf Variationen in der Art und Weise, wie sie Licht abgeben, aber erkennen die Planeten selbst nicht, weil sie so viel dunkler sind als ihre Elternsterne. Gasriesen sind groß genug und bewegen sich schnell genug, um von hier auf der Erde einen spürbaren Effekt auf ihre Sterne zu erzeugen, aber für einen Planeten, der der Größe der Erde ähnelt, ist dies nicht der Fall. Um einen erdgroßen Planeten zu finden, müssten wir einen Stern jahrelang ununterbrochen beobachten und in der Lage sein, die geringste Helligkeitsänderung zu erkennen, wenn der Planet vor ihm vorbeizieht (bekannt als Transit). Zum Glück für SETI-Enthusiasten hat die NASA genau diese Mission auf ihrem Zeitplan für den Start im nächsten Jahr.

    Die Kepler-Mission

    Die Suche nach Planeten ist zwangsläufig harte Arbeit. Im astronomischen Schema der Dinge sind die meisten Planeten sehr klein und erdähnliche Planeten enorm, sogar unmerklich klein. Für Astronomen ist es schwierig genug, Planeten in der Größenordnung eines Jupiters zu entdecken, fast unmöglich, eine Erde zu finden, die etwa 1.000 Mal kleiner ist. Die Kepler-Mission der NASA ist die Lösung für dieses Problem. Es ist ein Weltraumteleskop [links], das fast vier Jahre lang auf ein Sternenfeld in unserer Galaxie gerichtet ist, nie von diesem einzigen Fokuspunkt abweicht und kontinuierlich die Helligkeit von mehr als 100.000 Sternen überwacht. Die Idee hinter der Mission besteht darin, mit der Transitmethode der Entdeckung extrasolare Planeten wie die Erde zu finden. Ein Transit tritt auf, wenn ein Planet zwischen seinem Stern und dem Beobachter (dem Kepler-Teleskop) vorbeigeht, währenddessen der Stern vorübergehend zu verdunkeln scheint, was zwischen 2 und 16 Stunden dauert. Natürlich muss die Umlaufbahn des Planeten auf unserer Sichtebene ausgerichtet sein, deren Wahrscheinlichkeit für jeden sonnenähnlichen Stern 0,5 Prozent beträgt. Aber mit der Verfolgung von 100.000 Sternen hofft die NASA, bis zum Abschluss der Mission mindestens 50 erdgroße Planeten zu entdecken, wenn die beobachtbaren Planeten bis zu doppelt so groß wie die Erde sind.

    Das Leben ist vielleicht nicht einmal, sondern viele Male auf der Erde entstanden

    IN 4,5 Milliarden Jahren Erdgeschichte entstand das Leben, wie wir es kennen, nur einmal. Jedes Lebewesen auf unserem Planeten teilt die gleiche Chemie und kann auf “LUCA” zurückverfolgt werden, den letzten universellen gemeinsamen Vorfahren. Wir gehen also davon aus, dass das Leben wirklich schwer in Gang gekommen sein muss und erst entsteht, wenn sich fast unmögliche Umstände zusammenfügen.

    Oder war es? Einfache Experimente von Biologen, die darauf abzielen, die frühesten Momente des Lebens nachzubilden, stellen diese Annahme in Frage. Das Leben, so scheint es, ist eine Frage der grundlegenden Chemie – keine Magie erforderlich, keine seltenen Zutaten, kein Blitz aus heiterem Himmel.

    Und das legt eine noch faszinierendere Möglichkeit nahe. Anstatt nur einmal in einem chemisch gesegneten Urteich zu entstehen, kann das Leben viele Ursprünge gehabt haben. Es hätte Hunderttausende von Jahren in vielen verschiedenen Formen immer wieder in Gang kommen können und erst zu dem werden, was wir heute sehen, als alles andere beim ersten Massenaussterben der Erde ausgelöscht wurde. In seinen frühesten Tagen auf dem Planeten war das Leben, wie wir es kennen, vielleicht nicht allein.

    Und was ist mit dem Leben auf anderen Planeten? Lesen Sie über die Suche nach Leben in den anderen Meeren des Sonnensystems

    Um es klar zu sagen, wovon wir sprechen, kam lange vor Tieren oder Pflanzen oder sogar Mikroben. Wir gehen gleich zurück zum Anfang, als die einzigen Dinge, die der Beschreibung von “life” entsprechen, kaum mehr als molekulare Maschinen waren. Selbst dann, nachdem man Körper, Organe und Zellen abgestreift und alles auf die wesentlichen Reaktionen reduziert hat, erscheinen die Dinge teuflisch komplex. Das Leben braucht zumindest eine Art Code, es &hellip

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    Erdenleben 'könnte vom Mars gekommen sein' - Geschichte

    Viking 1 - USA Mars Orbiter/Lander - 3.527 kg inklusive Treibstoff - (20. August 1975 - 7. August 1980)

    • Die Raumschiffe Viking 1 und 2 enthielten Orbiter (entworfen nach den Orbitern Mariner 8 und 9) und Lander. Der Orbiter wog 883 kg und der Lander 572 kg. Viking 1 startete vom Kennedy Space Center aus, machte am 20. August 1975 die Reise zum Mars und ging am 19. Juni 1976 in eine Umlaufbahn um den Planeten. Der Lander landete am 20. Juli 1976 auf den Westhängen der Chryse Planitia ( Goldene Ebenen). Viking 2 wurde am 9. November 1975 zum Mars gestartet und am 3. September 1976 gelandet. Beide Lander führten Experimente zur Suche nach Mars-Mikroorganismen durch. Die Ergebnisse dieser Experimente werden noch diskutiert. Die Lander lieferten detaillierte Farbpanoramaansichten des Marsgeländes. Sie überwachten auch das Marswetter. Die Orbiter kartierten die Oberfläche des Planeten und nahmen über 52.000 Bilder auf. Die Hauptmission des Viking-Projekts endete am 15. November 1976, elf Tage vor der überlegenen Konjunktion des Mars (seiner Passage hinter der Sonne), obwohl die Viking-Raumsonde nach dem ersten Erreichen des Mars noch sechs Jahre lang in Betrieb war. Der Orbiter Viking 1 wurde am 7. August 1980 deaktiviert, als ihm der Treibstoff zur Höhenkontrolle ausging. Der Lander Viking 1 wurde am 13. November 1982 versehentlich abgeschaltet, und die Kommunikation wurde nie wiederhergestellt. Seine letzte Übertragung erreichte die Erde am 11. November 1982. Controller des Jet Propulsion Laboratory der NASA versuchten weitere sechseinhalb Monate erfolglos, den Kontakt zum Lander wieder herzustellen, schlossen die Gesamtmission jedoch am 21. Mai 1983 endgültig ab.
      Klicken Sie hier, um weitere Informationen zu den Wikinger-Missionen zu erhalten.
    • Phobos 1 wurde geschickt, um den Marsmond Phobos zu untersuchen. Es ging am 2. September 1988 auf dem Weg zum Mars durch einen Befehlsfehler verloren.
    • Phobos 2 erreichte den Mars und wurde am 30. Januar 1989 in die Umlaufbahn gebracht. Der Orbiter bewegte sich 800 Kilometer von Phobos entfernt und versagte dann. Der Lander hat es nie bis Phobos geschafft.
    • Die Kommunikation mit dem Mars Observer ging am 21. August 1993 verloren, kurz bevor er in die Umlaufbahn gebracht werden sollte.
    • Die Mission Mars Global Surveyor (MGS) wurde aufgrund des Verlustes der Raumsonde Mars Observer am 7. November 1996 gestartet. MGS befindet sich in einer Umlaufbahn des Mars und kartiert seit März 1998 erfolgreich die Oberfläche. Klicken Sie hier, um die MGS-Seite zu besuchen bei JPL.
    • Mars '96 bestand aus einem Orbiter, zwei Landern und zwei Bodeneindringern, die den Planeten im September 1997 erreichen sollten ein wilder Sturz. Es stürzte irgendwo zwischen der chilenischen Küste und der Osterinsel ins Meer. Das Raumschiff sank und trug 270 Gramm Plutonium-238 mit sich.
    • Der Mars Pathfinder lieferte am 4. Juli 1997 einen stationären Lander und einen Oberflächenrover zum Roten Planeten. Der sechsrädrige Rover namens Sojourner erkundete das Gebiet in der Nähe des Landers. Das Hauptziel der Mission bestand darin, die Machbarkeit kostengünstiger Landungen auf der Marsoberfläche zu demonstrieren. Dies war die zweite Mission in der kostengünstigen Discovery-Serie der NASA. Nach großem wissenschaftlichen Erfolg und öffentlichem Interesse endete die Mission offiziell am 4. November 1997, als die NASA die tägliche Kommunikation mit dem Pathfinder-Lander und dem Sojourner-Rover beendete.
    • Das japanische Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) startete diese Sonde am 4. Juli 1998, um die Umgebung des Mars zu untersuchen. Dies wäre die erste japanische Raumsonde gewesen, die einen anderen Planeten erreicht hätte. Die Sonde sollte im Dezember 2003 auf dem Mars eintreffen. Nach Überarbeitung des Flugplans aufgrund früherer Probleme mit der Sonde wurde die Mission am 9. Dezember 2003 abgebrochen, da ISAS nicht mit der Sonde kommunizieren konnte, um sie vorzubereiten orbitale Einfügung.
    • Dieser Orbiter war das Begleitraumfahrzeug des Mars Surveyor '98 Lander, aber die Mission schlug fehl. Klicken Sie hier, um den Bericht des Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board zu lesen.
    • Der Polar Lander sollte am 3. Dezember 1999 auf dem Mars landen. Auf der Reisebühne des Mars Polar Lander waren zwei Deep Space 2-Aufprallsonden namens Amundsen und Scott montiert. Die Sonden hatten jeweils eine Masse von 3,572 kg. Die Reisestufe sollte sich vom Mars Polar Lander trennen, und anschließend sollten sich die beiden Sonden von der Reisebühne lösen. Die beiden Sonden sollten 15 bis 20 Sekunden vor der Landung des Mars Polar Lander auf die Oberfläche aufschlagen. Bodenpersonal war nicht in der Lage, das Raumfahrzeug und die beiden Sonden zu kontaktieren. Die NASA kam zu dem Schluss, dass das Raumfahrzeug aufgrund von Störsignalen während des Einsatzes des Landerbeins glaubte, es sei gelandet, was zu einer vorzeitigen Abschaltung der Triebwerke des Raumfahrzeugs und zur Zerstörung des Landers beim Aufprall führte.
    • Dieser Mars-Orbiter erreichte den Planeten am 24. Oktober 2001 und diente als Kommunikationsrelais für zukünftige Mars-Missionen. Im Jahr 2010 brach Odyssey den Rekord für die dienstälteste Raumsonde auf dem Roten Planeten. Es wird die Landung des Mars Science Laboratory im Jahr 2012 und die Oberflächenoperationen dieser Mission unterstützen. Klicken Sie hier für weitere Informationen.
    • Der Mars Express Orbiter und der Beagle 2 Lander wurden gemeinsam am 2. Juni 2003 gestartet. Der Beagle 2 wurde am 19. Dezember 2003 vom Mars Express Orbiter entlassen. Der Mars Express kam am 25. Dezember 2003 erfolgreich an. Der Beagle 2 wurde ebenfalls die Landung am 25. Dezember 2003 geplant ist, konnten die Bodenlotsen jedoch nicht mit der Sonde kommunizieren. Klicken Sie hier für weitere Informationen.
    • Als Teil der Mars Exploration Rover (MER) Mission wurde "Spirit", auch bekannt als MER-A, am 10. Juni 2003 gestartet und am 3. Januar 2004 erfolgreich auf dem Mars angekommen. Die letzte Kommunikation mit Spirit fand am 22. März 2010 statt Am 25. Mai 2011 beendete das JPL die Versuche, den Kontakt wiederherzustellen.
    • "Opportunity", auch bekannt als MER-B, wurde am 7. Juli 2003 gestartet und erreichte am 24. Januar 2004 erfolgreich den Mars. Klicken Sie hier, um weitere Informationen zur MER-Mission zu erhalten.

    Mars-Aufklärungsorbiter &ndash USA Mars Orbiter - 1.031 kg - (12. August 2005)

    • Der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) wurde am 12. August 2005 für eine siebenmonatige Reise zum Mars gestartet. MRO erreichte den Mars am 10. März 2006 und begann seine wissenschaftliche Mission im November 2006. Klicken Sie hier für weitere Informationen.

    Phönix &ndash USA Mars Lander - 350 kg - (4. August 2007)

    • Der Phoenix Mars Lander wurde am 4. August 2007 gestartet und landete am 25. Mai 2008 auf dem Mars. Er ist der erste im Scout-Programm der NASA. Phoenix wurde entwickelt, um die Geschichte des Wasser- und Bewohnbarkeitspotenzials in der eisreichen Erde der Marsarktis zu untersuchen. Der solarbetriebene Lander beendete seine dreimonatige Mission und arbeitete weiter, bis das Sonnenlicht zwei Monate später nachließ. Die Mission wurde im Mai 2010 offiziell beendet. Klicken Sie hier für weitere Informationen von der NASA HQ-Site und hier für mehr von der JPL-Universität von Arizona.

    Phobos-Grunt &ndash Russland Mars Lander - 730 kg/Yinghuo-1 &ndash China Mars Orbital Sonde &ndash 115 kg - (8. November 2011)

    • Die Raumsonde Phobos-Grunt sollte auf dem Marsmond Phobos landen. Die russische Raumsonde hat die Erdumlaufbahn nicht richtig verlassen, um ihre Flugbahn zum Mars aufzunehmen. Yinghuo-1 war eine geplante chinesische Mars-Orbitalsonde, die zusammen mit Phobos-Grunt gestartet wurde. Beide Schiffe wurden im Januar 2012 beim Wiedereintritt aus der Erdumlaufbahn zerstört.

    Mars Science Laboratory &ndash USA Mars Rover &ndash 750 kg - (26. November 2011)

    • Das Mars Science Laboratory wurde am 26. November 2011 in Betrieb genommen. Mit seinem Rover namens Curiosity soll die NASA-Mission Mars Science Laboratory untersuchen, ob der Mars jemals eine Umgebung hatte, die kleine Lebensformen namens Mikroben unterstützte. Curiosity landete am 6. August 2012 um 01:31 Uhr EDT erfolgreich im Gale-Krater. Klicken Sie hier, um weitere Informationen von der NASA JPL-Site zu erhalten.

    Mars-Orbiter-Mission (Mangalyaan) &ndash India Mars Orbiter - 15 kg - (5. November 2013)

    • Die indische Mars Orbiter Mission wurde am 5. November 2013 vom Satish Dhawan Space Center aus gestartet. Es wurde am 24. September 2014 in eine Umlaufbahn um den Mars eingeführt und beendete seine geplante Missionsdauer von 160 Tagen im März 2015. Das Raumfahrzeug ist weiterhin in Betrieb, kartiert den Planeten und misst die Strahlung.

    MAVEN &ndash USA Mars Orbiter &ndash 2.550 kg - (Start 18. November 2013)

    • MAVEN (Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN) war die zweite Mission, die für das Mars-Scout-Programm der NASA ausgewählt wurde. Es startete am 18. November 2013 und trat am 21. September 2014 in eine Umlaufbahn um den Mars ein. Die Mission von MAVEN besteht darin, kritische Messungen der Marsatmosphäre zu erhalten, um den dramatischen Klimawandel im Laufe seiner Geschichte besser zu verstehen. Klicken Sie hier, um mehr über MAVEN zu erfahren.

    Einblick &ndash USA Mars Lander - (Startfenster 8. März - 27. März 2016)


    Eine uralte Kollision

    Also beschloss die Gruppe der Studienautoren, eine andere Theorie zu testen: Was wäre, wenn ein anderer Planet die Leckereien bringen würde?

    "Die Erde hätte mit vielen verschiedenen Arten von Planeten kollidieren können", sagte Grewal gegenüber Live Science. Könnte einer dieser Planeten der Masse der Silikat-Erde das richtige Verhältnis an Elementen gegeben haben?

    Wenn diese Kollision passiert wäre, wären die beiden Planetenkerne verschmolzen und die beiden Mäntel wären verschmolzen.

    Also machten sie sich daran, einen möglichen Planeten zu erschaffen, der mit unserem hätte kollidieren können.

    Im Labor schufen Grewal und sein Team in einem Ofen der besonderen Art die Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen, unter denen sich ein Planetenkern bilden könnte. In Kapseln aus Graphit (einer Form von Kohlenstoff) kombinierten sie metallisches Pulver (das den Kern darstellt und Elemente wie an Stickstoff gebundenes Eisen enthält) mit unterschiedlichen Anteilen von Silikatpulver (einer Mischung aus Silizium und Sauerstoff, die den hypothetischen Planeten nachahmen soll). Mantel).

    Durch Variation der Temperatur, des Drucks und der Schwefelanteile in ihren Experimenten erstellte das Team Szenarien, wie sich diese Elemente zwischen dem Kern und dem Rest des hypothetischen Planeten hätten aufteilen können.

    Sie fanden heraus, dass Kohlenstoff in Gegenwart hoher Konzentrationen von Stickstoff und Schwefel viel weniger bereit ist, sich an Eisen zu binden, während Stickstoff selbst dann an Eisen bindet, wenn viel Schwefel vorhanden ist. Damit Stickstoff aus dem Kern ausgeschlossen werden und in anderen Teilen des Planeten vorhanden sein kann, müsste er also sehr hohe Schwefelkonzentrationen enthalten, sagte Grewal.

    Diese Möglichkeiten fütterten sie dann zusammen mit Informationen über das Verhalten verschiedener flüchtiger Elemente und die heutigen Mengen an Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel in den äußeren Schichten der Erde in eine Simulation ein.

    Nach über 1 Milliarde Simulationen fanden sie heraus, dass das Szenario, das am sinnvollsten war und das wahrscheinlichste Timing hatte und zu einem korrekten Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff führen konnte, eine Kollision und Verschmelzung der Erde mit einem Marsgroßer Planet, der in seinem Kern etwa 25 bis 30 Prozent Schwefel enthielt.

    Diese Theorie "ist sehr wahrscheinlich", sagte Céacutelia Dalou, eine experimentelle Petrologin am Centre de Recherches Péeacutetrographiques et Géacuteochimiques in Frankreich, die nicht an der Studie beteiligt war. "Diese Arbeit ist ein sehr erfolgreiches Ergebnis jahrelanger Forschung verschiedener Teams."


    Feuer und Eis

    Im Jahr 2008 schaufelte ein Mars-Rover namens Phoenix Boden in der Nähe des Nordpols des Mars auf, als er Hinweise auf ein ungewöhnliches Salz namens Perchlorat fand. Dies war ein aufregender Fund zu der Zeit, als Wissenschaftler wussten, dass uralte Mikroorganismen auf der Erde Perchlorat als Energiequelle nutzten. Vielleicht, dachten sie, diente dieses Mars-Salzlager einem ähnlichen Zweck?

    Die Autoren der neuen Studie waren aus einem anderen Grund von der salzigen Entdeckung begeistert: Perchlorat ist brennbar und so brennbar, dass es heute auf der Erde hauptsächlich verwendet wird, um Raketentreibstoff und Feuerwerkskörper schneller brennen zu lassen. Wenn Perchlorat im Marsboden reichlich vorhanden ist, sagten die Forscher gegenüber NewScientist, dann könnten Vikings Versuche, diesen Boden zu erhitzen, dazu geführt haben, dass das Perchlorat Feuer fängt und alle organischen Moleküle, die dort möglicherweise vorhanden waren, sofort auslöscht.

    Der Silberstreif am Horizont dieses Szenarios ist, wenn das Perchlorat des Mars tatsächlich irgendwelche kohlenstoffbasierten Moleküle in Vikings Ofen verbrennen würde, dann gäbe es Beweise in der Asche. Wenn Kohlenstoff mit Perchlorat verbrennt, produziert es ein Molekül namens Chlorbenzol - eine Mischung aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Chlor, die monatelang im Boden überdauern kann. Wie es der Zufall wollte, entdeckte der Curiosity-Rover der NASA während einer Expedition im Jahr 2013 Spuren von Chlorbenzol im Marsboden. Für weitere Beweise beschlossen die Forscher, zu Viking selbst zurückzukehren.

    „Wir haben die Viking-Daten nach einem möglichen Reaktionsprodukt zwischen dem Salz und den organischen Stoffen im Viking-Ofen durchsucht“, schreiben die Forscher. Das Team analysierte die ursprünglichen Datensätze, die während der Viking-Mission aufgenommen wurden, erneut und suchte diesmal speziell nach Spuren von Chlorbenzol.

    Laut ihrem neuen Papier fanden die Forscher, wonach sie suchten. Das Team sah Spuren von Chlorbenzol in Proben, die von Viking 2 entnommen wurden, und kamen zu dem Schluss, dass der Lander möglicherweise organisches Material in der Handfläche seiner Roboterhand gehalten hatte, bevor er versehentlich die ganze Menge in Brand setzte.

    Die Studienautorin Melissa Guzman, eine Doktorandin am LATMOS-Forschungszentrum in Frankreich, sagte gegenüber NewScientist, dass diese neuen Beweise zwar zwingend sind, aber kein endgültiger Beweis für organische Stoffe des Mars. Es ist zum Beispiel möglich, dass die in Vikings Ofen zusammen mit dem Marsperchlorat verbrannten Kohlenstoffverbindungen tatsächlich von der Erde stammten und die Proben versehentlich kontaminierten.

    Andere Wissenschaftler sind bereit zu glauben. Daniel Glavin, ein Forscher am Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte gegenüber NewScientist, dass dieses Papier „den Deal“ über organische Stoffe des Mars besiegelt. Tatsächlich legt die Studie nahe, dass an vielen Orten auf dem Roten Planeten organische Moleküle existieren könnten. Ob das bedeutet, dass es dort mikrobielles Leben gibt und ob der Mensch dieses Leben bestätigen kann, bevor es in Brand gesteckt wird, bleibt abzuwarten.


    Inhalt

    Eine der Herausforderungen beim Studium der Abiogenese besteht darin, dass das Reproduktions- und Stoffwechselsystem, das von allen lebenden Lebewesen genutzt wird, drei verschiedene Arten von voneinander abhängigen Makromolekülen umfasst (DNA, RNA und Protein). Dies deutet darauf hin, dass das Leben in seiner jetzigen Form nicht entstanden sein kann, was die Forscher dazu veranlasst hat, Mechanismen zu vermuten, durch die das aktuelle System aus einem einfacheren Vorläufersystem entstanden sein könnte. Das Konzept der RNA als Urmolekül [2] findet sich in Veröffentlichungen von Francis Crick [12] und Leslie Orgel [13] sowie in Carl Woeses Buch von 1967 Der genetische Code. [14] Im Jahr 1962 postulierte der Molekularbiologe Alexander Rich in einem Artikel, den er zu einem zu Ehren des Nobelpreisträgers Albert Szent-Györgyi herausgegebenen Band beitrug, eine ähnliche Idee. [15] Hans Kuhn legte 1972 einen möglichen Prozess dar, durch den das moderne genetische System aus einer nukleotidbasierten Vorstufe entstanden sein könnte, und dies führte 1976 dazu, dass Harold White beobachtete, dass viele der für die enzymatische Funktion essentiellen Cofaktoren entweder Nukleotide oder könnte von Nukleotiden abgeleitet sein. Er schlug ein Szenario vor, bei dem die kritische Elektrochemie enzymatischer Reaktionen die Beibehaltung der spezifischen Nukleotid-Einheiten der ursprünglichen RNA-basierten Enzyme erfordert hätte, die die Reaktionen ausführen, während die verbleibenden Strukturelemente der Enzyme allmählich durch Proteine ​​ersetzt wurden, bis alles übrig blieb der ursprünglichen RNAs waren diese Nukleotid-Cofaktoren, "Fossilien von Nukleinsäureenzymen". [16] Der Begriff „RNA-Welt“ wurde erstmals 1986 von Nobelpreisträger Walter Gilbert in einem Kommentar dazu verwendet, wie neuere Beobachtungen der katalytischen Eigenschaften verschiedener RNA-Formen mit dieser Hypothese übereinstimmen. [17]

    Die Eigenschaften der RNA machen die Idee der RNA-Welthypothese konzeptionell plausibel, obwohl ihre allgemeine Akzeptanz als Erklärung für den Ursprung des Lebens weitere Beweise erfordert. [15] RNA ist dafür bekannt, effiziente Katalysatoren zu bilden, und ihre Ähnlichkeit mit DNA verdeutlicht ihre Fähigkeit, Informationen zu speichern. Die Meinungen gehen jedoch auseinander, ob RNA das erste autonome selbstreplizierende System darstellt oder ein Derivat eines noch früheren Systems war. [2] Eine Version der Hypothese ist, dass eine andere Art von Nukleinsäure, genannt Prä-RNA, war das erste, das als sich selbst reproduzierendes Molekül auftauchte und erst später durch RNA ersetzt wurde. Andererseits deutet die Entdeckung im Jahr 2009, dass aktivierte Pyrimidin-Ribonukleotide unter plausiblen präbiotischen Bedingungen synthetisiert werden können [18], dass es verfrüht ist, die RNA-First-Szenarien abzulehnen. [2] Vorschläge für 'einfach' Prä-RNA Nukleinsäuren umfassen Peptidnukleinsäure (PNA), Threosenukleinsäure (TNA) oder Glykolnukleinsäure (GNA). [19] [20] Trotz ihrer strukturellen Einfachheit und der mit RNA vergleichbaren Eigenschaften muss die chemisch plausible Erzeugung "einfacher" Nukleinsäuren unter präbiotischen Bedingungen noch nachgewiesen werden. [21]

    RNA als Enzym Bearbeiten

    RNA-Enzyme oder Ribozyme kommen im heutigen DNA-basierten Leben vor und könnten Beispiele für lebende Fossilien sein. Ribozyme spielen eine wichtige Rolle, wie die des Ribosoms. Die große Untereinheit des Ribosoms enthält eine rRNA, die für die Peptidbindungs-bildende Peptidyltransferase-Aktivität der Proteinsynthese verantwortlich ist. Es gibt viele andere Ribozymaktivitäten, zum Beispiel führt das Hammerhead-Ribozym eine Selbstspaltung durch [22] und ein RNA-Polymerase-Ribozym kann einen kurzen RNA-Strang aus einer geprimten RNA-Matrize synthetisieren. [23]

    Zu den enzymatischen Eigenschaften, die für den Beginn des Lebens wichtig sind, gehören:

    Selbstreplikation Die Fähigkeit, andere RNA-Moleküle selbst zu replizieren oder zu synthetisieren relativ kurze RNA-Moleküle, die andere synthetisieren können, wurden im Labor künstlich hergestellt. Die kürzeste war 165 Basen lang, obwohl geschätzt wurde, dass nur ein Teil des Moleküls für diese Funktion entscheidend war. Eine Version, 189 Basen lang, hatte eine Fehlerrate von nur 1,1% pro Nukleotid bei der Synthese eines 11 Nukleotide langen RNA-Strangs aus geprimten Matrizensträngen. [24] Dieses Ribozym mit 189 Basenpaaren könnte eine Matrize von maximal 14 Nukleotiden Länge polymerisieren, was für eine Selbstreplikation zu kurz ist, aber eine potenzielle Leitlinie für weitere Untersuchungen darstellt. Die längste Primer-Extension, die von einer Ribozym-Polymerase durchgeführt wurde, betrug 20 Basen. [25] Im Jahr 2016 berichteten Forscher über den Einsatz von In-vitro-Evolution, um die Aktivität und Allgemeingültigkeit eines RNA-Polymerase-Ribozyms dramatisch zu verbessern, indem Varianten ausgewählt wurden, die funktionelle RNA-Moleküle aus einer RNA-Matrize synthetisieren können. Jedes RNA-Polymerase-Ribozym wurde so konstruiert, dass es mit seinem neuen, synthetisierten RNA-Strang verbunden bleibt, wodurch das Team erfolgreiche Polymerasen isolieren konnte. Die isolierten RNA-Polymerasen wurden erneut für eine weitere Evolutionsrunde verwendet. Nach mehreren Evolutionsrunden erhielten sie ein RNA-Polymerase-Ribozym namens 24-3, das fast jede andere RNA kopieren konnte, von kleinen Katalysatoren bis hin zu langen RNA-basierten Enzymen. Bestimmte RNAs wurden bis zu 10.000 Mal amplifiziert, eine erste RNA-Version der Polymerase-Kettenreaktion (PCR). [26] Katalyse Die Fähigkeit, einfache chemische Reaktionen zu katalysieren – was die Bildung von Molekülen verbessern würde, die Bausteine ​​von RNA-Molekülen sind (d. h. ein RNA-Strang, der die Bildung von mehr RNA-Strängen erleichtern würde). Relativ kurze RNA-Moleküle mit solchen Fähigkeiten wurden im Labor künstlich hergestellt. [27] [28] Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte, dass sich fast jede Nukleinsäure unter geeigneter Auswahl in eine katalytische Sequenz entwickeln kann. Zum Beispiel ein willkürlich gewähltes 50-Nukleotid-DNA-Fragment, das für das kodiert Bos Stier (Rinder-)Albumin-mRNA wurde einer Reagenzglas-Evolution unterzogen, um eine katalytische DNA (Desoxyribozym, auch DNAzyme genannt) mit RNA-Spaltungsaktivität abzuleiten. Bereits nach wenigen Wochen hatte sich ein DNAzym mit signifikanter katalytischer Aktivität entwickelt. [29] Im Allgemeinen ist DNA chemisch viel inerter als RNA und daher viel resistenter gegenüber der Erzielung katalytischer Eigenschaften. Wenn die In-vitro-Evolution für DNA funktioniert, wird dies mit RNA viel einfacher geschehen. Aminosäure-RNA-Ligation Die Fähigkeit, eine Aminosäure an das 3'-Ende einer RNA zu konjugieren, um deren chemische Gruppen zu nutzen oder eine lang verzweigte aliphatische Seitenkette bereitzustellen. [30] Bildung von Peptidbindungen Die Fähigkeit, die Bildung von Peptidbindungen zwischen Aminosäuren zu katalysieren, um kurze Peptide oder längere Proteine ​​herzustellen. Dies geschieht in modernen Zellen durch Ribosomen, einen Komplex aus mehreren RNA-Molekülen, die als rRNA bekannt sind, zusammen mit vielen Proteinen. Die rRNA-Moleküle werden für ihre enzymatische Aktivität verantwortlich gemacht, da keine Aminosäurereste innerhalb von 18Å vom aktiven Zentrum des Enzyms liegen [15] und, wenn die Mehrheit der Aminosäurereste im Ribosom stringent entfernt wurde, die resultierenden Ribosomen behielt seine volle Peptidyltransferase-Aktivität bei und war vollständig in der Lage, die Bildung von Peptidbindungen zwischen Aminosäuren zu katalysieren. [31] Im Labor wurde ein viel kürzeres RNA-Molekül mit der Fähigkeit zur Bildung von Peptidbindungen synthetisiert, und es wurde vermutet, dass sich rRNA aus einem ähnlichen Molekül entwickelt hat. [32] Es wurde auch vermutet, dass Aminosäuren ursprünglich als Cofaktoren an RNA-Molekülen beteiligt waren, die deren enzymatische Fähigkeiten verstärken oder diversifizieren, bevor sie sich zu komplexeren Peptiden entwickeln. In ähnlicher Weise wird vermutet, dass sich tRNA aus RNA-Molekülen entwickelt hat, die begannen, den Aminosäuretransfer zu katalysieren. [33]

    RNA in der Informationsspeicherung Bearbeiten

    RNA ist ein der DNA sehr ähnliches Molekül, mit nur zwei wesentlichen chemischen Unterschieden (das Rückgrat der RNA verwendet Ribose anstelle von Desoxyribose und ihre Nukleobasen enthalten Uracil anstelle von Thymin). Die Gesamtstruktur von RNA und DNA ist immens ähnlich – ein DNA- und einer RNA-Strang können sich binden, um eine Doppelhelixstruktur zu bilden. Dies ermöglicht die Speicherung von Informationen in RNA in sehr ähnlicher Weise wie die Speicherung von Informationen in DNA. RNA ist jedoch weniger stabil, da sie aufgrund des Vorhandenseins einer Hydroxylgruppe an der Ribose 2'-Position anfälliger für Hydrolyse ist.

    Vergleich von DNA- und RNA-Struktur Bearbeiten

    Der Hauptunterschied zwischen RNA und DNA ist das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe an der 2'-Position des Ribosezuckers in der RNA (Abbildung rechts). [15] Diese Gruppe macht das Molekül weniger stabil, da das 2'-Hydroxyl, wenn es nicht in einer Doppelhelix gebunden ist, die benachbarte Phosphodiesterbindung chemisch angreifen kann, um das Phosphodiesterrückgrat zu spalten. Die Hydroxylgruppe zwingt die Ribose auch in die C3'-Endo Zuckerkonformation im Gegensatz zum C2'-Endo Konformation des Desoxyribose-Zuckers in der DNA. Dies zwingt eine RNA-Doppelhelix, von einer B-DNA-Struktur zu einer ähnlicheren A-DNA zu wechseln.

    RNA verwendet auch einen anderen Basensatz als DNA – Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil anstelle von Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Chemisch gesehen ähnelt Uracil Thymin, unterscheidet sich nur durch eine Methylgruppe und seine Herstellung erfordert weniger Energie. [34] Auf die Basenpaarung hat dies keinen Einfluss. Adenin bindet leicht Uracil oder Thymin. Uracil ist jedoch ein Produkt einer Schädigung von Cytosin, das die RNA besonders anfällig für Mutationen macht, die a . ersetzen können GC Basenpaar mit a GU (wackeln) oder AU Basenpaar.

    Es wird angenommen, dass RNA aufgrund ihrer Ordnung in den Biosynthesewegen der DNA vorausgegangen ist. Die zur Herstellung von DNA verwendeten Desoxyribonukleotide werden aus Ribonukleotiden, den Bausteinen der RNA, durch Entfernen der 2'-Hydroxylgruppe hergestellt. Als Konsequenz muss eine Zelle die Fähigkeit haben, RNA herzustellen, bevor sie DNA herstellen kann.

    Einschränkungen der Informationsspeicherung in RNA Edit

    Die chemischen Eigenschaften der RNA machen große RNA-Moleküle von Natur aus fragil und können durch Hydrolyse leicht in ihre Nukleotide zerlegt werden. [35] [36] Diese Einschränkungen machen die Verwendung von RNA als Informationsspeichersystem nicht unmöglich, sondern einfach energieintensiv (um beschädigte RNA-Moleküle zu reparieren oder zu ersetzen) und anfällig für Mutationen. Dies macht es zwar für das gegenwärtige „DNA-optimierte“ Leben ungeeignet, aber für primitiveres Leben könnte es akzeptabel gewesen sein.

    RNA als Regulator Bearbeiten

    Riboswitches wirken als Regulatoren der Genexpression, insbesondere in Bakterien, aber auch in Pflanzen und Archaeen. Riboswitches verändern ihre Sekundärstruktur als Reaktion auf die Bindung eines Metaboliten. Diese Strukturänderung kann zur Bildung oder Unterbrechung eines Terminators führen, die Transkription abschneiden bzw. ermöglichen. [37] Alternativ können Riboschalter die Shine-Dalgarno-Sequenz binden oder okkludieren, was die Translation beeinflusst. [38] Es wurde vermutet, dass diese aus einer RNA-basierten Welt stammen. [39] Darüber hinaus regulieren RNA-Thermometer die Genexpression als Reaktion auf Temperaturänderungen. [40]

    Die Hypothese der RNA-Welt wird durch die Fähigkeit der RNA gestützt, genetische Informationen zu speichern, zu übertragen und zu duplizieren, wie dies bei DNA der Fall ist, und um enzymatische Reaktionen wie proteinbasierte Enzyme durchzuführen. Da sie die Aufgaben übernehmen kann, die heute Proteine ​​und DNA übernehmen, soll RNA einst in der Lage gewesen sein, ein eigenständiges Leben zu ermöglichen. [15] Einige Viren verwenden RNA als genetisches Material anstelle von DNA. [41] Während in Experimenten, die auf dem Miller-Urey-Experiment basieren, keine Nukleotide gefunden wurden, wurde ihre Bildung unter präbiotisch plausiblen Bedingungen im Jahr 2009 berichtet [18] eine Purinbase, Adenin, ist lediglich ein Pentamer von Blausäure. Experimente mit basischen Ribozymen, wie Bakteriophagen-Qβ-RNA, haben gezeigt, dass einfache selbstreplizierende RNA-Strukturen selbst starkem Selektionsdruck (z. B. Kettenterminatoren entgegengesetzter Chiralität) standhalten können. [42]

    Da es keine bekannten chemischen Wege für die abiogene Synthese von Nukleotiden aus Pyrimidin-Nukleobasen Cytosin und Uracil unter präbiotischen Bedingungen gab, wird von einigen angenommen, dass Nukleinsäuren diese Nukleobasen, die in den Nukleinsäuren des Lebens vorkommen, nicht enthalten. [43] Das Nukleosid Cytosin hat eine isolierte Halbwertszeit von 19 Tagen bei 100 °C (212 °F) und 17.000 Jahren in eiskaltem Wasser, was nach Meinung einiger auf der geologischen Zeitskala für eine Akkumulation zu kurz ist. [44] Andere haben in Frage gestellt, ob Ribose und andere Rückgratzucker stabil genug sein könnten, um im ursprünglichen genetischen Material gefunden zu werden, [45] und haben die Frage aufgeworfen, dass alle Ribosemoleküle das gleiche Enantiomer hätten sein müssen, wie jedes Nukleotid von die falsche Chiralität wirkt als Kettenabbruch. [46]

    Pyrimidin-Ribonukleoside und ihre jeweiligen Nukleotide wurden präbiotisch durch eine Folge von Reaktionen synthetisiert, die freie Zucker umgehen und sich schrittweise unter Einbeziehung stickstoff- und sauerstoffhaltiger Chemien zusammensetzen. In einer Reihe von Veröffentlichungen haben John Sutherland und sein Team von der School of Chemistry der University of Manchester hochausbeutende Routen zu Cytidin- und Uridin-Ribonukleotiden gezeigt, die aus kleinen 2- und 3-Kohlenstoff-Fragmenten wie Glykolaldehyd, Glyceraldehyd oder Glyceraldehyd-3 . aufgebaut sind -Phosphat, Cyanamid und Cyanoacetylen. Einer der Schritte in dieser Sequenz ermöglicht die Isolierung von enantiomerenreinem Riboseaminooxazolin, wenn der Enantiomerenüberschuss von Glyceraldehyd 60 % oder mehr beträgt, was möglicherweise im Hinblick auf die biologische Homochiralität von Interesse ist. [47] Dies kann als präbiotischer Reinigungsschritt angesehen werden, bei dem die Verbindung spontan aus einer Mischung der anderen Pentoseaminooxazoline auskristallisierte.Aminooxazoline können mit Cyanoacetylen auf milde und hocheffiziente Weise, gesteuert durch anorganisches Phosphat, zu den Cytidin-Ribonukleotiden reagieren. Die Photoanomerisierung mit UV-Licht ermöglicht die Inversion um das 1'-Anomerenzentrum, um die korrekte Beta-Stereochemie zu erhalten. Ein Problem bei dieser Chemie ist die selektive Phosphorylierung von Alpha-Cytidin an der 2'-Position. [48] ​​2009 zeigten sie jedoch, dass dieselben einfachen Bausteine ​​über die phosphatkontrollierte Nukleobasen-Elaboration direkten Zugang zu 2',3'-cyclischen Pyrimidin-Nukleotiden ermöglichen, von denen bekannt ist, dass sie in RNA polymerisieren können. [18] Die organische Chemikerin Donna Blackmond beschrieb diesen Befund als „starken Beweis“ zugunsten der RNA-Welt. [49] John Sutherland sagte jedoch, dass die Arbeit seines Teams zwar nahelegt, dass Nukleinsäuren eine frühe und zentrale Rolle bei der Entstehung des Lebens spielten, aber nicht unbedingt die RNA-Welt-Hypothese im engeren Sinne stützte, die er als „restriktiv“ bezeichnete , hypothetische Anordnung". [50]

    Das Papier der Sutherland-Gruppe aus dem Jahr 2009 hob auch die Möglichkeit der Photodesinfektion der Pyrimidin-2',3'-cyclischen Phosphate hervor. [18] Eine potenzielle Schwäche dieser Routen ist die Bildung von enantiomerenangereichertem Glyceraldehyd oder seinem 3-Phosphat-Derivat (Glyceraldehyd existiert bevorzugt als sein Keto-Tautomer Dihydroxyaceton). [ Zitat benötigt ]

    Am 8. August 2011 wurde ein auf NASA-Studien mit auf der Erde gefundenen Meteoriten basierender Bericht veröffentlicht, der darauf hindeutet, dass Bausteine ​​der RNA (Adenin, Guanin und verwandte organische Moleküle) außerirdisch im Weltraum gebildet worden sein könnten. [51] [52] [53] Im Jahr 2017 deutet ein numerisches Modell darauf hin, dass die RNA-Welt in warmen Teichen auf der frühen Erde entstanden sein könnte und dass Meteoriten eine plausible und wahrscheinliche Quelle der RNA-Bausteine ​​(Ribose und Nukleinsäuren) waren ) in diese Umgebungen. [54] Am 29. August 2012 berichteten Astronomen der Universität Kopenhagen über den Nachweis eines bestimmten Zuckermoleküls, Glykolaldehyd, in einem entfernten Sternensystem. Das Molekül wurde um den protostellaren Doppelstern gefunden IRAS 16293-2422, die sich 400 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. [55] [56] Da Glykolaldehyd zur Bildung von RNA benötigt wird, deutet dieser Befund darauf hin, dass sich komplexe organische Moleküle in stellaren Systemen vor der Bildung von Planeten bilden können, die schließlich zu einem frühen Zeitpunkt ihrer Entstehung auf jungen Planeten ankommen. [57]

    Nukleotide sind die grundlegenden Moleküle, die sich in Reihe zu RNA verbinden. Sie bestehen aus einer stickstoffhaltigen Base, die an ein Zucker-Phosphat-Rückgrat gebunden ist. RNA besteht aus langen Abschnitten spezifischer Nukleotide, die so angeordnet sind, dass ihre Basensequenz Informationen trägt. Die RNA-Welt-Hypothese besagt, dass in der Ursuppe (oder dem Sandwich) frei schwebende Nukleotide existierten. Diese Nukleotide gingen regelmäßig Bindungen miteinander ein, die oft brachen, weil die Energieänderung so gering war. Bestimmte Sequenzen von Basenpaaren haben jedoch katalytische Eigenschaften, die die Energie ihrer Kettenbildung senken, sodass sie für längere Zeit zusammenbleiben. Da jede Kette länger wurde, zog sie schneller mehr passende Nukleotide an, was dazu führte, dass sich Ketten jetzt schneller bilden als sie zerfallen.

    Diese Ketten wurden von einigen als die ersten primitiven Lebensformen vorgeschlagen. In einer RNA-Welt hätten verschiedene Sätze von RNA-Strängen unterschiedliche Replikationsleistungen gehabt, was ihre Häufigkeit in der Population erhöht oder verringert hätte, d. h. natürliche Selektion. Als die stärksten Sätze von RNA-Molekülen ihre Zahl vergrößerten, konnten sich neue katalytische Eigenschaften, die durch Mutation hinzugefügt wurden, die ihrer Persistenz und Expansion zugute kamen, in der Population ansammeln. Ein solcher autokatalytischer Satz von Ribozymen, der in etwa einer Stunde zur Selbstreplikation fähig ist, wurde identifiziert. Es wurde durch molekulare Konkurrenz hergestellt (in vitro Evolution) von Kandidaten-Enzymmischungen. [58]

    Die Konkurrenz zwischen RNA könnte die Entstehung einer Kooperation zwischen verschiedenen RNA-Ketten begünstigt haben, was den Weg für die Bildung der ersten Protozelle ebnete. Schließlich entwickelten sich RNA-Ketten mit katalytischen Eigenschaften, die die Bindung von Aminosäuren unterstützen (ein Prozess, der als Peptidbindung bezeichnet wird). Diese Aminosäuren könnten dann die RNA-Synthese unterstützen und den RNA-Ketten, die als Ribozyme dienen könnten, den selektiven Vorteil verleihen. Die Fähigkeit, einen Schritt der Proteinsynthese, die Aminoacylierung von RNA, zu katalysieren, wurde in einem kurzen (fünf Nukleotid-)Segment der RNA gezeigt. [59]

    Im März 2015 berichteten NASA-Wissenschaftler, dass zum ersten Mal komplexe organische DNA- und RNA-Verbindungen des Lebens, darunter Uracil, Cytosin und Thymin, im Labor unter Bedingungen gebildet wurden, die nur im Weltraum zu finden sind, unter Verwendung von Ausgangschemikalien wie Pyrimidin, gefunden in Meteoriten. Pyrimidin, wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs), könnte sich laut den Wissenschaftlern in Roten Riesensternen oder in interstellaren Staub- und Gaswolken gebildet haben. [60]

    Im Jahr 2018 identifizierten Forscher des Georgia Institute of Technology drei molekulare Kandidaten für die Basen, die eine früheste Version der Proto-RNA gebildet haben könnten: Barbitursäure, Melamin und 2,4,6-Triaminopyrimidin (TAP). Diese drei Moleküle sind einfachere Versionen der vier Basen in der aktuellen RNA, die in größeren Mengen vorhanden sein könnten und immer noch vorwärtskompatibel mit ihnen sein könnten, aber möglicherweise von der Evolution im Austausch gegen optimalere Basenpaare verworfen wurden. [61] Insbesondere kann TAP mit einer Vielzahl von Zuckern Nukleotide bilden. [62] Sowohl TAP als auch Melaminbasen paaren sich mit Barbitursäure. Alle drei bilden spontan Nukleotide mit Ribose. [63]

    Eine der Herausforderungen der RNA-Welt-Hypothese besteht darin, den Weg zu entdecken, über den ein RNA-basiertes System zu einem auf DNA basierenden System überging. Geoffrey Diemer und Ken Stedman von der Portland State University in Oregon haben möglicherweise eine Lösung gefunden. Bei einer Untersuchung von Viren in einem heißen sauren See im Lassen Volcanic National Park, Kalifornien, fanden sie Beweise dafür, dass ein einfacher DNA-Virus ein Gen von einem völlig unabhängigen RNA-basierten Virus erworben hatte. Virologe Luis Villareal von der University of California Irvine schlägt auch vor, dass Viren, die in der Lage sind, ein RNA-basiertes Gen in DNA umzuwandeln und es dann in ein komplexeres DNA-basiertes Genom einzubauen, in der Viruswelt während des Übergangs von RNA zu DNA möglicherweise üblich waren Vor 4 Milliarden Jahren. [64] [65] Dieser Befund stützt das Argument für die Übertragung von Informationen aus der RNA-Welt in die entstehende DNA-Welt vor dem Auftauchen des letzten universellen gemeinsamen Vorfahren. Aus der Forschung ist die Vielfalt dieser Viruswelt noch immer bei uns.

    Weitere Beweise für das Konzept einer RNA-Welt ergaben sich aus der Forschung an Viroiden, den ersten Vertretern einer neuartigen Domäne "subviraler Krankheitserreger". [66] [67] Viroide sind meist Pflanzenpathogene, die aus kurzen Abschnitten (einige hundert Nukleobasen) hochkomplementärer, zirkulärer, einzelsträngiger und nicht kodierender RNA ohne Proteinhülle bestehen. Im Vergleich zu anderen infektiösen Pflanzenpathogenen sind Viroide extrem klein und reichen von 246 bis 467 Nukleobasen. Im Vergleich dazu ist das Genom der kleinsten bekannten Viren, die eine Infektion verursachen können, etwa 2.000 Nukleobasen lang. [68]

    1989 schlug Diener vor, dass Viroide aufgrund ihrer charakteristischen Eigenschaften plausiblere "lebende Relikte" der RNA-Welt sind als Introns oder andere RNAs, die damals so betrachtet wurden. [69] In diesem Fall haben Viroide potenzielle Bedeutung über die Pflanzenpathologie hinaus für die Evolutionsbiologie erlangt, indem sie die plausibelsten bekannten Makromoleküle darstellen, die in der Lage sind, entscheidende Zwischenschritte in der Evolution des Lebens aus unbelebter Materie zu erklären (siehe: Abiogenese).

    Offenbar schlummerte Dieners Hypothese bis 2014, als Flores et al. veröffentlichte eine Übersichtsarbeit, in der Dieners Beweise für seine Hypothese zusammengefasst wurden. [70] Im selben Jahr veröffentlichte ein Wissenschaftsautor der New York Times eine popularisierte Version von Dieners Vorschlag, in der er jedoch fälschlicherweise Flores et al. mit der ursprünglichen Konzeption der Hypothese. [71]

    Die 1989 aufgeführten relevanten Viroideigenschaften sind:

    1. geringe Größe, bedingt durch fehleranfällige Replikation
    2. hoher Guanin- und Cytosingehalt, der die Stabilität und Replikationstreue erhöht
    3. zirkuläre Struktur, die eine vollständige Replikation ohne genomische Tags gewährleistet
    4. strukturelle Periodizität, die den modularen Aufbau zu vergrößerten Genomen ermöglicht
    5. Mangel an Proteinkodierungsfähigkeit, im Einklang mit einem Ribosomen-freien Lebensraum und
    6. in einigen Fällen wird die Replikation durch Ribozyme – dem Fingerabdruck der RNA-Welt – vermittelt. [70]

    Die Existenz von RNAs in existierenden Zellen mit molekularen Eigenschaften, die für RNAs der RNA-Welt vorhergesagt wurden, stellt ein zusätzliches Argument dar, das die RNA-Welt-Hypothese stützt.

    Eigen et al. [72] und Woese [73] schlugen vor, dass die Genome früher Protozellen aus einzelsträngiger RNA bestehen und dass einzelne Gene separaten RNA-Segmenten entsprechen und nicht wie in heutigen DNA-Genomen Ende-zu-Ende verbunden sind. Eine haploide Protozelle (eine Kopie jedes RNA-Gens) wäre anfällig für Schäden, da eine einzelne Läsion in einem beliebigen RNA-Segment potenziell tödlich für die Protozelle wäre (z. B. durch Blockieren der Replikation oder Hemmen der Funktion eines essentiellen Gens).

    Die Anfälligkeit für Schäden könnte verringert werden, indem zwei oder mehr Kopien jedes RNA-Segments in jeder Protozelle beibehalten werden, d. h. durch Aufrechterhaltung der Diploidie oder Polyploidie. Genomredundanz würde es ermöglichen, ein beschädigtes RNA-Segment durch eine zusätzliche Replikation seines Homologs zu ersetzen. Für einen so einfachen Organismus würde der Anteil der im genetischen Material gebundenen verfügbaren Ressourcen jedoch einen großen Bruchteil des gesamten Ressourcenbudgets ausmachen. Unter begrenzten Ressourcenbedingungen würde die Reproduktionsrate der Protozellen wahrscheinlich umgekehrt zur Ploidiezahl korrelieren. Die Fitness der Protozelle würde durch die Redundanzkosten reduziert. Folglich wäre der Umgang mit beschädigten RNA-Genen bei gleichzeitiger Minimierung der Redundanzkosten wahrscheinlich ein grundlegendes Problem für frühe Protozellen gewesen.

    Es wurde eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt, bei der die Kosten für die Aufrechterhaltung der Redundanz mit den Kosten für Genomschäden abgewogen wurden. [74] Diese Analyse führte zu dem Schluss, dass unter einer Vielzahl von Umständen die gewählte Strategie darin besteht, dass jede Protozelle haploid ist, aber periodisch mit einer anderen haploiden Protozelle fusioniert, um ein transientes Diploid zu bilden. Die Beibehaltung des haploiden Zustands maximiert die Wachstumsrate. Die periodischen Fusionen ermöglichen die gegenseitige Reaktivierung ansonsten tödlich geschädigter Protozellen. Wenn mindestens eine schadensfreie Kopie jedes RNA-Gens im transienten Diploiden vorhanden ist, können lebensfähige Nachkommen gebildet werden. Für die Herstellung von zwei statt einer zu produzierenden lebensfähigen Tochterzellen wäre eine zusätzliche Replikation des intakten RNA-Gens erforderlich, das homolog zu jedem RNA-Gen ist, das vor der Teilung der fusionierten Protozelle beschädigt worden war. Der Zyklus der haploiden Reproduktion mit gelegentlicher Verschmelzung zu einem vorübergehenden diploiden Zustand, gefolgt von einer Aufspaltung in den haploiden Zustand, kann als der Sexualzyklus in seiner primitivsten Form angesehen werden. [74] [75] Ohne diesen Sexualzyklus würden haploide Protozellen mit Schäden in einem essentiellen RNA-Gen einfach sterben.

    Dieses Modell für den frühen Sexualzyklus ist hypothetisch, aber es ist dem bekannten Sexualverhalten der segmentierten RNA-Viren sehr ähnlich, die zu den einfachsten bekannten Organismen gehören. Ein Beispiel für diesen Virustyp ist das Influenzavirus, dessen Genom aus 8 physikalisch getrennten einzelsträngigen RNA-Abschnitten besteht [76]. Bei segmentierten RNA-Viren kann "Paarung" auftreten, wenn eine Wirtszelle mit mindestens zwei Viruspartikeln infiziert wird. Enthalten diese Viren jeweils ein RNA-Segment mit tödlichem Schaden, kann eine Mehrfachinfektion zu einer Reaktivierung führen, sofern mindestens eine unbeschädigte Kopie jedes Virusgens in der infizierten Zelle vorhanden ist. Dieses Phänomen ist als "Multiplizitätsreaktivierung" bekannt. Es wurde berichtet, dass bei Influenzavirus-Infektionen nach Induktion von RNA-Schäden durch UV-Bestrahlung [77] und ionisierende Strahlung eine Multiplizitätsreaktivierung auftritt. [78]

    Patrick Forterre hat an einer neuartigen Hypothese mit dem Namen "drei Viren, drei Domänen" [79] gearbeitet, dass Viren maßgeblich am Übergang von RNA zu DNA und der Evolution von Bakterien, Archaea und Eukaryota beteiligt waren. Er glaubt, dass der letzte universelle gemeinsame Vorfahre [79] RNA-basierte und weiterentwickelte RNA-Viren waren. Einige der Viren entwickelten sich zu DNA-Viren, um ihre Gene vor Angriffen zu schützen. Durch den Prozess der Virusinfektion in die Wirte entwickelten sich die drei Lebensbereiche. [79] [80]

    Ein weiterer interessanter Vorschlag ist die Idee, dass die RNA-Synthese durch Temperaturgradienten im Prozess der Thermosynthese angetrieben worden sein könnte. [81] Es wurde gezeigt, dass einzelne Nukleotide organische Reaktionen katalysieren. [82]

    Steven Benner hat argumentiert, dass die chemischen Bedingungen auf dem Planeten Mars, wie das Vorhandensein von Bor, Molybdän und Sauerstoff, möglicherweise besser für die anfängliche Produktion von RNA-Molekülen waren als die auf der Erde. Wenn dies der Fall ist, könnten lebenstaugliche Moleküle, die vom Mars stammen, später über Mechanismen der Panspermie oder eines ähnlichen Prozesses zur Erde gewandert sein. [83] [84]

    Die hypothetische Existenz einer RNA-Welt schließt eine "Prä-RNA-Welt" nicht aus, in der ein Stoffwechselsystem basierend auf einer anderen Nukleinsäure vor der RNA vorgeschlagen wird. Eine Kandidatennukleinsäure ist Peptidnukleinsäure (PNA), die einfache Peptidbindungen verwendet, um Nukleobasen zu verbinden. [85] PNA ist stabiler als RNA, aber ihre Fähigkeit, unter präbiologischen Bedingungen erzeugt zu werden, muss noch experimentell nachgewiesen werden.

    Threose-Nukleinsäure (TNA) wurde ebenfalls als Ausgangspunkt vorgeschlagen, ebenso wie Glykol-Nukleinsäure (GNA) und wie PNA fehlen auch experimentelle Beweise für ihre jeweilige Abiogenese.

    Eine alternative – oder komplementäre – Theorie des RNA-Ursprungs wird in der PAH-Welthypothese vorgeschlagen, wonach polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) die Synthese von RNA-Molekülen vermitteln. [86] PAK sind die am häufigsten vorkommenden und am häufigsten vorkommenden bekannten mehratomigen Moleküle im sichtbaren Universum und ein wahrscheinlicher Bestandteil des Urmeeres. [87] PAHs und Fullerene (die auch an der Entstehung des Lebens beteiligt sind) [88] wurden in Nebeln nachgewiesen. [89]

    Die Eisen-Schwefel-Welttheorie geht davon aus, dass sich einfache Stoffwechselprozesse vor dem genetischen Material entwickelt haben und diese energieerzeugenden Zyklen die Produktion von Genen katalysierten.

    Einige der Schwierigkeiten bei der Herstellung der Vorläufer auf der Erde werden durch eine andere alternative oder ergänzende Theorie für ihren Ursprung, die Panspermie, umgangen. Es diskutiert die Möglichkeit, dass das früheste Leben auf diesem Planeten von irgendwo anders in der Galaxis hierher getragen wurde, möglicherweise von Meteoriten ähnlich dem Murchison-Meteoriten. [90] In Meteoriten wurden Zuckermoleküle, einschließlich Ribose, gefunden. [91] [92] Panspermia widerlegt das Konzept einer RNA-Welt nicht, sondern postuliert, dass diese Welt oder ihre Vorläufer nicht auf der Erde, sondern auf einem anderen, wahrscheinlich älteren Planeten entstanden sind.

    Es gibt Hypothesen, die in direktem Widerspruch zur RNA-Welt-Hypothese stehen [ Zitat benötigt ] . Die relative chemische Komplexität des Nukleotids und die Unwahrscheinlichkeit, dass es spontan entsteht, zusammen mit der begrenzten Anzahl möglicher Kombinationen zwischen vier Basenformen sowie der Notwendigkeit von RNA-Polymeren einiger Länge, bevor eine enzymatische Aktivität beobachtet wird, haben einige dazu veranlasst, die RNA-Welt-Hypothese zugunsten einer Metabolismus-First-Hypothese, bei der die Chemie, die der Zellfunktion zugrunde liegt, zusammen mit der Fähigkeit, diesen Stoffwechsel zu replizieren und zu erleichtern, zuerst entstand.

    RNA-Peptid-Koevolution Bearbeiten

    Ein anderer Vorschlag ist, dass das duale Molekülsystem, das wir heute sehen, bei dem ein Molekül auf Nukleotidbasis zur Proteinsynthese und ein Molekül auf Peptidbasis (Protein) zur Herstellung von Nukleinsäurepolymeren benötigt wird, die ursprüngliche Lebensform darstellt. [93] Diese Theorie wird RNA-Peptid-Koevolution [94] oder Peptid-RNA-Welt genannt und bietet eine mögliche Erklärung für die schnelle Evolution einer qualitativ hochwertigen Replikation in RNA (da Proteine ​​Katalysatoren sind) mit dem Nachteil, dass sie die gleichzeitige Bildung zweier komplexer Moleküle, eines Enzyms (aus Peptiden) und einer RNA (aus Nukleotiden) zu postulieren. In diesem Szenario der Peptid-RNA-Welt hätte RNA die Anweisungen für das Leben enthalten, während Peptide (einfache Proteinenzyme) wichtige chemische Reaktionen beschleunigt hätten, um diese Anweisungen auszuführen. [95] Die Studie lässt die Frage offen, wie es genau diesen primitiven Systemen gelang, sich selbst zu replizieren – etwas, das weder die RNA-Welt-Hypothese noch die Peptid-RNA-Welt-Theorie erklären können, es sei denn, Polymerasen (Enzyme, die das RNA-Molekül schnell zusammenbauen) spielten eine Rolle Rolle. [95]

    Ein im März 2015 von der Sutherland-Gruppe abgeschlossenes Forschungsprojekt ergab, dass ein Netzwerk von Reaktionen, beginnend mit Blausäure und Schwefelwasserstoff, in mit UV-Licht bestrahlten Wasserströmen neben denen der RNA auch die chemischen Bestandteile von Proteinen und Lipiden produzieren könnte. [96] [97] Die Forscher verwendeten den Begriff "cyanosulfidisch", um dieses Reaktionsnetzwerk zu beschreiben. [96] Im November 2017 identifizierte ein Team des Scripps Research Institute Reaktionen mit der Verbindung Diamidophosphat, die die chemischen Komponenten zu kurzen Peptid- und Lipidketten sowie kurzen RNA-ähnlichen Nukleotidketten verknüpft haben könnten. [98] [99]

    Die RNA-Welt-Hypothese hat, wenn sie wahr ist, wichtige Implikationen für die Definition des Lebens. Die meiste Zeit nach Franklin, Watson und Cricks Aufklärung der DNA-Struktur im Jahr 1953 war das Leben weitgehend in Bezug auf DNA und Proteine ​​definiert: DNA und Proteine ​​schienen die dominierenden Makromoleküle in der lebenden Zelle zu sein, während RNA nur bei der Bildung von Proteinen aus die DNA-Blaupause.

    Die RNA-Welt-Hypothese stellt die RNA in den Mittelpunkt, als das Leben entstand. Die RNA-Welt-Hypothese wird durch die Beobachtungen gestützt, dass Ribosomen Ribozyme sind: [100] [101] das katalytische Zentrum besteht aus RNA, und Proteine ​​spielen keine große strukturelle Rolle und sind von peripherer funktioneller Bedeutung. Dies wurde durch die Entschlüsselung der dreidimensionalen Struktur des Ribosoms im Jahr 2001 bestätigt. Insbesondere die Bildung von Peptidbindungen, die Reaktion, die Aminosäuren zu Proteinen zusammenbindet, wird heute bekanntermaßen durch einen Adeninrest in der rRNA katalysiert.

    Von RNAs ist bekannt, dass sie bei anderen zellulären katalytischen Prozessen eine Rolle spielen, insbesondere beim Targeting von Enzymen auf spezifische RNA-Sequenzen. In Eukaryoten findet die Verarbeitung von prä-mRNA und RNA-Editierung an Stellen statt, die durch die Basenpaarung zwischen der Ziel-RNA und den RNA-Bestandteilen kleiner nukleärer Ribonukleoproteine ​​(snRNPs) bestimmt werden. Ein solches Enzym-Targeting ist auch für die Herunterregulierung von Genen durch RNA-Interferenz (RNAi) verantwortlich, wobei eine enzymassoziierte Leit-RNA auf spezifische mRNA zur selektiven Zerstörung abzielt. Ebenso beinhaltet die Aufrechterhaltung von Telomeren bei Eukaryoten das Kopieren einer RNA-Matrize, die ein Bestandteil des Telomerase-Ribonukleoprotein-Enzyms ist.Eine andere zelluläre Organelle, das Gewölbe, enthält eine Ribonukleoproteinkomponente, obwohl die Funktion dieser Organelle noch geklärt werden muss.


    Wer ist Boriska Kiprijanowitsch?

    Der 1996 geborene Boris Kipriyanovich, der den Namen Boriska trägt, was "kleiner Boris" bedeutet, gilt als Kindergenie.

    Seine Mutter ist Ärztin und sagt, sie habe gewusst, dass er etwas Besonderes ist, als er nur zwei Wochen nach der Geburt seinen Kopf ohne jede Unterstützung hochhielt.

    Sie behauptet, er habe ein paar Monate später angefangen zu sprechen und mit anderthalb Jahren konnte er lesen, zeichnen und malen.

    Als Boriska im Alter von nur zwei Jahren in den Kindergarten ging, fielen seinen Lehrern sein unglaubliches Schreib- und Sprachtalent sowie sein erstaunliches Gedächtnis auf.

    Der Junge hat wiederholt behauptet, dass er zuvor ein Marspilot war, der zur Erde gereist ist.

    Boriskas Mutter und Vater behaupten, sie hätten ihrem Sohn als Kind nichts über Weltraum beigebracht, sagen aber, er habe oft gesessen und über den Mars, die Planetensysteme und außerirdische Zivilisationen gesprochen.

    Es heißt, dass seine Faszination für den Weltraum bald zu seinem Hauptinteresse wurde – und es dauerte nicht lange, bis er behauptete, auf dem Mars geboren zu sein.

    Forscher haben ihn als extrem schüchternen jungen Mann mit überdurchschnittlicher Intelligenz beschrieben.

    Sein herausragendes Wissen über die Planetensysteme hat Experten auf der ganzen Welt, darunter auch Wissenschaftler, verwirrt.


    Das Geheimnis, wie das Leben auf der Erde begann

    Heute hat das Leben jeden Quadratzentimeter der Erde erobert, aber als der Planet entstand, war er ein toter Fels. Wie hat das Leben angefangen?

    Diese Geschichte ist Teil der "Best of 2016"-Liste von BBC Earth, unseren größten Hits des Jahres. Durchsuchen Sie die vollständige Liste.

    Wie hat das Leben angefangen? Eine größere Frage kann es kaum geben. Für einen Großteil der Menschheitsgeschichte glaubte fast jeder an eine Version von "die Götter haben es getan". Eine andere Erklärung war unvorstellbar.

    Das stimmt nicht mehr. Im Laufe des letzten Jahrhunderts haben einige Wissenschaftler versucht herauszufinden, wie das erste Leben entstanden sein könnte. Sie haben sogar versucht, diesen Genesis-Moment in ihren Labors nachzubilden: ein brandneues Leben von Grund auf neu zu erschaffen.

    Bisher hat es noch niemand geschafft, aber wir sind weit gekommen. Heute sind viele der Wissenschaftler, die den Ursprung des Lebens untersuchen, zuversichtlich, auf dem richtigen Weg zu sein und haben die Experimente, um ihr Vertrauen zu untermauern.

    Dies ist die Geschichte unserer Suche nach unserem ultimativen Ursprung. Es ist eine Geschichte von Besessenheit, Kampf und brillanter Kreativität, die einige der größten Entdeckungen der modernen Wissenschaft umfasst. Das Bestreben, die Anfänge des Lebens zu verstehen, hat Männer und Frauen in die entlegensten Winkel unseres Planeten geschickt. Einige der beteiligten Wissenschaftler wurden als Monster verteufelt, während andere ihre Arbeit unter den Füßen brutaler totalitärer Regierungen verrichten mussten.

    Dies ist die Geschichte der Geburt des Lebens auf der Erde.

    Das Leben ist alt. Die Dinosaurier sind vielleicht die berühmtesten ausgestorbenen Kreaturen, und sie haben ihre Anfänge vor 250 Millionen Jahren. Aber das Leben reicht viel weiter zurück.

    Die ältesten bekannten Fossilien sind rund 3,5 Milliarden Jahre alt, 14-mal so alt wie die ältesten Dinosaurier. Aber der Fossilienbestand kann noch weiter zurückreichen. Im August 2016 fanden Forscher beispielsweise versteinerte Mikroben, die 3,7 Milliarden Jahre alt sind.

    Die Erde selbst ist nicht viel älter und hat sich vor 4,5 Milliarden Jahren gebildet.

    Wenn wir davon ausgehen, dass sich Leben auf der Erde gebildet hat &ndash, was vernünftig erscheint, da wir es noch nirgendwo anders gefunden haben &ndash, dann muss dies in den Milliarden Jahren zwischen der Entstehung der Erde und der Erhaltung der ältesten bekannten Fossilien geschehen sein.

    Wir können nicht nur den Beginn des Lebens eingrenzen, sondern auch eine fundierte Vermutung darüber anstellen, was es war.

    Seit dem 19. Jahrhundert wissen Biologen, dass alle Lebewesen aus „Zellen“ bestehen: winzigen Säcken lebender Materie, die es in verschiedenen Formen und Größen gibt. Zellen wurden erstmals im 17. Jahrhundert entdeckt, als die ersten modernen Mikroskope erfunden wurden, aber es dauerte weit über ein Jahrhundert, bis jemand erkannte, dass sie die Grundlage allen Lebens sind.

    Nur mit den Materialien und Bedingungen, die vor über 3,5 Milliarden Jahren auf der Erde gefunden wurden, müssen wir eine Zelle herstellen

    Du denkst vielleicht nicht, dass du aussiehst wie ein Wels oder ein Tyrannosaurus rex, aber ein Mikroskop wird zeigen, dass Sie alle aus ziemlich ähnlichen Arten von Zellen bestehen. Ebenso Pflanzen und Pilze.

    Die mit Abstand zahlreichsten Lebensformen sind jedoch Mikroorganismen, die jeweils aus nur einer Zelle bestehen. Bakterien sind die bekannteste Gruppe und sie kommen überall auf der Erde vor.

    Im April 2016 stellten Wissenschaftler eine aktualisierte Version des „Baums des Lebens“ vor: eine Art Stammbaum für jede lebende Art. Fast alle Zweige sind Bakterien. Darüber hinaus deutet die Form des Baumes darauf hin, dass ein Bakterium der gemeinsame Vorfahre allen Lebens war. Mit anderen Worten, jedes Lebewesen &ndash, einschließlich dir &ndash, stammt letztendlich von einem Bakterium ab.

    Damit können wir das Problem der Entstehung des Lebens genauer definieren. Wir müssen nur die Materialien und Bedingungen verwenden, die vor über 3,5 Milliarden Jahren auf der Erde gefunden wurden, um eine Zelle herzustellen.

    Kapitel 1. Die ersten Experimente

    Die meiste Zeit der Geschichte wurde es nicht für notwendig erachtet, zu fragen, wie das Leben begann, denn die Antwort schien offensichtlich.

    Vor dem 19. Jahrhundert glaubten die meisten Menschen an "Vitalismus". Dies ist die intuitive Vorstellung, dass Lebewesen mit einer besonderen, magischen Eigenschaft ausgestattet sind, die sie von unbelebten Objekten unterscheidet.

    Die Chemikalien des Lebens können alle aus einfacheren Chemikalien hergestellt werden, die nichts mit dem Leben zu tun haben

    Vitalismus war oft mit geschätzten religiösen Überzeugungen verbunden. Die Bibel sagt, dass Gott "den Atem des Lebens" benutzte, um die ersten Menschen zu beleben, und die unsterbliche Seele ist eine Form des Vitalismus.

    Es gibt nur ein Problem. Vitalismus ist schlicht falsch.

    Anfang des 19. Jahrhunderts hatten Wissenschaftler mehrere Substanzen entdeckt, die im Leben einzigartig zu sein schienen. Eine solche Chemikalie war Harnstoff, der im Urin vorkommt und 1799 isoliert wurde.

    Dies war immer noch mit Vitalismus vereinbar. Nur Lebewesen schienen in der Lage zu sein, diese Chemikalien herzustellen, also waren sie vielleicht mit Lebensenergie durchdrungen und das machte sie besonders.

    Aber 1828 fand der deutsche Chemiker Friedrich Wöumlhler einen Weg, Harnstoff aus einer gewöhnlichen Chemikalie namens Ammoniumcyanat herzustellen, die keine offensichtliche Verbindung mit Lebewesen hatte. Andere traten in seine Fußstapfen, und bald war klar, dass die Chemikalien des Lebens alle aus einfacheren Chemikalien hergestellt werden können, die nichts mit Leben zu tun haben.

    Dies war das Ende des Vitalismus als wissenschaftlicher Begriff. Aber die Leute fanden es zutiefst schwer, die Idee loszulassen. Für viele schien die Aussage, dass die Chemikalien des Lebens nichts "Besonderes" seien, das Leben seiner Magie zu berauben und uns auf bloße Maschinen zu reduzieren. Es widersprach natürlich auch der Bibel.

    Das Geheimnis der Entstehung des Lebens wurde jahrzehntelang ignoriert

    Sogar Wissenschaftler haben sich bemüht, den Vitalismus abzubauen. Noch 1913 trieb der englische Biochemiker Benjamin Moore eifrig eine Theorie der „biotischen Energie“ voran, die im Wesentlichen Vitalismus unter anderem Namen war. Die Idee hatte einen starken emotionalen Halt.

    Heute haftet die Idee an unerwarteten Stellen an. Es gibt zum Beispiel viele Science-Fiction-Geschichten, in denen die "Lebensenergie" eines Menschen gestärkt oder abgebaut werden kann. Denken Sie an die "Regenerationsenergie", die die Time Lords in Doctor Who, die bei geringem Verbrauch sogar nachgefüllt werden kann. Das fühlt sich futuristisch an, ist aber eine zutiefst altmodische Idee.

    Dennoch hatten Wissenschaftler nach 1828 legitime Gründe, nach einer gottheitsfreien Erklärung für die Entstehung des ersten Lebens zu suchen. Aber sie taten es nicht. Es scheint ein naheliegendes Thema zu sein, das es zu erforschen gilt, aber in Wirklichkeit wurde das Geheimnis des Ursprungs des Lebens jahrzehntelang ignoriert. Vielleicht waren alle noch zu emotional mit dem Vitalismus verbunden, um den nächsten Schritt zu tun.

    Stattdessen war der große biologische Durchbruch des 19. Jahrhunderts die Evolutionstheorie, wie sie von Charles Darwin und anderen entwickelt wurde.

    Darwin wusste, dass es eine tiefgründige Frage war

    Darwins Theorie, dargelegt in Zur Entstehung der Arten 1859 erklärte, wie die enorme Vielfalt des Lebens aus einem einzigen gemeinsamen Vorfahren hervorgegangen sein könnte. Anstatt dass jede der verschiedenen Arten einzeln von Gott erschaffen wurde, stammten sie alle von einem Urorganismus ab, der vor Millionen von Jahren lebte: dem letzten universellen gemeinsamen Vorfahren.

    Diese Idee erwies sich als äußerst umstritten, auch weil sie der Bibel widersprach. Darwin und seine Ideen wurden heftig angegriffen, insbesondere von empörten Christen.

    Die Evolutionstheorie sagte nichts darüber aus, wie dieser erste Organismus entstand.

    Darwin wusste, dass es sich um eine tiefgründige Frage handelte, aber &ndash war vielleicht vorsichtig, einen weiteren Kampf mit der Kirche anzufangen &ndash schien das Thema nur in einem Brief aus dem Jahr 1871 diskutiert zu haben. Seine erregbare Sprache zeigt, dass er die tiefe Bedeutung dieser Frage kannte :

    Die erste Hypothese über die Entstehung des Lebens wurde in einem brutal totalitären Land erfunden

    "Aber wenn (& oh was für ein großes wenn) wir uns in einem warmen kleinen Teich mit allen möglichen Ammoniak- und Phosphorsalzen,& Änderungen. "

    Mit anderen Worten, was wäre, wenn es einmal ein kleines Gewässer gegeben hätte, gefüllt mit einfachen organischen Verbindungen und in Sonnenlicht getaucht. Einige dieser Verbindungen könnten sich zu einer lebensähnlichen Substanz wie einem Protein verbinden, die sich dann weiterentwickeln und komplexer werden könnte.

    Es war eine skizzenhafte Idee. Aber es würde die Grundlage für die erste Hypothese darüber werden, wie das Leben begann.

    Diese Idee entstand an einem unerwarteten Ort. Man könnte meinen, dass dieses gewagte Stück freien Denkens in einem demokratischen Land mit einer Tradition der freien Meinungsäußerung entwickelt worden wäre: vielleicht in den Vereinigten Staaten. Aber tatsächlich wurde die erste Hypothese über die Entstehung des Lebens in einem brutal totalitären Land erfunden, in dem das freie Denken ausgerottet wurde: der UdSSR.

    In Stalins Russland stand alles unter staatlicher Kontrolle. Dazu gehörten die Ideen der Menschen, sogar zu Themen wie Biologie, die nichts mit der kommunistischen Politik zu tun zu haben scheinen.

    Oparin stellte sich vor, wie die Erde aussah, als sie sich neu formierte

    Am bekanntesten ist, dass Stalin Wissenschaftlern effektiv verbot, konventionelle Genetik zu studieren. Stattdessen setzte er die Ideen eines Landarbeiters namens Trofim Lysenko durch, die seiner Meinung nach eher der kommunistischen Ideologie entsprachen. Wissenschaftler, die an der Genetik arbeiten, waren gezwungen, Lysenkos Ideen öffentlich zu unterstützen, oder riskierten, in einem Arbeitslager zu landen.

    In diesem repressiven Umfeld führte Alexander Oparin seine Forschungen zur Biochemie durch. Er konnte weiterarbeiten, weil er ein loyaler Kommunist war: Er unterstützte Lyssenkos Ideen und erhielt sogar den Lenin-Orden, die höchste Auszeichnung, die einem in der UdSSR lebenden Menschen verliehen werden konnte.

    1924 veröffentlichte Oparin sein Buch Der Ursprung des Lebens. Darin legte er eine Vision für die Geburt des Lebens dar, die Darwins warmem kleinen Teich verblüffend ähnlich war.

    Oparin stellte sich vor, wie die Erde aussah, als sie sich neu formierte. Die Oberfläche war sengend heiß, als Gesteine ​​aus dem Weltraum auf sie herabstürzten und aufschlugen. Es war ein Durcheinander aus halbgeschmolzenem Gestein, das eine riesige Auswahl an Chemikalien enthielt und viele davon auf Kohlenstoffbasis.

    Betrachtet man Koazervate unter dem Mikroskop, verhalten sie sich entnervend wie lebende Zellen

    Schließlich kühlte sich die Erde so weit ab, dass Wasserdampf zu flüssigem Wasser kondensieren konnte, und der erste Regen fiel. Es dauerte nicht lange, bis die Erde Ozeane hatte, die heiß und reich an kohlenstoffbasierten Chemikalien waren. Jetzt könnten zwei Dinge passieren.

    Erstens könnten die verschiedenen Chemikalien miteinander reagieren und viele neue Verbindungen bilden, von denen einige komplexer wären. Oparin vermutete, dass sich die lebenswichtigen Moleküle wie Zucker und Aminosäuren alle im Wasser der Erde gebildet haben könnten.

    Zweitens begannen einige der Chemikalien, mikroskopische Strukturen zu bilden. Viele organische Chemikalien lösen sich nicht in Wasser: Öl bildet beispielsweise eine Schicht auf Wasser. Wenn einige dieser Chemikalien jedoch mit Wasser in Kontakt kommen, bilden sie kugelförmige Kügelchen, die als "Koazervate" bezeichnet werden und einen Durchmesser von bis zu 0,01 cm (0,004 Zoll) haben können.

    Betrachtet man Koazervate unter dem Mikroskop, verhalten sie sich entnervend wie lebende Zellen. Sie wachsen und verändern ihre Form und teilen sich manchmal in zwei Teile. Sie können auch Chemikalien aus dem umgebenden Wasser aufnehmen, sodass sich lebensechte Chemikalien in ihnen konzentrieren können. Oparin vermutete, dass Koazervate die Vorfahren moderner Zellen seien.

    Die Idee, dass sich lebende Organismen auf rein chemischem Wege, ohne einen Gott oder gar eine "Lebenskraft" gebildet haben, war radikal

    Fünf Jahre später, im Jahr 1929, schlug der englische Biologe J. B. S. Haldane in einem kurzen Artikel, der in der Rationalistisches Jahrbuch.

    Haldane hatte bereits enorme Beiträge zur Evolutionstheorie geleistet und dazu beigetragen, Darwins Ideen in die aufkommende Wissenschaft der Genetik zu integrieren.

    Er war auch ein überlebensgroßer Charakter. Einmal erlitt er durch einige Experimente mit Dekompressionskammern ein perforiertes Trommelfell, schrieb aber später: "Die Trommel verheilt im Allgemeinen und wenn ein Loch darin bleibt, kann man, obwohl man etwas taub ist, Tabakrauch aus der Trommel blasen Ohr in Frage, was eine soziale Errungenschaft ist."

    Genau wie Oparin skizzierte Haldane, wie sich organische Chemikalien im Wasser ansammeln können, "[bis] die primitiven Ozeane die Konsistenz einer heißen, verdünnten Suppe erreichten". Dies bereitete die Bühne für die Bildung "der ersten lebenden oder halblebenden Dinge" und für jedes einzelne von "einem öligen Film".

    Es ist bezeichnend, dass von allen Biologen der Welt Oparin und Haldane dies vorgeschlagen haben. Die Idee, dass sich lebende Organismen auf rein chemischem Weg, ohne Gott oder gar „Lebenskraft“ bilden, war radikal. Wie zuvor Darwins Evolutionstheorie flog sie dem Christentum entgegen.

    Es gab ein Problem. Es gab keine experimentellen Beweise, um dies zu untermauern

    Das passte gut zur UdSSR. Das Sowjetregime war offiziell atheistisch, und seine Führer waren bestrebt, materialistische Erklärungen für tiefgreifende Phänomene wie das Leben zu unterstützen. Haldane war auch Atheist und obendrein ein hingebungsvoller Kommunist.

    "Diese Idee zu akzeptieren oder nicht zu akzeptieren, hing damals im Wesentlichen von Persönlichkeiten ab: ob sie religiös waren oder ob sie linke oder kommunistische Ideen unterstützten", sagt der Herkunftsexperte Armen Mulkidjanian von der Universität Osnabrück. "In der Sowjetunion wurden sie glücklich aufgenommen, weil sie Gott nicht brauchten. Wenn man in der westlichen Welt nach Leuten sucht, die in diese Richtung dachten, waren das alles Linke, Kommunisten und so weiter."

    Die Idee, dass sich Leben in einer Ursuppe organischer Chemikalien gebildet hat, wurde als Oparin-Haldane-Hypothese bekannt. Es war ordentlich und überzeugend, aber es gab ein Problem. Es gab keine experimentellen Beweise dafür. Dies würde erst nach fast einem Vierteljahrhundert eintreffen.

    Als Harold Urey sich für den Ursprung des Lebens interessierte, hatte er bereits 1934 den Nobelpreis für Chemie gewonnen und beim Bau der Atombombe mitgewirkt. Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete Urey am Manhattan-Projekt und sammelte das instabile Uran-235, das für den Kern der Bombe benötigt wird. Nach dem Krieg kämpfte er dafür, die Nukleartechnologie unter ziviler Kontrolle zu halten.

    1952 startete Miller das berühmteste Experiment zur Entstehung des Lebens, das jemals unternommen wurde

    Er interessierte sich auch für die Chemie des Weltraums, insbesondere für die Entstehung des Sonnensystems. Eines Tages hielt er einen Vortrag und wies darauf hin, dass es in der Erdatmosphäre bei ihrer Entstehung wahrscheinlich keinen Sauerstoff gegeben habe. Dies hätte die idealen Bedingungen für die Ursuppe von Oparin und Haldane geboten: Die zerbrechlichen Chemikalien wären durch den Kontakt mit Sauerstoff zerstört worden.

    Ein Doktorand namens Stanley Miller war im Publikum und wandte sich später mit einem Vorschlag an Urey: Könnten sie diese Idee testen? Urey war skeptisch, aber Miller überredete ihn dazu.

    Also begann Miller 1952 das berühmteste Experiment zur Entstehung des Lebens, das jemals unternommen wurde.

    Die Einrichtung war einfach. Miller verband eine Reihe von Glaskolben und zirkulierte vier Chemikalien, von denen er vermutete, dass sie auf der frühen Erde vorhanden waren: kochendes Wasser, Wasserstoffgas, Ammoniak und Methan. Er setzte die Gase wiederholten Elektroschocks aus, um die Blitzeinschläge zu simulieren, die vor so langer Zeit auf der Erde üblich gewesen wären.

    Sie können von einer einfachen Atmosphäre ausgehen und viele biologische Moleküle produzieren

    Miller stellte fest, dass "das Wasser im Kolben nach dem ersten Tag merklich rosa wurde und am Ende der Woche die Lösung tiefrot und trübe war". Offensichtlich hatte sich eine Mischung aus Chemikalien gebildet.

    Als Miller die Mischung analysierte, stellte er fest, dass sie zwei Aminosäuren enthielt: Glycin und Alanin. Aminosäuren werden oft als Bausteine ​​des Lebens bezeichnet. Sie werden verwendet, um die Proteine ​​​​zu bilden, die die meisten biochemischen Prozesse in unserem Körper steuern. Miller hatte zwei der wichtigsten Bestandteile des Lebens von Grund auf neu geschaffen.

    Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift veröffentlicht Wissenschaft 1953. Urey, in einer selbstlosen Tat, die unter hochrangigen Wissenschaftlern ungewöhnlich war, ließ seinen Namen von der Zeitung streichen, was Miller alleinige Ehre machte. Trotzdem wird die Studie oft als "Miller-Urey-Experiment" bezeichnet.

    „Die Stärke von Miller-Urey besteht darin, zu zeigen, dass man von einer einfachen Atmosphäre aus viele biologische Moleküle herstellen kann“, sagt John Sutherland vom Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, Großbritannien.

    Das Leben war komplizierter als irgendjemand gedacht hatte

    Die Details erwiesen sich als falsch, da spätere Studien zeigten, dass die Atmosphäre der frühen Erdatmosphäre eine andere Mischung von Gasen hatte. Aber das ist fast nebensächlich.

    "Es war ikonisch, regte die Fantasie der Öffentlichkeit an und wird immer noch ausgiebig zitiert", sagt Sutherland.

    Nach Millers Experiment begannen andere Wissenschaftler, Wege zu finden, einfache biologische Moleküle von Grund auf neu herzustellen. Eine Lösung des Mysteriums der Entstehung des Lebens schien nahe.

    Aber dann wurde klar, dass das Leben komplizierter war, als man dachte. Es stellte sich heraus, dass lebende Zellen nicht nur Tüten mit Chemikalien waren: Sie waren komplizierte kleine Maschinen. Plötzlich sah es nach einer viel größeren Herausforderung aus, einen von Grund auf neu zu erstellen, als die Wissenschaftler erwartet hatten.

    Kapitel 2. Die große Polarisierung

    In den frühen 1950er Jahren hatten sich Wissenschaftler von der langjährigen Annahme entfernt, dass das Leben ein Geschenk der Götter sei. Stattdessen hatten sie begonnen, die Möglichkeit zu erforschen, dass sich Leben auf der frühen Erde spontan und natürlich bildete und dank Stanley Millers ikonischem Experiment hatten sie sogar praktische Unterstützung für die Idee.

    Während Miller versuchte, den Stoff des Lebens von Grund auf neu zu erschaffen, fanden andere Wissenschaftler heraus, woraus Gene bestehen.

    Zu dieser Zeit waren viele biologische Moleküle bekannt. Dazu gehörten Zucker, Fette, Proteine ​​&ndash und Nukleinsäuren wie „Desoxyribonukleinsäure“, kurz DNA.

    Ihre war eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen des 20. Jahrhunderts

    Heute ist es für uns selbstverständlich, dass die DNA unsere Gene trägt, aber das war für die Biologen der 1950er Jahre ein Schock. Proteine ​​sind komplexer, daher dachten die Wissenschaftler, sie seien die Gene.

    Diese Idee wurde 1952 von Alfred Hershey und Martha Chase von der Carnegie Institution of Washington widerlegt. Sie untersuchten einfache Viren, die nur DNA und Proteine ​​enthalten und die Bakterien infizieren müssen, um sich zu vermehren. Sie fanden heraus, dass es die virale DNA war, die in die Bakterien eindrang: Die Proteine ​​blieben draußen. DNA war eindeutig das genetische Material.

    Die Ergebnisse von Hershey und Chase lösten einen hektischen Wettlauf aus, um die Struktur der DNA und damit ihre Funktionsweise herauszufinden. Im folgenden Jahr wurde das Problem von Francis Crick und James Watson von der University of Cambridge, UK &ndash mit viel unterschätzter Hilfe ihrer Kollegin Rosalind Franklin geknackt.

    Ihre war eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen des 20. Jahrhunderts. Es veränderte auch die Suche nach dem Ursprung des Lebens, indem es die unglaubliche Komplexität enthüllte, die sich in lebenden Zellen verbirgt.

    Crick und Watson erkannten, dass die DNA eine Doppelhelix ist, wie eine Leiter, die zu einer Spirale verdreht wurde. Die beiden "Pole" der Leiter bestehen jeweils aus Molekülen, die als Nukleotide bezeichnet werden.

    Ihre Gene stammen letztendlich von einem angestammten Bakterium

    Diese Struktur erklärte, wie Zellen ihre DNA kopieren. Mit anderen Worten, es zeigte, wie Eltern Kopien ihrer Gene anfertigen und sie an ihre Kinder weitergeben.

    Der springende Punkt ist, dass die Doppelhelix "entpackt" werden kann. Dies legt den genetischen Code frei, der aus Sequenzen der genetischen Basen A, T, C und G besteht und normalerweise in den "Sprossen" der DNA-Leiter eingeschlossen ist. Jeder Strang wird dann als Vorlage verwendet, um eine Kopie des anderen zu erstellen.

    Mit diesem Mechanismus werden Gene seit Beginn des Lebens von den Eltern an das Kind weitergegeben. Ihre Gene stammen letztendlich von einem angestammten Bakterium &ndash und bei jedem Schritt wurden sie mit dem von Crick und Watson entdeckten Mechanismus kopiert.

    Erkunden Sie die Struktur der DNA in diesem Video:

    Crick und Watson haben ihre Ergebnisse in einem Artikel von 1953 dargelegt Natur. In den nächsten Jahren versuchten Biochemiker, genau herauszufinden, welche Informationen die DNA trägt und wie diese Informationen in lebenden Zellen verwendet werden. Die innersten Geheimnisse des Lebens wurden zum ersten Mal enthüllt.

    Plötzlich sahen die Ideen von Oparin und Haldane naiv einfach aus

    Es stellte sich heraus, dass DNA nur einen Job hat. Ihre DNA sagt Ihren Zellen, wie sie Proteine ​​herstellen: Moleküle, die eine Vielzahl wichtiger Aufgaben erfüllen. Ohne Proteine ​​könnten Sie Ihre Nahrung nicht verdauen, Ihr Herz würde stehen bleiben und Sie könnten nicht atmen.

    Aber der Prozess der Verwendung von DNA zur Herstellung von Proteinen erwies sich als erstaunlich kompliziert. Das war ein großes Problem für jeden, der versuchte, den Ursprung des Lebens zu erklären, denn es ist schwer vorstellbar, wie etwas so Komplexes jemals beginnen konnte.

    Jedes Protein ist im Wesentlichen eine lange Kette von Aminosäuren, die in einer bestimmten Reihenfolge aneinandergereiht sind. Die Abfolge der Aminosäuren bestimmt die dreidimensionale Form des Proteins und damit seine Funktion.

    Diese Information ist in der Sequenz der Basen der DNA kodiert. Wenn eine Zelle also ein bestimmtes Protein herstellen muss, liest sie das entsprechende Gen in der DNA, um die Aminosäuresequenz zu erhalten.

    Es stellte sich heraus, dass DNA nur einen Job hat

    Aber es gibt eine Wendung. DNA ist kostbar, daher ziehen es Zellen vor, sie sicher gebündelt aufzubewahren. Aus diesem Grund kopieren sie die Informationen der DNA auf kurze Moleküle einer anderen Substanz namens RNA (Ribonukleinsäure). Wenn DNA ein Bibliotheksbuch ist, ist RNA ein Stück Papier mit einer darauf gekritzelten Schlüsselpassage. RNA ist der DNA ähnlich, hat aber nur einen Strang.

    Schließlich findet der Prozess der Umwandlung der Informationen in diesem RNA-Strang in ein Protein in einem enorm komplizierten Molekül statt, das als "Ribosom" bezeichnet wird.

    Dieser Prozess findet in jeder lebenden Zelle statt, selbst in den einfachsten Bakterien. Es ist so lebenswichtig wie Essen und Atmen. Jede Erklärung für den Ursprung des Lebens muss zeigen, wie diese komplexe Dreiheit &ndash DNA, RNA und Ribosomenprotein &ndash entstand und zu funktionieren begann.

    Plötzlich sahen die Ideen von Oparin und Haldane naiv einfach aus, während Millers Experiment, das nur einige der zum Aufbau von Proteinen verwendeten Aminosäuren produzierte, amateurhaft wirkte. Weit davon entfernt, uns den größten Teil des Weges zum Erschaffen von Leben zu bringen, war sein bahnbrechendes Studium eindeutig nur der erste Schritt auf einem langen Weg.

    Die Idee, dass das Leben mit RNA begann, würde sich als enorm einflussreich erweisen

    "DNA macht RNA macht Protein, alles in diesem Lipid-eingekapselten Beutel voller Chemikalien", sagt John Sutherland. "Sie sehen sich das an und es ist nur 'Wow, das ist zu kompliziert'. Wie finden wir organische Chemie, die das alles auf einmal schafft?"

    Die erste Person, die sich wirklich direkt damit auseinandersetzte, war eine britische Chemikerin namens Leslie Orgel. Er war einer der ersten, der das DNA-Modell von Crick und Watson sah, und half später der NASA bei ihrem Viking-Programm, das Roboterlander zum Mars schickte.

    Orgel machte sich daran, das Problem zu vereinfachen. 1968 schrieb er und wurde von Crick unterstützt und schlug vor, dass das erste Leben keine Proteine ​​​​oder DNA hatte. Stattdessen bestand es fast ausschließlich aus RNA. Damit dies funktioniert, müssen diese primordialen RNA-Moleküle besonders vielseitig gewesen sein. Zum einen müssen sie in der Lage gewesen sein, Kopien von sich selbst zu bauen, vermutlich nach dem gleichen Basenpaarungsmechanismus wie die DNA.

    Die Idee, dass das Leben mit RNA begann, würde sich als enorm einflussreich erweisen. Sie löste aber auch einen wissenschaftlichen Revierkampf aus, der bis heute andauert.

    Indem Orgel behauptete, dass das Leben mit RNA und wenig anderem begann, schlug Orgel vor, dass ein entscheidender Aspekt des Lebens &ndash seine Fähigkeit, sich selbst zu reproduzieren &ndash vor allen anderen auftauchte. In gewisser Weise deutete er nicht nur an, wie das Leben zuerst zusammengesetzt wurde: Er sagte etwas darüber, was Leben ist.

    Wissenschaftler, die den Ursprung des Lebens untersuchen, teilen sich in Lager auf

    Viele Biologen würden Orgels Idee der "Replikation zuerst" zustimmen. In Darwins Evolutionstheorie ist die Fähigkeit, Nachkommen zu zeugen, absolut zentral: Der einzige Weg, wie ein Organismus "gewinnen" kann, besteht darin, viele Kinder zu hinterlassen.

    Aber es gibt andere Merkmale des Lebens, die ebenso wichtig erscheinen. Am offensichtlichsten ist der Stoffwechsel: die Fähigkeit, Energie aus der Umgebung zu gewinnen und sie zu nutzen, um sich selbst am Leben zu erhalten. Für viele Biologen muss der Stoffwechsel das ursprüngliche bestimmende Merkmal des Lebens gewesen sein, mit der Replikation erst später.

    Ab den 1960er Jahren teilten sich Wissenschaftler, die den Ursprung des Lebens untersuchten, in Lager auf.

    "Die grundlegende Polarisierung war Metabolismus-zuerst versus Genetik-zuerst", sagt Sutherland.

    Wissenschaftliche Treffen über den Ursprung des Lebens waren oft zerstritten

    In der Zwischenzeit behauptete eine dritte Gruppe, dass das erste, was auftauchte, ein Behälter für die Schlüsselmoleküle war, um sie am Abschweben zu hindern. „Die Kompartimentierung muss an erster Stelle gestanden haben, denn es macht keinen Sinn, den Stoffwechsel zu betreiben, wenn man nicht unterteilt ist“, sagt Sutherland. Mit anderen Worten, es brauchte eine Zelle &ndash, wie Oparin und Haldane einige Jahrzehnte zuvor betont hatten &ndash, die vielleicht von einer Membran aus einfachen Fetten und Lipiden eingeschlossen ist.

    Alle drei Ideen fanden Anhänger und haben bis heute überlebt. Wissenschaftler haben sich leidenschaftlich für ihre Lieblingsideen eingesetzt, manchmal sogar blind.

    Infolgedessen waren wissenschaftliche Treffen über den Ursprung des Lebens oft zerstritten, und Journalisten, die das Thema behandeln, wird regelmäßig von einem Wissenschaftler in einem Lager erzählt, dass die Ideen, die aus den anderen Lagern kommen, dumm oder schlimmer sind.

    Dank Orgel hatte die Idee, dass das Leben mit RNA und Genetik begann, einen frühen Vorsprung. Dann kamen die 1980er Jahre und eine überraschende Entdeckung, die dies ziemlich zu bestätigen schien.

    Kapitel 3. Nach dem ersten Replikator suchen

    Nach den 1960er Jahren teilten sich die Wissenschaftler auf der Suche nach den Ursprüngen des Lebens in drei Gruppen. Einige waren überzeugt, dass das Leben mit der Bildung primitiver Versionen biologischer Zellen begann. Andere dachten, der wichtigste erste Schritt sei ein Stoffwechselsystem, und wieder andere konzentrierten sich auf die Bedeutung von Genetik und Replikation. Diese letzte Gruppe versuchte herauszufinden, wie dieser erste Replikator ausgesehen haben könnte und konzentrierte sich auf die Idee, dass er aus RNA besteht.

    Bereits in den 1960er Jahren hatten Wissenschaftler Grund zu der Annahme, dass RNA die Quelle allen Lebens sei.

    Insbesondere kann RNA etwas tun, was DNA nicht kann. Da es sich um ein einzelsträngiges Molekül handelt, kann es sich im Gegensatz zu steifer, doppelsträngiger DNA in verschiedene Formen falten.

    Ohne Enzyme könntest du nicht leben

    Die Origami-ähnliche Faltung der RNA sah dem Verhalten von Proteinen ziemlich ähnlich. Proteine ​​sind im Grunde auch lange Stränge &ndash aus Aminosäuren und nicht aus Nukleotiden &ndash und dies ermöglicht es ihnen, komplizierte Strukturen aufzubauen.

    Dies ist der Schlüssel zu den erstaunlichsten Fähigkeiten von Proteinen. Einige von ihnen können chemische Reaktionen beschleunigen oder "katalysieren". Diese Proteine ​​werden als Enzyme bezeichnet.

    Viele Enzyme befinden sich in Ihrem Darm, wo sie die komplexen Moleküle Ihrer Nahrung in einfache wie Zucker aufspalten, die Ihre Zellen verwenden können. Ohne Enzyme könnte man nicht leben.

    Leslie Orgel und Francis Crick hatten einen Verdacht. Wenn sich RNA wie ein Protein falten könnte, könnte sie vielleicht Enzyme bilden. Wenn das wahr wäre, hätte RNA das ursprüngliche und äußerst vielseitige lebende Molekül sein können, das Informationen speichert, wie es die DNA jetzt tut, und Reaktionen katalysiert, wie es einige Proteine ​​tun.

    Es war eine nette Idee, aber es würde über ein Jahrzehnt lang keinen Beweis geben.

    Thomas Cech ist in Iowa geboren und aufgewachsen. Als Kind war er von Gesteinen und Mineralien fasziniert. Als er in der Junior High School war, besuchte er die örtliche Universität und klopfte an die Türen der Geologen, um Modelle von Mineralstrukturen zu sehen.

    Aber schließlich wurde er Biochemiker und konzentrierte sich auf RNA.

    Nun sah die Vorstellung, dass das Leben mit RNA begann, vielversprechend aus

    In den frühen 1980er Jahren untersuchten Cech und seine Kollegen von der University of Colorado Boulder einen einzelligen Organismus namens Tetrahymena thermophila. Ein Teil seiner zellulären Maschinerie umfasst RNA-Stränge. Cech fand heraus, dass sich manchmal ein bestimmter Abschnitt der RNA vom Rest löste, als hätte ihn etwas mit einer Schere herausgeschnitten.

    Als das Team alle Enzyme und andere Moleküle entfernte, die als molekulare Schere fungieren könnten, machte die RNA weiter. Sie hatten das erste RNA-Enzym entdeckt: ein kurzes Stück RNA, das sich selbst aus dem größeren Strang herausschneiden konnte, zu dem es gehörte.

    Cech veröffentlichte die Ergebnisse 1982. Im folgenden Jahr fand eine andere Gruppe ein zweites RNA-Enzym – oder „Ribozym“, wie es genannt wurde.

    Das Auffinden von zwei RNA-Enzymen in schneller Folge deutete darauf hin, dass es noch viel mehr da draußen gab. Nun sah die Vorstellung, dass das Leben mit RNA begann, vielversprechend aus.

    Erfahren Sie mehr über RNA in diesem Video:

    Walter Gilbert von der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, gab der Idee einen Namen. Als Physiker, der von der Molekularbiologie fasziniert war, war Gilbert auch einer der frühen Befürworter der Sequenzierung des menschlichen Genoms.

    Die RNA World ist eine elegante Möglichkeit, komplexes Leben von Grund auf neu zu gestalten

    Einschreiben Natur 1986 schlug Gilbert vor, dass das Leben in der "RNA-Welt" beginnt.

    Die erste Stufe der Evolution, argumentierte Gilbert, bestand aus "RNA-Molekülen, die die katalytischen Aktivitäten ausführten, die notwendig sind, um sich aus einer Nukleotidsuppe zusammenzusetzen". Durch das Schneiden und Zusammenfügen verschiedener RNA-Stücke könnten die RNA-Moleküle immer nützlichere Sequenzen erstellen. Schließlich fanden sie einen Weg, Proteine ​​und Proteinenzyme herzustellen, die sich als so nützlich erwiesen, dass sie die RNA-Versionen weitgehend verdrängten und das Leben hervorbrachten, wie wir es heute kennen.

    Die RNA World ist eine elegante Möglichkeit, komplexes Leben von Grund auf neu zu gestalten. Anstatt sich auf die gleichzeitige Bildung dutzender biologischer Moleküle aus der Ursuppe verlassen zu müssen, könnte ein Alleskönner-Molekül die Arbeit aller erledigen.

    Im Jahr 2000 wurde die RNA-Welt-Hypothese mit einem dramatischen Beleg versehen.

    Thomas Steitz hatte 30 Jahre lang die Strukturen der Moleküle in lebenden Zellen studiert. In den 1990er Jahren nahm er seine größte Herausforderung an: die Struktur des Ribosoms herauszufinden.

    Die Tatsache, dass diese essentielle Maschine auf RNA basierte, machte die RNA-Welt noch plausibler

    Jede lebende Zelle besitzt ein Ribosom. Dieses riesige Molekül liest Anweisungen von RNA und reiht Aminosäuren aneinander, um Proteine ​​herzustellen. Die Ribosomen in Ihren Zellen bilden den größten Teil Ihres Körpers.

    Es war bekannt, dass das Ribosom RNA enthält. Aber im Jahr 2000 erstellte das Team um Steitz ein detailliertes Bild der Struktur des Ribosoms, das zeigte, dass die RNA der katalytische Kern des Ribosoms ist.

    Dies war entscheidend, weil das Ribosom so grundlegend für das Leben ist und so alt ist. Die Tatsache, dass diese essentielle Maschine auf RNA basierte, machte die RNA-Welt noch plausibler.

    Die Unterstützer von RNA World waren von der Entdeckung begeistert, und 2009 erhielt Steitz einen Anteil des Nobelpreises. Doch seitdem haben sich wieder Zweifel eingeschlichen.

    Von Anfang an gab es bei der RNA-World-Idee zwei Probleme. Könnte RNA wirklich alle Funktionen des Lebens allein erfüllen? Und könnte es sich auf der frühen Erde gebildet haben?

    Sie machten sich daran, eine selbstreplizierende RNA für sich selbst herzustellen

    Es ist 30 Jahre her, dass Gilbert den Stall für die RNA-Welt aufgestellt hat, und wir haben immer noch keine eindeutigen Beweise dafür, dass RNA all das kann, was die Theorie von ihr verlangt. Es ist ein handliches kleines Molekül, aber es ist möglicherweise nicht handlich genug.

    Eine Aufgabe stach hervor. Wenn das Leben mit einem RNA-Molekül begann, muss diese RNA in der Lage gewesen sein, Kopien von sich selbst anzufertigen: Sie hätte sich selbst replizieren müssen.

    Aber keine bekannte RNA kann sich selbst replizieren. DNA auch nicht. Es braucht ein Bataillon von Enzymen und anderen Molekülen, um eine Replik eines Stücks RNA oder DNA zu bauen.

    So begannen Ende der 1980er Jahre einige Biologen eine ziemlich quixotische Suche. Sie machten sich daran, eine selbstreplizierende RNA für sich selbst herzustellen.

    Jack Szostak von der Harvard Medical School war einer der ersten, der sich einmischte. Als Kind war er so fasziniert von Chemie, dass er ein Labor im Keller hatte. Ohne Rücksicht auf seine eigene Sicherheit löste er einmal eine Explosion aus, bei der eine Glasröhre in die Decke eingelassen wurde.

    Sie hatten gezeigt, dass RNA-Enzyme wirklich mächtig sein können

    In den frühen 1980er Jahren half Szostak zu zeigen, wie sich unsere Gene vor dem Alterungsprozess schützen. Diese frühe Forschung würde ihm schließlich einen Anteil an einem Nobelpreis einbringen.

    Doch schon bald faszinierten ihn die RNA-Enzyme von Cech. „Ich fand die Arbeit einfach cool“, sagt er. "Grundsätzlich könnte es eine Möglichkeit geben, dass RNA ihre eigene Replikation katalysiert."

    1988 fand Cech ein RNA-Enzym, das ein kurzes RNA-Molekül von etwa 10 Nukleotiden Länge aufbauen konnte. Szostak wollte die Entdeckung durch die Entwicklung neuer RNA-Enzyme im Labor verbessern. Sein Team erstellte einen Pool zufälliger Sequenzen und testete sie, um zu sehen, welche katalytische Aktivität zeigten. Dann nahmen sie diese Sequenzen, optimierten sie und testeten sie erneut.

    Nach 10 Runden hatte Szostak ein RNA-Enzym produziert, das eine Reaktion sieben Millionen Mal schneller ablaufen ließ, als sie es natürlich tun würde. Sie hatten gezeigt, dass RNA-Enzyme wirklich mächtig sein können. Aber ihr Enzym konnte sich nicht kopieren, nicht einmal annähernd. Szostak war gegen eine Wand gefahren.

    Der nächste große Fortschritt kam 2001 von Szostaks ehemaligem Studenten David Bartel vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Bartel stellte ein RNA-Enzym namens R18 her, das basierend auf einer vorhandenen Matrize neue Nukleotide zu einem RNA-Strang hinzufügen konnte. Mit anderen Worten, es wurden nicht nur zufällige Nukleotide hinzugefügt, sondern eine Sequenz korrekt kopiert.

    Dies war immer noch kein Selbstreplikator, aber es ging darauf zu. R18 bestand aus einer Kette von 189 Nukleotiden und konnte zuverlässig 11 Nukleotide zu einem Strang hinzufügen: 6% seiner eigenen Länge. Die Hoffnung war, dass ein paar Optimierungen es ermöglichen würden, einen Strang 189 Nukleotide lang und so lang wie er selbst zu machen.

    RNA scheint der Aufgabe, das Leben anzukurbeln, nicht gewachsen zu sein

    Der beste Versuch kam 2011 von Philipp Holliger vom Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, UK. Sein Team entwickelte ein modifiziertes R18 namens tC19Z, das bis zu 95 Nukleotide lange Sequenzen kopiert. Das sind 48% der eigenen Länge: mehr als R18, aber nicht die notwendigen 100%.

    Ein alternativer Ansatz wurde von Gerald Joyce und Tracey Lincoln vom Scripps Research Institute in La Jolla, Kalifornien, vorgeschlagen. 2009 schufen sie ein RNA-Enzym, das sich indirekt selbst repliziert.

    Ihr Enzym verbindet zwei kurze RNA-Stücke zu einem zweiten Enzym. Dies fügt dann zwei weitere RNA-Stücke zusammen, um das ursprüngliche Enzym wiederherzustellen.

    Dieser einfache Kreislauf könnte angesichts der Rohstoffe unbegrenzt fortgesetzt werden. Aber die Enzyme funktionierten nur, wenn ihnen die richtigen RNA-Stränge gegeben wurden, die Joyce und Lincoln herstellen mussten.

    Für viele Wissenschaftler, die der RNA-Welt skeptisch gegenüberstehen, ist das Fehlen einer selbstreplizierenden RNA ein fatales Problem bei der Idee. RNA scheint der Aufgabe, das Leben anzukurbeln, nicht gewachsen zu sein.

    Vielleicht gab es auf der frühen Erde eine andere Art von Molekül

    Der Fall wurde auch dadurch geschwächt, dass es den Chemikern nicht gelungen ist, RNA von Grund auf neu herzustellen. Im Vergleich zur DNA sieht es aus wie ein einfaches Molekül, aber die Herstellung von RNA hat sich als enorm schwierig erwiesen.

    Das Problem sind der Zucker und die Base, aus denen jedes Nukleotid besteht. Es ist möglich, jeden von ihnen einzeln zu machen, aber die beiden weigern sich hartnäckig, sich zu verbinden.

    Dieses Problem war bereits Anfang der 90er Jahre klar. Es hinterließ bei vielen Biologen den nagenden Verdacht, dass die RNA-Welt-Hypothese zwar ordentlich, aber nicht ganz richtig sein könnte.

    Stattdessen gab es vielleicht eine andere Art von Molekül auf der frühen Erde: etwas einfacheres als RNA, das sich wirklich aus der Ursuppe zusammensetzen und sich selbst replizieren konnte. Dies könnte zuerst gekommen sein und dann zu RNA, DNA und dem Rest geführt haben.

    1991 entwickelte Peter Nielsen von der Universität Kopenhagen in Dänemark einen Kandidaten für den Primordial Replikator.

    Es war im Wesentlichen eine stark modifizierte Version der DNA. Nielsen behielt die Basen bei und hielt sich an A, T, C und G, die in der DNA gefunden wurden, aber machte das Rückgrat aus Molekülen, die Polyamide genannt werden, anstelle der Zucker, die in der DNA vorkommen. Er nannte das neue Molekül Polyamid-Nukleinsäure oder PNA. Verwirrenderweise ist sie seitdem als Peptidnukleinsäure bekannt.

    PNA könnte sich im Gegensatz zu RNA leicht auf der frühen Erde gebildet haben

    PNA wurde noch nie in der Natur gefunden. Aber es verhält sich ähnlich wie DNA. Ein PNA-Strang kann sogar einen der Stränge in einem DNA-Molekül ersetzen, wobei sich die komplementären Basen normal paaren. Darüber hinaus kann sich PNA wie DNA zu einer Doppelhelix zusammenrollen.

    Stanley Miller war fasziniert. Zutiefst skeptisch gegenüber der RNA-Welt vermutete er, dass PNA ein plausiblerer Kandidat für das erste genetische Material sei.

    Im Jahr 2000 legte er harte Beweise vor. Zu diesem Zeitpunkt war er 70 Jahre alt und hatte gerade den ersten einer Reihe von schwächenden Schlaganfällen erlitten, die ihn schließlich in ein Pflegeheim bringen würden, aber er war noch nicht ganz fertig.Er wiederholte sein klassisches Experiment, das wir in Kapitel 1 besprochen hatten, diesmal unter Verwendung von Methan, Stickstoff, Ammoniak und Wasser &ndash und erhielt das Polyamid-Rückgrat von PNA.

    Dies deutete darauf hin, dass sich PNA im Gegensatz zu RNA leicht auf der frühen Erde gebildet haben könnte.

    Andere Chemiker haben ihre eigenen alternativen Nukleinsäuren entwickelt.

    Jede dieser alternativen Nukleinsäuren hat ihre Anhänger: normalerweise die Person, die sie hergestellt hat

    Im Jahr 2000 stellte Albert Eschenmoser Threose-Nukleinsäure (TNA) her. Dies ist im Grunde DNA, aber mit einem anderen Zucker im Rückgrat. TNA-Stränge können sich zu einer Doppelhelix paaren, und Informationen können zwischen RNA und TNA hin und her kopiert werden.

    Darüber hinaus kann sich TNA zu komplexen Formen falten und sogar an ein Protein binden. Dies deutet darauf hin, dass TNA wie RNA als Enzym fungieren könnte.

    Jede dieser alternativen Nukleinsäuren hat ihre Anhänger: normalerweise die Person, die sie hergestellt hat. Aber in der Natur gibt es keine Spur von ihnen. Wenn also das erste Leben sie verwendet hat, muss es sie irgendwann zugunsten von RNA und DNA vollständig aufgegeben haben. Das mag stimmen, aber es gibt keine Beweise.

    All dies führte Mitte der 2000er Jahre dazu, dass die Unterstützer der RNA World in einer Zwickmühle waren.

    Die RNA-Welt, so ordentlich sie auch war, konnte nicht die ganze Wahrheit sein

    Einerseits existierten RNA-Enzyme, und sie enthielten eines der wichtigsten Teile der biologischen Maschinerie, das Ribosom. Das war gut.

    Aber es wurde keine selbstreplizierende RNA gefunden, und niemand konnte herausfinden, wie sich die RNA in der Ursuppe bildete. Die alternativen Nukleinsäuren könnten das letztere Problem lösen, aber es gab keine Beweise dafür, dass sie jemals in der Natur existierten. Das war weniger gut.

    Die offensichtliche Schlussfolgerung war, dass die RNA-Welt, so sauber sie auch war, nicht die ganze Wahrheit sein konnte.

    Inzwischen hatte seit den 1980er Jahren eine rivalisierende Theorie stetig an Fahrt gewonnen. Ihre Befürworter argumentieren, dass das Leben nicht mit RNA oder DNA oder einer anderen genetischen Substanz begann. Stattdessen begann es als Mechanismus zur Nutzung von Energie.

    Kapitel 4. Energie aus Protonen

    In Kapitel 2 haben wir gesehen, wie sich Wissenschaftler in drei Denkrichtungen über die Anfänge des Lebens aufteilten. Eine Gruppe war überzeugt, dass das Leben mit einem RNA-Molekül begann, aber sie versuchten herauszufinden, wie sich RNA oder ähnliche Moleküle spontan auf der frühen Erde gebildet und dann Kopien von sich selbst erstellt haben könnten. Ihre Bemühungen waren zunächst aufregend, aber letztendlich frustrierend. Doch noch während diese Forschung voranschritt, gab es andere Forscher des Ursprungs des Lebens, die sich sicher waren, dass das Leben ganz anders begann.

    Die Theorie der RNA-Welt beruht auf einer einfachen Idee: Das Wichtigste, was ein lebender Organismus tun kann, ist sich selbst zu reproduzieren. Dem würden viele Biologen zustimmen. Von Bakterien bis hin zu Blauwalen streben alle Lebewesen nach Nachkommen.

    Wächtershäuser schlug vor, dass die ersten Organismen „drastisch anders waren als alles, was wir kennen“

    Viele Forscher über den Ursprung des Lebens glauben jedoch nicht, dass die Fortpflanzung wirklich grundlegend ist. Bevor sich ein Organismus reproduzieren kann, heißt es, muss er sich selbst erhalten. Es muss sich selbst am Leben erhalten. Schließlich kann man keine Kinder bekommen, wenn man zuerst stirbt.

    Wir halten uns am Leben, indem wir Nahrung essen, während grüne Pflanzen dies tun, indem wir Energie aus dem Sonnenlicht gewinnen. Sie denken vielleicht nicht, dass eine Person, die ein saftiges Steak verschlingt, einer belaubten Eiche ähnelt, aber wenn Sie es genau wissen, verbrauchen beide Energie.

    Dieser Vorgang wird Stoffwechsel genannt. Zuerst müssen Sie Energie beispielsweise aus energiereichen Chemikalien wie Zucker gewinnen. Dann müssen Sie diese Energie verwenden, um nützliche Dinge wie Zellen aufzubauen.

    Dieser Prozess der Energiegewinnung ist so grundlegend, dass viele Forscher glauben, dass dies das Erste war, was das Leben jemals getan hat.

    Wie könnten diese reinen Stoffwechselorganismen ausgesehen haben? Einer der einflussreichsten Vorschläge wurde in den späten 1980er Jahren von Guumlnter Wächtershäuser unterbreitet. Er war kein hauptberuflicher Wissenschaftler, sondern Patentanwalt mit Chemie-Hintergrund.

    Wächtershäuser schlug vor, dass die ersten Organismen "drastisch anders waren als alles, was wir kennen". Sie bestanden nicht aus Zellen. Sie hatten keine Enzyme, DNA oder RNA.

    All die anderen Dinge, die moderne Organismen ausmachen &ndash wie DNA, Zellen und Gehirne &ndash kamen später

    Stattdessen stellte sich Wächtershäuser einen Strom heißen Wassers vor, der aus einem Vulkan strömt. Das Wasser war reich an vulkanischen Gasen wie Ammoniak und enthielt Spuren von Mineralien aus dem Herzen des Vulkans.

    Wo das Wasser über die Felsen floss, begannen chemische Reaktionen. Vor allem Metalle aus dem Wasser halfen einfachen organischen Verbindungen, zu größeren zu verschmelzen.

    Der Wendepunkt war die Entstehung des ersten Stoffwechselzyklus. Dies ist ein Prozess, bei dem eine Chemikalie in eine Reihe anderer Chemikalien umgewandelt wird, bis schließlich die ursprüngliche Chemikalie wiederhergestellt wird. Dabei nimmt das gesamte System Energie auf, die verwendet werden kann, um den Zyklus neu zu starten &ndash und andere Dinge zu tun.

    Stoffwechselzyklen mögen nicht lebensecht erscheinen, aber sie sind grundlegend für das Leben

    All die anderen Dinge, die moderne Organismen ausmachen &ndash wie DNA, Zellen und Gehirn &ndash kamen später, gebaut auf der Rückseite dieser chemischen Zyklen.

    Diese Stoffwechselzyklen klingen nicht sehr nach Leben. Wächtershäuser nannte seine Erfindungen "Vorläuferorganismen" und schrieb, dass sie "kaum lebend" genannt werden können.

    Aber Stoffwechselzyklen wie die von Wächtershäuser beschriebenen sind das Herzstück jedes Lebewesens. Eure Zellen sind im Wesentlichen mikroskopisch kleine chemische Verarbeitungsanlagen, die ständig eine Chemikalie in eine andere verwandeln. Stoffwechselzyklen mögen nicht lebensecht erscheinen, aber sie sind grundlegend für das Leben.

    In den 1980er und 1990er Jahren hat Wächtershäuser seine Theorie sehr detailliert ausgearbeitet. Er skizzierte, welche Mineralien für die besten Oberflächen sorgen und welche chemischen Kreisläufe ablaufen könnten. Seine Ideen begannen, Anhänger zu gewinnen.

    Aber es war alles noch theoretisch. Wächtershäuser brauchte eine reale Entdeckung, die seine Ideen untermauerte. Glücklicherweise war es bereits ein Jahrzehnt zuvor hergestellt worden.

    1977 fuhr ein Team unter der Leitung von Jack Corliss von der Oregon State University mit einem 2,5 km langen Tauchboot in den östlichen Pazifischen Ozean. Sie untersuchten den Hotspot von Galáacutepagos, wo hohe Felsgrate aus dem Meeresboden ragen. Sie wussten, dass die Kämme vulkanisch aktiv waren.

    Jeder Abzug war eine Art Ursuppenspender

    Corliss stellte fest, dass die Bergkämme im Wesentlichen von heißen Quellen übersät waren. Heißes, chemiereiches Wasser quoll unter dem Meeresboden hervor und pumpte durch Löcher in den Felsen.

    Erstaunlicherweise waren diese "Hydrothermalquellen" dicht von fremden Tieren bevölkert. Es gab riesige Muscheln, Napfschnecken, Muscheln und Röhrenwürmer. Das Wasser war auch dick mit Bakterien. Alle diese Organismen lebten von der Energie der hydrothermalen Quellen.

    Die Entdeckung hydrothermaler Quellen machte Corliss zu einem Namen. Es hat ihn auch zum Nachdenken gebracht. 1981 schlug er vor, dass vor vier Milliarden Jahren ähnliche Schlote auf der Erde existierten und dass sie der Ursprung des Lebens waren. Er würde den Rest seiner Karriere damit verbringen, an dieser Idee zu arbeiten.

    Corliss schlug vor, dass hydrothermale Quellen chemische Cocktails erzeugen könnten. Jede Öffnung, sagte er, sei eine Art Ursuppenspender.

    Schlüsselverbindungen wie Zucker "würden höchstens Sekunden überleben"

    Als heißes Wasser durch das Gestein floss, führten Hitze und Druck dazu, dass einfache organische Verbindungen zu komplexeren wie Aminosäuren, Nukleotiden und Zuckern verschmolzen. Näher an der Grenze zum Ozean, wo das Wasser nicht ganz so heiß war, begannen sie, sich zu Ketten zu verbinden und Kohlenhydrate, Proteine ​​und Nukleotide wie DNA zu bilden. Als sich das Wasser dann dem Ozean näherte und sich noch weiter abkühlte, fügten sich diese Moleküle zu einfachen Zellen zusammen.

    Es war ordentlich und erregte die Aufmerksamkeit der Leute. Aber Stanley Miller, dessen bahnbrechendes Experiment zur Entstehung des Lebens wir in Kapitel 1 besprochen haben, war nicht überzeugt. 1988 schrieb er, dass die Lüftungsöffnungen zu heiß seien.

    Während extreme Hitze die Bildung von Chemikalien wie Aminosäuren auslösen würde, deuteten Millers Experimente darauf hin, dass sie sie auch zerstören würden. Schlüsselverbindungen wie Zucker würden "höchstens Sekunden überleben". Darüber hinaus ist es unwahrscheinlich, dass sich diese einfachen Moleküle zu Ketten verbinden, da das umgebende Wasser die Ketten fast sofort brechen würde.

    An dieser Stelle trat der Geologe Mike Russell ins Getümmel. Er dachte, dass die Entlüftungstheorie doch zum Laufen gebracht werden könnte. Darüber hinaus schienen ihm die Schlote das ideale Zuhause für die Vorläuferorganismen von Wächtersháuser. Diese Inspiration führte ihn zu einer der am weitesten verbreiteten Theorien über den Ursprung des Lebens.

    Wenn Russell Recht hatte, begann das Leben auf dem Meeresgrund

    Russell hatte sein frühes Leben damit verbracht, Aspirin herzustellen, nach wertvollen Mineralien zu suchen und bei einem bemerkenswerten Vorfall in den 1960er Jahren die Reaktion auf einen möglichen Vulkanausbruch zu koordinieren, obwohl er keine Ausbildung hatte. Aber sein wirkliches Interesse galt der Veränderung der Erdoberfläche im Laufe der Äonen. Diese geologische Perspektive hat seine Vorstellungen vom Ursprung des Lebens geprägt.

    In den 1980er Jahren fand er fossile Beweise für eine weniger extreme Art von hydrothermalen Schloten, bei denen die Temperaturen unter 150 ° C lagen. Diese milderen Temperaturen würden es den Molekülen des Lebens ermöglichen, viel länger zu überleben, als Miller angenommen hatte.

    Darüber hinaus enthielten die fossilen Überreste dieser kühleren Schächte etwas Seltsames. Ein Mineral namens Pyrit, das aus Eisen und Schwefel besteht, hatte sich zu Röhren von etwa 1 mm Durchmesser geformt.

    Russell fand in seinem Labor heraus, dass der Pyrit auch kugelförmige Kleckse bilden kann. Er schlug vor, dass sich die ersten komplexen organischen Moleküle innerhalb dieser einfachen Pyritstrukturen bildeten.

    Ungefähr zu dieser Zeit hatte Wächtershäuser damit begonnen, seine Ideen zu veröffentlichen, die auf einem Strom von heißem, chemikalienreichem Wasser beruhten, das über ein Mineral fließt. Er hatte sogar vorgeschlagen, dass es sich um Pyrit handelte.

    Seine Idee stützte sich auf die Arbeit eines der vergessenen Genies der modernen Wissenschaft

    Also hat Russell zwei und zwei zusammengezählt. Er schlug vor, dass hydrothermale Schlote in der Tiefsee, die lau genug für die Bildung der Pyritstrukturen waren, die Vorläuferorganismen von Wöchchtershålluser beherbergten. Wenn Russell Recht hatte, begann das Leben auf dem Meeresgrund und der Stoffwechsel trat zuerst auf.

    All dies hat Russell in einer 1993 veröffentlichten Arbeit dargelegt, 40 Jahre nach Millers klassischem Experiment. Es erhielt nicht die gleiche aufgeregte Medienberichterstattung, aber es war wohl wichtiger. Russell hatte zwei scheinbar getrennte Ideen zu etwas wirklich Überzeugendem kombiniert.

    Um es noch beeindruckender zu machen, gab Russell auch eine Erklärung dafür, wie die ersten Organismen ihre Energie bezogen. Mit anderen Worten, er fand heraus, wie ihr Stoffwechsel hätte funktionieren können. Seine Idee stützte sich auf die Arbeit eines der vergessenen Genies der modernen Wissenschaft.

    In den 1960er Jahren erkrankte der Biochemiker Peter Mitchell und musste von der Universität Edinburgh zurücktreten. Stattdessen richtete er ein privates Labor in einem abgelegenen Herrenhaus in Cornwall ein. Abgeschieden von der wissenschaftlichen Gemeinschaft wurde seine Arbeit teilweise von einer Herde Milchkühe finanziert. Viele Biochemiker, darunter anfangs Leslie Orgel, dessen Arbeit über RNA wir in Kapitel 2 besprochen haben, hielten seine Ideen für absolut lächerlich.

    Wir wissen jetzt, dass der von Mitchell identifizierte Prozess von jedem Lebewesen auf der Erde verwendet wird

    Weniger als zwei Jahrzehnte später errang Mitchell den ultimativen Sieg: den Nobelpreis für Chemie 1978. Er war nie ein Begriff, aber seine Ideen stehen in jedem Biologie-Lehrbuch.

    Mitchell verbrachte seine Karriere damit, herauszufinden, was Organismen mit der Energie machen, die sie aus der Nahrung gewinnen. Tatsächlich fragte er, wie wir alle von Moment zu Moment am Leben bleiben.

    Er wusste, dass alle Zellen ihre Energie im selben Molekül speichern: Adenosintriphosphat (ATP). Das entscheidende Stück ist eine Kette von drei Phosphaten, die an das Adenosin verankert ist. Die Zugabe des dritten Phosphats kostet viel Energie, die dann im ATP eingeschlossen wird.

    Wenn eine Zelle Energie braucht &ndash, wenn ein Muskel sich zusammenziehen muss &ndash, bricht er das dritte Phosphat von einem ATP ab. Dadurch wird es zu Adenosindiphosphat (ADP) und setzt die gespeicherte Energie frei.

    Er war nie ein bekannter Name

    Mitchell wollte wissen, wie die Zellen das ATP überhaupt hergestellt haben. Wie haben sie genug Energie auf ein ADP konzentriert, damit das dritte Phosphat angelagert wird?

    Mitchell wusste, dass das Enzym, das ATP herstellt, auf einer Membran sitzt. Also schlug er vor, dass die Zelle geladene Teilchen, die Protonen genannt werden, durch die Membran pumpt, sodass sich auf der einen Seite viele Protonen befinden und auf der anderen kaum.

    Die Protonen würden dann versuchen, über die Membran zurückzufließen, um die Anzahl der Protonen auf jeder Seite auszugleichen, aber der einzige Ort, an den sie gelangen konnten, war das Enzym. Der durchströmende Protonenstrom gab dem Enzym die Energie, die es zur Herstellung von ATP benötigte.

    Sehen Sie in diesem Video, wie Zellen Energie nutzen:

    Mitchell stellte diese Idee erstmals 1961 vor. Er verbrachte die nächsten 15 Jahre damit, sie vor allen Ankömmlingen zu verteidigen, bis die Beweise unwiderlegbar wurden. Wir wissen jetzt, dass der von Mitchell identifizierte Prozess von jedem Lebewesen auf der Erde verwendet wird. Es passiert gerade in euren Zellen. Wie die DNA ist sie grundlegend für das Leben, wie wir es kennen.

    Der Schlüsselpunkt, den Russell aufgegriffen hat, ist der Protonengradient von Mitchell: Er hat viele Protonen auf einer Seite einer Membran und wenige auf der anderen. Alle Zellen brauchen einen Protonengradienten, um Energie zu speichern.

    Moderne Zellen erzeugen die Gradienten, indem sie Protonen durch eine Membran pumpen, aber dabei handelt es sich um eine komplexe molekulare Maschinerie, die nicht einfach so entstanden sein kann. Also machte Russell einen weiteren logischen Sprung: Leben muss sich irgendwo mit einem natürlichen Protonengradienten gebildet haben.

    Irgendwo wie eine hydrothermale Quelle. Aber es müsste eine bestimmte Art von Entlüftung sein. Als die Erde jung war, waren die Meere sauer, und in saurem Wasser schwammen viele Protonen. Um einen Protonengradienten zu erzeugen, muss das Wasser aus der Entlüftung protonenarm gewesen sein: Es muss alkalisch gewesen sein.

    Corliss' Lüftungsschlitze würden nicht ausreichen. Sie waren nicht nur zu heiß, sondern auch sauer. Aber im Jahr 2000 entdeckte Deborah Kelley von der University of Washington die ersten alkalischen Quellen.

    Kelley musste kämpfen, um überhaupt Wissenschaftlerin zu werden. Ihr Vater starb, als sie die High School beendete, und sie musste viele Stunden arbeiten, um sich durch das College zu ernähren.

    Er war überzeugt, dass das Leben in Schloten wie denen von Lost City begann

    Aber es gelang ihr und sie wurde sowohl von Unterwasservulkanen als auch von den sengend heißen hydrothermalen Quellen fasziniert. Diese Zwillingsliebe führte sie schließlich mitten in den Atlantik. Dort wird die Erdkruste auseinandergezogen und ein Bergrücken erhebt sich aus dem Meeresboden.

    Auf diesem Grat fand Kelley ein Feld hydrothermaler Quellen, das sie "Lost City" nannte. Sie sind nicht wie die, die Corliss gefunden hat. Das aus ihnen fließende Wasser hat nur 40-75 ° C und ist leicht alkalisch. Karbonatmineralien aus diesem Wasser haben sich zu steilen, weißen "Schornsteinen" verklumpt, die wie Orgelpfeifen aus dem Meeresboden ragen. Ihr Aussehen ist unheimlich und geisterhaft, aber das ist irreführend: Sie beherbergen dichte Gemeinschaften von Mikroorganismen, die auf dem Schlotwasser gedeihen.

    Diese alkalischen Entlüftungsöffnungen passten perfekt zu Russells Ideen. Er war überzeugt, dass das Leben in Schloten wie denen von Lost City begann.

    Aber er hatte ein Problem. Als Geologe wusste er nicht genug über biologische Zellen, um seine Theorie wirklich überzeugend zu machen.

    Also tat sich Russell mit dem Biologen William Martin zusammen, einem kampflustigen Amerikaner, der den größten Teil seiner Karriere in Deutschland verbracht hat. Im Jahr 2003 legten die beiden eine verbesserte Version von Russells früheren Ideen vor. Es ist wohl die ausführlichste Geschichte darüber, wie das Leben begann.

    Diese Geschichte gilt heute als eine der führenden Hypothesen zur Entstehung des Lebens

    Dank Kelley wussten sie jetzt, dass das Gestein der alkalischen Schlote porös war: Sie waren voller winziger Löcher, die mit Wasser gefüllt waren. Diese kleinen Taschen, schlugen sie vor, fungierten als "Zellen". Jede Tasche enthielt lebenswichtige Chemikalien, darunter Mineralien wie Pyrit. In Kombination mit dem natürlichen Protonengradienten aus dem Vent waren sie der ideale Ausgangspunkt für den Stoffwechsel.

    Nachdem das Leben die chemische Energie des Quellwassers genutzt hatte, sagten Russell und Martin, begann es, Moleküle wie RNA herzustellen. Schließlich schuf es seine eigene Membran und wurde eine echte Zelle und entkam aus dem porösen Gestein ins offene Wasser.

    Diese Geschichte gilt heute als eine der führenden Hypothesen zur Entstehung des Lebens.

    Es fand im Juli 2016 starke Unterstützung, als Martin eine Studie veröffentlichte, die einige der Merkmale des "letzten universellen gemeinsamen Vorfahren" (LUCA) rekonstruierte. Dies ist der Organismus, der vor Milliarden von Jahren gelebt hat und von dem alles existierende Leben abstammt.

    Unterstützer von RNA World sagen, dass die Entlüftungstheorie zwei Probleme hat

    Wir werden wahrscheinlich nie direkte fossile Beweise für LUCA finden, aber wir können immer noch eine fundierte Vermutung darüber anstellen, wie es ausgesehen und verhalten haben könnte, indem wir uns heute überlebende Mikroorganismen ansehen. Das hat Martin getan.

    Er untersuchte die DNA von 1.930 modernen Mikroorganismen und identifizierte 355 Gene, die fast alle von ihnen besaßen. Dies ist wohl ein Beweis dafür, dass diese 355 Gene von Generation zu Generation weitergegeben wurden, seit diese 1.930 Mikroben einen gemeinsamen Vorfahren hatten – ungefähr zu der Zeit, als LUCA am Leben war.

    Die 355 Gene enthielten einige, um einen Protonengradienten zu nutzen, aber keine Gene, um einen zu erzeugen - genau wie die Theorien von Russell und Martin vorhersagen würden. Darüber hinaus scheint LUCA an das Vorhandensein von Chemikalien wie Methan angepasst worden zu sein, was darauf hindeutet, dass es eine vulkanisch aktive Umgebung bewohnte und wie eine Schlotstelle.

    Trotzdem sagen die Unterstützer von RNA World, dass die Vent-Theorie zwei Probleme hat. Eines könnte möglicherweise behoben werden, das andere könnte tödlich sein.

    Das erste Problem besteht darin, dass es keine experimentellen Beweise für die von Russell und Martin beschriebenen Prozesse gibt. Sie haben eine Schritt-für-Schritt-Geschichte, aber keiner der Schritte wurde in einem Labor gesehen.

    "Die Leute, die denken, dass die Replikation an erster Stelle steht, liefern ständig neue experimentelle Daten", sagt der Ursprungsexperte Armen Mulkidjanian. "Die Leute, die den Stoffwechsel bevorzugen, tun es nicht."

    Die Chemie all dieser Moleküle ist mit Wasser nicht kompatibel

    Das könnte sich dank Martins Kollege Nick Lane vom University College London ändern. Er hat einen "Origin-of-Life-Reaktor" gebaut, der die Bedingungen in einem alkalischen Schlot simuliert. Er hofft, Stoffwechselzyklen und vielleicht sogar Moleküle wie RNA beobachten zu können. Aber es ist noch früh.

    Das zweite Problem ist die Lage der Schlote in der Tiefsee. Wie Miller 1988 betonte, können sich langkettige Moleküle wie RNA und Proteine ​​ohne Enzyme, die ihnen helfen, nicht in Wasser bilden.

    Für viele Forscher ist dies ein Knock-Down-Argument. "Wenn Sie einen Hintergrund in Chemie haben, können Sie die Idee von Tiefseeschloten nicht kaufen, weil Sie wissen, dass die Chemie all dieser Moleküle mit Wasser nicht kompatibel ist", sagt Mulkidjanian.

    Unabhängig davon bleiben Russell und seine Verbündeten optimistisch.

    Aber im letzten Jahrzehnt ist ein dritter Ansatz in den Vordergrund gerückt, der durch eine Reihe außergewöhnlicher Experimente unterstützt wird. Dies verspricht etwas, was bisher weder der RNA World noch den hydrothermalen Quellen gelungen ist: eine Möglichkeit, eine ganze Zelle von Grund auf neu zu machen.

    Kapitel 5. Wie erstelle ich eine Zelle

    In den frühen 2000er Jahren gab es zwei führende Ideen darüber, wie das Leben hätte beginnen können. Unterstützer der "RNA-Welt" waren überzeugt, dass das Leben mit einem sich selbst replizierenden Molekül begann. Wissenschaftler des „Metabolism-first“-Lagers hatten inzwischen eine detaillierte Erzählung darüber entwickelt, wie das Leben in hydrothermalen Schloten in der Tiefsee hätte beginnen können. Eine dritte Idee sollte jedoch in den Vordergrund treten.

    Jedes Lebewesen auf der Erde besteht aus Zellen. Jede Zelle ist im Grunde ein matschiger Ball mit einer harten Außenwand oder "Membran".

    Der Sinn einer Zelle besteht darin, alle wesentlichen Lebensgrundlagen zusammenzuhalten. Wenn die Außenwand aufgerissen wird, treten die Eingeweide aus und die Zelle stirbt – genauso wie eine Person, die ausgeweidet wurde, im Allgemeinen nicht mehr lange zu leben hat.

    In der Hitze und dem Sturm der frühen Erde müssen sich einige Rohstoffe zu rohen Zellen zusammengefügt haben

    Die Außenwand der Zelle ist so wichtig, dass einige Forscher des Ursprungs des Lebens argumentieren, dass sie das erste gewesen sein muss, was auftauchte. Sie sind der Meinung, dass die in Kapitel 3 diskutierten Bemühungen um „genetics first“ und die in Kapitel 4 diskutierten „metabolism first“-Ideen fehlgeleitet sind. Ihre Alternative &ndash "compartmentalisation-first" &ndash hat ihren Champion in Pier Luigi Luisi von der Universität Roma Tre in Rom, Italien.

    Luisis Argumentation ist einfach und schwer zu widerlegen. Wie könnten Sie einen funktionierenden Stoffwechsel oder eine sich selbst replizierende RNA aufbauen, von denen jede davon abhängt, viele Chemikalien an einem Ort zu haben, es sei denn, Sie haben zuerst einen Behälter, in dem alle Moleküle aufbewahrt werden?

    Wenn Sie dies akzeptieren, kann das Leben nur auf eine Weise beginnen. Irgendwie müssen sich in der Hitze und dem Sturm der frühen Erde einige Rohstoffe zu rohen Zellen oder "Protozellen" zusammengefügt haben. Die Herausforderung besteht darin, dies in einem Labor zu verwirklichen: eine einfache lebende Zelle zu erschaffen.

    Luisi kann seine Ideen bis zu Alexander Oparin und den Anfängen des Ursprungs der Lebenswissenschaften in der UdSSR zurückverfolgen &ndash in Kapitel 1 besprochen. Oparin hob die Tatsache hervor, dass sich bestimmte Chemikalien zu sogenannten Koazervaten formen, die andere Substanzen in ihren Kernen halten können. Er schlug vor, dass diese Koazervate die ersten Protozellen waren.

    Die Herausforderung bestand darin, die Protozellen aus dem richtigen Material zu machen

    Jede fettige oder ölige Substanz bildet im Wasser Klumpen oder Filme. Diese Chemikalien werden zusammen als Lipide bezeichnet, und die Idee, dass sie das erste Leben bildeten, wurde die "Lipidwelt" genannt.

    Aber es reicht nicht aus, nur Blobs zu bilden. Die Blobs müssen stabil sein, sie müssen sich teilen können, um "Tochter"-Blobs zu bilden, und sie brauchen zumindest eine gewisse Kontrolle darüber, was in sie hinein und aus ihnen heraus reist - und das alles ohne die ausgeklügelten Proteine, die moderne Zellen verwenden, um diese Dinge zu erreichen .

    Die Herausforderung bestand darin, die Protozellen aus dem richtigen Material zu machen. Obwohl Luisi im Laufe der Jahrzehnte viele Substanzen ausprobiert hat, hat sie nie etwas lebensechtes genug gemacht, um zu überzeugen.

    1994 machte Luisi dann einen gewagten Vorschlag. Er schlug vor, dass die ersten Protozellen RNA enthalten haben müssen. Außerdem muss sich diese RNA innerhalb der Protozelle replizieren können.

    Wir trafen uns bei Origins-Meetings und verwickelten uns in diese langen Auseinandersetzungen

    Es war eine große Herausforderung, und es bedeutete, den reinen Ansatz der Abschottung zuerst aufzugeben. Aber Luisi hatte gute Gründe.

    Eine Zelle mit einer Außenwand, aber ohne Gene darin, konnte nicht viel tun. Es kann sich zwar in Tochterzellen teilen, aber keine Informationen über sich selbst an seine Nachkommen weitergeben. Es konnte sich nur entwickeln und komplexer werden, wenn es einige Gene enthielt.

    Diese Idee würde bald in Jack Szostak, dessen Arbeit zur RNA-Welt-Hypothese wir in Kapitel 3 untersuchten, einen entscheidenden Unterstützer finden. Während Luisi ein Mitglied des Lagers der Kompartimentierung war, unterstützte Szostak zuerst die Genetik, so dass sie sich viele Jahre lang nicht auf Augenhöhe gesehen hatten.

    "Wir trafen uns bei Origin-Meetings und führten lange Diskussionen darüber, was wichtiger war und was zuerst kam", erinnert sich Szostak. "Schließlich erkannten wir, dass Zellen beides haben. Wir kamen zu einem Konsens, dass es für den Ursprung des Lebens entscheidend ist, sowohl eine Kompartimentierung als auch ein genetisches System zu haben."

    Szostak und zwei Kollegen vermelden einen großen Erfolg

    2001 plädierten Szostak und Luisi für diesen einheitlicheren Ansatz. Einschreiben Natur, argumentierten sie, dass es möglich sein sollte, einfache lebende Zellen von Grund auf neu herzustellen, indem man replizierende RNAs in einem einfachen Fettklecks beherbergt.

    Es war eine dramatische Idee, und Szostak beschloss bald, sein Geld dort zu investieren, wo sein Mund war. Mit der Begründung, dass "wir diese Theorie nicht ohne Belege veröffentlichen können", beschloss er, mit Protozellen zu experimentieren.

    Zwei Jahre später verkündeten Szostak und zwei Kollegen einen großen Erfolg.

    Sie hatten mit Vesikel experimentiert: kugelförmige Kleckse mit zwei Schichten Fettsäuren außen und einem zentralen Flüssigkeitskern.

    Montmorillonit und ähnliche Tone könnten für die Entstehung des Lebens wichtig sein

    Auf der Suche nach einem Weg, die Bildung der Vesikel zu beschleunigen, fügten sie kleine Partikel einer Art Ton namens Montmorillonit hinzu.

    Dadurch bildeten sich die Vesikel 100-mal schneller. Die Oberfläche des Tons wirkte wie ein Enzym als Katalysator.

    Außerdem könnten die Vesikel sowohl Montmorillonit-Partikel als auch RNA-Stränge von der Tonoberfläche aufnehmen. Diese Protozellen enthielten nun Gene und einen Katalysator, alles aus einem einfachen Aufbau.

    Die Entscheidung, Montmorillonit hinzuzufügen, wurde nicht aus einer Laune heraus getroffen. Mehrere Jahrzehnte der Arbeit hatten gezeigt, dass Montmorillonit und ähnliche Tone für die Entstehung des Lebens wichtig sein könnten.

    Montmorillonit ist ein gewöhnlicher Ton. Heutzutage wird es für alle möglichen Dinge verwendet, einschließlich der Herstellung von Katzenstreu. Es entsteht, wenn Vulkanasche durch das Wetter abgebaut wird. Da die frühe Erde viele Vulkane hatte, ist es wahrscheinlich, dass Montmorillonit reichlich vorhanden war.

    Dies hatte Ferris zu Spekulationen veranlasst, dass dieser gewöhnlich aussehende Ton der Ort des Ursprungs des Lebens war. Szostak nahm diese Idee und setzte sie um, indem er Montmorillonit verwendet, um seine Protozellen zu bauen.

    Wenn die Protozellen wachsen könnten, könnten sie sich vielleicht auch teilen

    Ein Jahr später stellte Szostaks Team fest, dass ihre Protozellen von selbst wachsen konnten.

    Da immer mehr RNA-Moleküle in eine Protozelle gepackt wurden, geriet die Außenwand zunehmend unter Spannung. Es war, als hätte die Protozelle einen vollen Magen und könnte platzen.

    Zum Ausgleich nahm die Protozelle mehr Fettsäuren auf und baute sie in ihre Wand ein, wodurch sie zu einer größeren Größe anschwellen und die Spannung abbauen konnte.

    Entscheidend ist, dass es die Fettsäuren aus anderen Protozellen, die weniger RNA enthielten, nahm, wodurch sie schrumpften. Dies bedeutete, dass die Protozellen konkurrieren und diejenigen mit mehr RNA gewannen.

    Dies deutete auf etwas noch Beeindruckenderes hin. Wenn die Protozellen wachsen könnten, könnten sie sich vielleicht auch teilen. Könnten sich die Protozellen von Szostak selbst reproduzieren?

    Szostaks erste Experimente hatten gezeigt, wie sich Protozellen teilen können. Wenn man sie durch kleine Löcher drückte, wurden sie zu Röhren gedehnt, die dann in "Tochter" -Protozellen zerbrachen.

    Die Protozellen wuchsen und veränderten ihre Form und verlängerten sich zu langen, seilartigen Strängen

    Das war ordentlich, denn es war keine zelluläre Maschinerie beteiligt: ​​nur die Anwendung von Druck. Aber es war keine gute Lösung, denn die Protozellen verloren dabei einen Teil ihres Inhalts. Es implizierte auch, dass sich die ersten Zellen nur teilen konnten, wenn sie durch winzige Löcher geschoben wurden.

    Es gibt viele Möglichkeiten, um die Teilung von Vesikel zu bewirken: Zum Beispiel durch Hinzufügen einer starken Wasserströmung, die eine Scherkraft erzeugt. Der Trick bestand darin, die Protozellen dazu zu bringen, sich zu teilen, ohne ihre Eingeweide zu verschütten.

    2009 fanden Szostak und sein Schüler Ting Zhu eine Lösung. Sie stellten etwas komplexere Protozellen her, mit mehreren konzentrischen Außenwänden, ein bisschen wie die Schichten einer Zwiebel. Trotz ihrer Komplexität waren diese Protozellen immer noch einfach herzustellen.

    Als Zhu sie mit immer mehr Fettsäuren fütterte, wuchsen die Protozellen und veränderten ihre Form und verlängerten sich zu langen, seilartigen Strängen. Sobald eine Protozelle lang genug war, genügte eine sanfte Scherkraft, um sie in Dutzende kleiner Tochter-Protozellen zu zerbrechen.

    Jede Tochterprotozelle enthielt RNAs aus der Elternprotozelle, und kaum RNA ging verloren. Außerdem könnten die Protozellen den Zyklus wiederholt durchlaufen, wobei Tochterprotozellen wachsen und sich dann teilen.

    In späteren Experimenten fanden Zhu und Szostak noch mehr Möglichkeiten, die Protozellen zur Teilung zu bewegen. Zumindest dieser Aspekt des Problems scheint gelöst.

    Die Protozellen leisteten jedoch noch nicht genug. Luisi hatte gewollt, dass die Protozellen replizierende RNA beherbergen, aber bisher saß die RNA einfach in ihnen und tat nichts.

    In diesen verstaubten Papieren waren wertvolle Hinweise versteckt

    Um wirklich zu zeigen, dass seine Protozellen das erste Leben auf der Erde gewesen sein könnten, musste Szostak die RNA in ihnen dazu bringen, sich selbst zu replizieren.

    Das würde nicht einfach werden, denn trotz jahrzehntelanger Versuche &ndash, die in Kapitel 3 beschrieben wurden &ndash war es niemandem gelungen, eine RNA herzustellen, die sich selbst replizieren konnte. Das war genau das Problem, das Szostak in seinen frühen Arbeiten zur RNA-Welt behindert hatte und das niemand sonst lösen konnte.

    Also ging er zurück und las die Arbeit von Leslie Orgel, die so lange an der RNA-Welt-Hypothese gearbeitet hatte, noch einmal. In diesen verstaubten Papieren waren wertvolle Hinweise versteckt.

    Orgel hatte in den 1970er und 1980er Jahren viel damit verbracht, zu untersuchen, wie RNA-Stränge kopiert werden.

    So könnte das erste Leben Kopien seiner Gene gemacht haben

    Im Wesentlichen ist es einfach. Nehmen Sie einen einzelnen RNA-Strang und einen Pool von losen Nukleotiden. Verwenden Sie dann diese Nukleotide, um einen zweiten RNA-Strang aufzubauen, der zum ersten komplementär ist.

    Zum Beispiel erzeugt ein RNA-Strang, der "CGC" liest, einen komplementären Strang, der "GCG" liest. Wenn Sie dies zweimal tun, erhalten Sie auf Umwegen eine Kopie des ursprünglichen "CGC".

    Orgel fand heraus, dass sich auf diese Weise RNA-Stränge unter Umständen ohne die Hilfe von Enzymen kopieren lassen. So könnte das erste Leben Kopien seiner Gene erstellt haben.

    Bis 1987 konnte Orgel einen RNA-Strang von 14 Nukleotiden Länge nehmen und komplementäre Stränge erzeugen, die ebenfalls 14 Nukleotide lang waren. Er schaffte nichts mehr, aber das reichte, um Szostak zu faszinieren. Seine Schülerin Katarzyna Adamala versuchte, diese Reaktion in den Protozellen in Gang zu setzen.

    Sie haben Protozellen gebaut, die ihre Gene festhalten, während sie nützliche Moleküle von außen aufnehmen

    Sie fanden heraus, dass die Reaktion Magnesium benötigte, was ein Problem darstellte, da das Magnesium die Protozellen zerstörte. Aber es gab eine einfache Lösung: Citrat, das fast identisch mit der Zitronensäure in Zitronen und Orangen ist und ohnehin in allen lebenden Zellen vorkommt.

    In einer 2013 veröffentlichten Studie fügten sie Citrat hinzu und fanden heraus, dass es sich an das Magnesium anlagerte, die Protozellen schützte und gleichzeitig das Kopieren der Schablone ermöglichte.

    Mit anderen Worten, sie hatten erreicht, was Luisi 1994 vorgeschlagen hatte. "Wir begannen mit der RNA-Replikationschemie in diesen Fettsäurevesikeln", sagt Szostak.

    In etwas mehr als einem Jahrzehnt der Forschung hat das Team von Szostak etwas Bemerkenswertes erreicht.

    Sie haben Protozellen gebaut, die ihre Gene festhalten, während sie nützliche Moleküle von außen aufnehmen. Die Protozellen können wachsen und sich teilen und sogar miteinander konkurrieren. In ihnen kann sich RNA replizieren. In jedem Fall sind sie verblüffend lebensecht.

    Szostaks Ansatz widersprach 40 Jahren Arbeit am Ursprung des Lebens

    Sie sind auch belastbar. 2008 fand das Team von Szostak heraus, dass die Protozellen eine Erwärmung auf 100 °C überleben könnten, eine Temperatur, die die meisten modernen Zellen auslöschen würde. Dies verstärkte den Fall, dass die Protozellen dem ersten Leben ähnlich waren, das die glühende Hitze von ständigen Meteoriteneinschlägen ertragen haben muss.

    "Szostak leistet großartige Arbeit", sagt Armen Mulkidjanian.

    Doch auf den ersten Blick widersprach Szostaks Ansatz 40 Jahren Arbeit am Ursprung des Lebens. Anstatt sich auf "Replikation-zuerst" oder "Kompartimentierung-zuerst" zu konzentrieren, fand er Wege, um beides so ziemlich gleichzeitig zu erreichen.

    Das würde zu einer neuen einheitlichen Herangehensweise an den Ursprung des Lebens inspirieren, die versucht, alle Funktionen des Lebens gleichzeitig anzukurbeln. Diese „Alles-zuerst“-Idee hat bereits eine Fülle von Beweisen gesammelt und könnte potenziell alle Probleme mit den bestehenden Ideen lösen.

    Kapitel 6. Die große Vereinigung

    Während der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts haben Forscher über den Ursprung des Lebens in Stämmen gearbeitet. Jede Gruppe bevorzugte ihre eigene Erzählung und verwarf größtenteils konkurrierende Hypothesen. Dieser Ansatz war sicher erfolgreich, wie die vorangegangenen Kapitel belegen, aber jede vielversprechende Idee für die Entstehung des Lebens stößt letztlich auf ein großes Problem. Daher versuchen einige Forscher nun einen einheitlicheren Ansatz.

    Diese Idee erhielt vor einigen Jahren ihren ersten großen Schub durch ein Ergebnis, das auf den ersten Blick die traditionelle, replikationsorientierte RNA-Welt zu unterstützen schien.

    Alle Schlüsselkomponenten des Lebens könnten auf einmal gebildet werden

    2009 hatten die Anhänger der RNA World ein großes Problem. Sie konnten Nukleotide, die Bausteine ​​der RNA, nicht auf eine Weise herstellen, die auf der frühen Erde plausibel gewesen wäre. Dies führte, wie wir in Kapitel 3 erfahren haben, zu dem Verdacht, dass das erste Leben überhaupt nicht auf RNA basierte.

    John Sutherland beschäftigte sich seit den 1980er Jahren mit diesem Problem. "Ich dachte, wenn Sie zeigen könnten, dass sich RNA selbst zusammenbauen kann, wäre das eine coole Sache", sagt er.

    Zum Glück für Sutherland hatte er sich eine Stelle am Laboratory of Molecular Biology (LMB) in Cambridge, Großbritannien, gesichert. Die meisten Forschungseinrichtungen zwingen ihre Mitarbeiter, ständig neue Erkenntnisse zu produzieren, die LMB jedoch nicht. So konnte Sutherland darüber nachdenken, warum es so schwierig war, ein RNA-Nukleotid herzustellen, und Jahre damit verbringen, einen alternativen Ansatz zu entwickeln.

    Seine Lösung würde ihn zu einer radikal neuen Idee über den Ursprung des Lebens führen, nämlich dass alle Schlüsselkomponenten des Lebens auf einmal gebildet werden könnten.

    "Es gab bestimmte Schlüsselaspekte der RNA-Chemie, die nicht funktionierten", sagt Sutherland. Jedes RNA-Nukleotid besteht aus einem Zucker, einer Base und einem Phosphat. Aber es hatte sich als unmöglich erwiesen, den Zucker und die Base dazu zu bewegen, sich zusammenzuschließen. Die Moleküle hatten einfach die falsche Form.

    Er glaubt, dass RNA stark beteiligt war, aber es war nicht das A und O

    Also begann Sutherland, ganz andere Substanzen auszuprobieren. Schließlich fand sein Team fünf einfache Moleküle, darunter ein anderer Zucker und Cyanamid, das, wie der Name schon sagt, mit Cyanid verwandt ist. Das Team führte diese Chemikalien durch eine Reihe von Reaktionen, die letztendlich zwei der vier RNA-Nukleotide produzierten, ohne jemals eigenständige Zucker oder Basen herzustellen.

    Es war ein Slam-Dunk-Erfolg und machte Sutherlands Namen.

    Viele Beobachter interpretierten die Ergebnisse als weiteren Beweis für die RNA-Welt. Aber Sutherland selbst sieht das überhaupt nicht so.

    Die "klassische" RNA-Welt-Hypothese besagt, dass in den ersten Organismen die RNA für alle Funktionen des Lebens verantwortlich war. Aber Sutherland sagt, das sei "hoffnungslos optimistisch". Er glaubt, dass RNA stark beteiligt war, aber es war nicht das A und O.

    Die Moleküle hatten einfach die falsche Form

    Stattdessen lässt er sich von der jüngsten Arbeit von Jack Szostak inspirieren, die &ndash wie in Kapitel 5 diskutiert &ndash die "Replikation-zuerst"-RNA-Welt mit Pier Luigi Luisis "Kompartimentalisierung-zuerst"-Ideen kombiniert.

    Aber Sutherland geht noch weiter. Sein Ansatz ist „alles zuerst“. Sein Ziel ist es, eine ganze Zelle von Grund auf selbst zusammenbauen zu lassen.

    Sein erster Hinweis war ein seltsames Detail über seine Nukleotidsynthese, das zunächst zufällig erschien.

    Der letzte Schritt in Sutherlands Prozess bestand darin, ein Phosphat an das Nukleotid zu schrauben. Er fand jedoch, dass es am besten war, das Phosphat von Anfang an mitzumischen, da es die früheren Reaktionen beschleunigte.

    Auf den ersten Blick war die Aufnahme des Phosphats, bevor es unbedingt benötigt wurde, eine unordentliche Sache, aber Sutherland fand, dass diese Unordnung eine gute Sache war.

    Machen Sie die Mischung nur kompliziert genug und alle Komponenten des Lebens könnten sich gleichzeitig bilden

    Dies brachte ihn dazu, darüber nachzudenken, wie unordentlich seine Mischungen sein sollten. Auf der frühen Erde müssen Dutzende oder Hunderte von Chemikalien im Umlauf gewesen sein. Das klingt nach einem Rezept für einen Schlamm, aber vielleicht gab es ein optimales Maß an Durcheinander.

    Die Mischungen, die Stanley Miller in den 1950er Jahren herstellte, die wir uns in Kapitel 1 angeschaut haben, waren viel chaotischer als die von Sutherland. Sie enthielten biologische Moleküle, aber Sutherland sagt, dass sie "in Spurenmengen vorkamen und von einer großen Anzahl anderer Verbindungen begleitet wurden, die nicht biologisch sind".

    Für Sutherland bedeutete dies, dass Millers Setup nicht gut genug war. Es war zu unordentlich, also gingen die guten Chemikalien in der Mischung verloren.

    Sutherland hat sich also auf die Suche nach einer "Goldlöckchen-Chemie" gemacht: Eine, die nicht so chaotisch ist, dass sie nutzlos wird, aber auch nicht so einfach, dass sie in ihren Möglichkeiten eingeschränkt ist. Machen Sie die Mischung nur kompliziert genug und alle Komponenten des Lebens könnten sich gleichzeitig bilden und dann zusammenkommen.

    Mit anderen Worten, vor vier Milliarden Jahren gab es auf der Erde einen Teich. Es stand jahrelang da, bis die Mischung der Chemikalien genau richtig war. Dann, vielleicht innerhalb von Minuten, entstand die erste Zelle.

    Dies mag unplausibel klingen, wie die Behauptungen mittelalterlicher Alchemisten. Aber Sutherlands Beweise häufen sich. Seit 2009 hat er gezeigt, dass die gleiche Chemie, die seine beiden RNA-Nukleotide hergestellt hat, auch viele der anderen Moleküle des Lebens herstellen kann.

    Unsere gesamte Herangehensweise an den Ursprung des Lebens in den letzten 40 Jahren war falsch

    Der offensichtliche nächste Schritt bestand darin, mehr RNA-Nukleotide herzustellen. Dies ist ihm noch nicht gelungen, aber 2010 stellte er eng verwandte Moleküle her, die sich möglicherweise in die Nukleotide verwandeln könnten.

    In ähnlicher Weise stellte er 2013 die Vorläufer von Aminosäuren her. Dieses Mal musste er Kupfercyanid hinzufügen, um die Reaktionen in Gang zu bringen.

    Chemikalien im Zusammenhang mit Zyanid erwiesen sich als häufiges Thema, und 2015 ging Sutherland sogar noch weiter. Er zeigte, dass derselbe Topf mit Chemikalien auch die Vorläufer von Lipiden produzieren kann, die Moleküle, aus denen die Zellwände bestehen. Die Reaktionen wurden alle durch ultraviolettes Licht angetrieben, beinhalteten Schwefel und verließen sich auf Kupfer, um sie zu beschleunigen.

    „Alle Bausteine ​​[entstehen] aus einem gemeinsamen Kern chemischer Reaktionen“, sagt Szostak.

    Die Experimente waren zu sauber

    Wenn Sutherland Recht hat, dann war unsere gesamte Herangehensweise an den Ursprung des Lebens in den letzten 40 Jahren falsch. Seit die Komplexität der Zelle klar wurde, gehen Wissenschaftler davon aus, dass die ersten Zellen Stück für Stück nach und nach aufgebaut worden sein müssen.

    Nach Leslie Orgels Vorschlag, dass die RNA an erster Stelle steht, haben Forscher "versucht, das eine vor dem anderen zu bekommen und dann das andere erfinden zu lassen", sagt Sutherland. Aber er denkt, der beste Weg ist, alles auf einmal zu machen.

    "Wir haben die Idee hinterfragt, dass es zu kompliziert ist, alles auf einmal zu machen", sagt Sutherland. "Man könnte sicherlich die Bausteine ​​für alle Systeme auf einmal erstellen."

    Szostak vermutet nun, dass die meisten Versuche, die Moleküle des Lebens herzustellen und sie zu lebenden Zellen zusammenzusetzen, aus demselben Grund gescheitert sind: Die Experimente waren zu sauber.

    Ich bin wirklich auf die Idee zurückgekommen, dass das erste Polymer etwas war, das der RNA ziemlich nahe kam

    Die Wissenschaftler verwendeten die Handvoll Chemikalien, an denen sie interessiert waren, und ließen alle anderen aus, die wahrscheinlich auf der frühen Erde vorhanden waren. Die Arbeit von Sutherland zeigt jedoch, dass durch Hinzufügen einiger weiterer Chemikalien zur Mischung komplexere Phänomene erzeugt werden können.

    Szostak erlebte dies im Jahr 2005 selbst, als er versuchte, seine Protozellen dazu zu bringen, ein RNA-Enzym zu beherbergen. Das Enzym benötigte Magnesium, das die Membranen der Protozellen zerstörte.

    Die Lösung war überraschend. Anstatt die Bläschen aus einer reinen Fettsäure herzustellen, haben sie sie aus einer Mischung von zwei hergestellt. Diese neuen, unreinen Vesikel konnten mit dem Magnesium umgehen und das bedeutete, dass sie Wirt für funktionierende RNA-Enzyme sein konnten.

    Darüber hinaus sagt Szostak, dass die ersten Gene möglicherweise auch Unordnung angenommen haben.

    Moderne Organismen verwenden reine DNA, um ihre Gene zu tragen, aber reine DNA existierte wahrscheinlich zunächst nicht. Es hätte eine Mischung aus RNA-Nukleotiden und DNA-Nukleotiden gegeben.

    Im Jahr 2012 zeigte Szostak, dass sich eine solche Mischung zu "Mosaik"-Molekülen zusammensetzen kann, die so ziemlich wie reine RNA aussehen und sich auch verhalten. Diese durcheinandergebrachten RNA/DNA-Ketten konnten sich sogar ordentlich falten.

    Es gibt ein Problem, für das weder Sutherland noch Szostak eine Lösung gefunden haben

    Dies deutete darauf hin, dass es keine Rolle spielte, ob die ersten Organismen keine reine RNA oder reine DNA herstellen konnten. "Ich bin wirklich auf die Idee zurückgekommen, dass das erste Polymer etwas war, das der RNA ziemlich nahe kam, eine unordentlichere Version der RNA", sagt Szostak.

    Es könnte sogar Platz für Alternativen zu RNA geben, die in Labors erfunden wurden, wie die TNA und PNA, die wir in Kapitel 3 kennengelernt haben. Wir wissen nicht, ob einer von ihnen jemals auf der Erde existiert hat, aber wenn sie es taten, könnten die ersten Organismen sie zusammen mit RNA verwendet haben.

    Dies war keine RNA-Welt: Es war eine "Hodge-Podge-Welt".

    Die Lehre aus diesen Studien ist, dass die Herstellung der ersten Zelle möglicherweise nicht so schwierig war, wie es einst schien. Ja, Zellen sind komplizierte Maschinen. Aber es stellt sich heraus, dass sie immer noch funktionieren, wenn auch nicht ganz so gut, wenn sie aus dem, was gerade zur Hand ist, zusammengewürfelt werden.

    Es scheint unwahrscheinlich, dass solche ungeschickten Zellen auf der frühen Erde überleben werden. Aber sie hätten nicht viel Konkurrenz gehabt, und es gab keine bedrohlichen Raubtiere, so dass das Leben damals in vielerlei Hinsicht vielleicht einfacher gewesen wäre als heute.

    Es gibt ein Problem, für das weder Sutherland noch Szostak eine Lösung gefunden haben, und es ist ein großes. Der erste Organismus muss irgendeine Form von Stoffwechsel gehabt haben. Das Leben musste von Anfang an Energie gewinnen, sonst wäre es gestorben.

    Das Leben war damals vielleicht einfacher als heute

    In diesem Punkt stimmt Sutherland zumindest in Bezug auf Mike Russell, Bill Martin und die anderen Befürworter der Metabolismus-First-Theorien von Kapitel 4 überein. "Während die RNA-Jungs mit den Stoffwechsel-Jungs kämpften, hatten beide Seiten Recht", sagt Sutherland.

    "Die Ursprünge des Stoffwechsels müssen irgendwie da drin liegen", sagt Szostak. "Die Quelle der chemischen Energie wird die große Frage sein."

    Auch wenn Martin und Russell falsch liegen, dass das Leben in Tiefseeschloten beginnt, sind viele Elemente ihrer Theorie mit ziemlicher Sicherheit richtig. Einer ist die Bedeutung von Metallen für die Geburt des Lebens.

    In der Natur haben viele Enzyme ein Metallatom in ihrem Kern. Dies ist oft der "aktive" Teil des Enzyms, während der Rest des Moleküls im Wesentlichen eine Stützstruktur ist. Das erste Leben kann diese komplexen Enzyme nicht gehabt haben, daher hat es wahrscheinlich "nackte" Metalle als Katalysatoren verwendet.

    Das Leben kann nicht in der Tiefsee begonnen haben

    Auf diesen Punkt hat Guumlnter Wörchtershöruser hingewiesen, als er behauptete, dass sich auf Eisenpyrit Leben bildete. In ähnlicher Weise betont Russell, dass das Wasser hydrothermaler Quellen reich an Metallen ist, die als Katalysatoren wirken könnten &ndash und Martins Studie über LUCA fand viele Enzyme auf Eisenbasis.

    Vor diesem Hintergrund ist es bezeichnend, dass viele der chemischen Reaktionen von Sutherland auf Kupfer beruhen (und übrigens auf dem Schwefel, den Wächtershäuser ebenfalls betonte) und dass die RNA in Szostaks Protozellen Magnesium benötigt.

    Es kann sein, dass sich hydrothermale Quellen als entscheidend erweisen werden. "Wenn man sich den modernen Stoffwechsel anschaut, gibt es all diese wirklich suggestiven Dinge wie Eisen-Schwefel-Cluster", sagt Szostak. Das passt zu der Vorstellung, dass das Leben in oder um einen Schlot begann, wo das Wasser reich an Eisen und Schwefel ist.

    Wenn Sutherland und Szostak jedoch auf dem richtigen Weg sind, ist ein Aspekt der Schlottheorie definitiv falsch: Das Leben kann nicht in der Tiefsee begonnen haben.

    "Die Chemie, die wir entdeckt haben, ist so abhängig von UV [ultraviolettem Licht]", sagt Sutherland. Die einzige Quelle ultravioletter Strahlung ist die Sonne, daher können seine Reaktionen nur an sonnigen Orten stattfinden. "Es schließt ein Tiefsee-Entlüftungsszenario aus."

    Vielleicht begann das Leben an Land, in einem Vulkanteich

    Szostak stimmt zu, dass die Tiefsee keine Kinderstube des Lebens war. "Das Schlimmste ist, dass es von der Atmosphärenchemie isoliert ist, die die Quelle energiereicher Ausgangsmaterialien wie Cyanid ist."

    Aber diese Probleme schließen hydrothermale Quellen nicht vollständig aus. Vielleicht befanden sich die Lüftungsöffnungen einfach im flachen Wasser, wo Sonnenlicht und Zyanid sie erreichen konnten.

    Armen Mulkidjanian hat eine Alternative vorgeschlagen. Vielleicht begann das Leben an Land, in einem Vulkanteich.

    Mulkidjanian untersuchte die chemische Zusammensetzung von Zellen: insbesondere, welche Chemikalien sie einlassen und welche sie fernhalten. Es stellt sich heraus, dass alle Zellen, egal zu welchem ​​Organismus sie gehören, viel Phosphat, Kalium und andere Metalle enthalten, aber kaum Natrium.

    Mein Lieblingsszenario im Moment wären irgendwelche seichten Seen oder Teiche an der Oberfläche

    Heutzutage erreichen Zellen dies, indem sie Dinge hinein- und herauspumpen, aber die ersten Zellen konnten dies nicht tun, weil sie nicht über die notwendigen Maschinen verfügten. Mulkidjanian schlug daher vor, dass sich die ersten Zellen irgendwo bildeten, die ungefähr die gleiche Mischung von Chemikalien enthielten wie moderne Zellen.

    Das beseitigt sofort den Ozean. Zellen enthalten viel mehr Kalium und Phosphat als der Ozean je hat und viel weniger Natrium.

    Stattdessen weist es auf die geothermischen Teiche in der Nähe aktiver Vulkane hin. Diese Teiche haben genau den Cocktail von Metallen, der in Zellen gefunden wird.

    Szostak ist ein Fan. "Ich denke, mein Lieblingsszenario im Moment wäre eine Art seichte Seen oder Teiche an der Oberfläche in einem geothermisch aktiven Gebiet", sagt er. "Sie haben hydrothermale Quellen, aber nicht wie die Tiefseequellen, eher wie die Art von Quellen, die wir in vulkanischen Gebieten wie Yellowstone haben."

    Die Erde wurde während ihrer ersten halben Milliarde Jahre ihres Bestehens von Meteoriten getroffen

    Die Chemie von Sutherland könnte an einem solchen Ort gut funktionieren. Die Quellen haben die richtigen Chemikalien, der Wasserstand schwankt, sodass einige Stellen manchmal austrocknen, und es gibt viel ultraviolette Strahlung von der Sonne.

    Außerdem, sagt Szostak, wären die Teiche für seine Protozellen geeignet.

    "Die Protozellen könnten die meiste Zeit relativ kühl sein, was gut für das Kopieren von RNA und andere Arten des einfachen Stoffwechsels ist", sagt Szostak. "Aber hin und wieder werden sie kurz erhitzt, und das hilft den RNA-Strängen, sich für die nächste Replikationsrunde zu trennen." Es würde auch Strömungen geben, die von heißen Wasserströmen angetrieben werden und die die Teilung der Protozellen unterstützen könnten.

    In Anlehnung an viele der gleichen Argumentationslinien hat Sutherland eine dritte Option vorgeschlagen: eine Meteoriteneinschlagszone.

    Die Erde wurde während ihrer ersten halben Milliarde Jahre ihres Bestehens von Meteoriten getroffen und seitdem gelegentlich getroffen. Ein Aufprall von angemessener Größe würde ein Setup erzeugen, das den Teichen von Mulkidjanian ziemlich ähnlich ist.

    Erstens bestehen Meteoriten meist aus Metall. Die Aufprallzonen sind in der Regel reich an nützlichen Metallen wie Eisen sowie Schwefel. Und vor allem schmelzen Meteoriteneinschläge die Erdkruste, was zu geothermischer Aktivität und heißem Wasser führt.

    Wenn sich herausstellt, dass in einem der Szenarien eine Schlüsselchemikalie fehlt oder etwas enthält, das Protozellen zerstört, wird dies ausgeschlossen

    Sutherland stellt sich kleine Flüsse und Bäche vor, die die Hänge eines Einschlagskraters hinunterrieseln und cyanidbasierte Chemikalien aus dem Gestein auslaugen, während ultraviolette Strahlung von oben herabströmt. Jeder Strom hätte eine etwas andere Mischung von Chemikalien, so dass unterschiedliche Reaktionen ablaufen und eine ganze Reihe organischer Chemikalien produziert würden.

    Schließlich würden die Bäche in einen vulkanischen Teich am Boden des Kraters münden. Es könnte in einem Teich wie diesem gewesen sein, in dem alle Teile zusammenkamen und die ersten Protozellen entstanden.

    "Das ist ein ganz spezielles Szenario", sagt Sutherland. Aber er wählte es aufgrund der von ihm gefundenen chemischen Reaktionen. "Es ist das einzige, das wir uns vorstellen können, das mit der Chemie kompatibel ist."

    Szostak ist sich nicht sicher, stimmt aber zu, dass Sutherlands Idee sorgfältige Aufmerksamkeit verdient. "Ich finde das Einschlagsszenario schön. Ich denke, die Idee von Vulkansystemen könnte auch funktionieren. Es gibt einige Argumente dafür."

    Im Moment scheint diese Debatte weiter zu poltern. Aber es wird nicht aus einer Laune heraus entschieden. Die Entscheidung wird von der Chemie und den Protozellen getrieben. Wenn sich herausstellt, dass in einem der Szenarien eine Schlüsselchemikalie fehlt oder etwas enthält, das Protozellen zerstört, wird dies ausgeschlossen.

    Dies bedeutet, dass wir zum ersten Mal in der Geschichte den Anfang einer umfassenden Erklärung dafür haben, wie das Leben begann.

    "Die Dinge sehen viel erreichbarer aus", sagt Sutherland.

    Das Beste, was wir jemals tun können, ist eine Geschichte zu entwerfen, die mit allen Beweisen übereinstimmt

    Der "Alles-auf-einmal"-Ansatz von Szostak und Sutherland bietet bisher nur eine skizzenhafte Erzählung. Aber die erarbeiteten Schritte werden durch jahrzehntelange Experimente gestützt.

    Die Idee schöpft auch aus jedem Zugang zum Ursprung des Lebens. Es versucht, all ihre guten Seiten zu nutzen und gleichzeitig alle ihre Probleme zu lösen. Zum Beispiel versucht sie nicht so sehr, Russells Vorstellungen über hydrothermale Quellen zu widerlegen, sondern ihre besten Elemente einzubeziehen.

    Wir können nicht mit Sicherheit wissen, was vor vier Milliarden Jahren geschah. "Auch wenn du einen Reaktor gemacht hast und raus knallt E coli auf der anderen Seite&hellip kann man immer noch nicht beweisen, dass wir so entstanden sind", sagt Martin.

    Das Beste, was wir jemals tun können, ist eine Geschichte zu entwerfen, die mit allen Beweisen übereinstimmt: mit Experimenten in der Chemie, mit dem, was wir über die frühe Erde wissen, und mit dem, was die Biologie über die ältesten Lebensformen verrät. Endlich, nach einem Jahrhundert harter Bemühungen, kommt diese Geschichte ins Blickfeld.

    Das bedeutet, dass wir uns einer der großen Kluften in der Menschheitsgeschichte nähern: der Kluft zwischen denen, die die Geschichte vom Anfang des Lebens kennen, und denen, die es nie konnten.

    Einige der heute lebenden Menschen werden die ersten in der Geschichte sein, die ehrlich sagen können, dass sie wissen, woher sie kommen

    Jede einzelne Person, die starb, bevor Darwin veröffentlichte Entstehung der Arten im Jahr 1859 wusste nichts über die Ursprünge der Menschheit, weil sie nichts von der Evolution wussten. Aber jeder, der jetzt lebt, außer isolierten Gruppen, kann die Wahrheit über unsere Verwandtschaft mit anderen Tieren erfahren.

    Ebenso hat jeder, der 1961 geboren wurde, nachdem Yuri Gagarin die Erde umkreiste, in einer Gesellschaft gelebt, die in andere Welten reisen kann. Auch wenn wir nie selbst reisen, die Raumfahrt ist Realität.

    Diese Tatsachen verändern unser Weltbild auf subtile Weise. Sie machen uns wohl klüger. Die Evolution lehrt uns, jedes andere Lebewesen zu schätzen, denn sie sind unsere Cousins. Die Raumfahrt ermöglicht es uns, unsere Welt aus der Ferne zu sehen und zeigt, wie einzigartig und zerbrechlich sie ist.

    Einige der heute lebenden Menschen werden die ersten in der Geschichte sein, die ehrlich sagen können, dass sie wissen, woher sie kommen. Sie werden wissen, wie ihr letzter Vorfahre war und wo er lebte.

    Dieses Wissen wird uns verändern. Auf rein wissenschaftlicher Ebene wird es uns sagen, wie wahrscheinlich es ist, dass sich Leben im Universum bildet und wo man danach suchen muss. Und es wird uns etwas über die wesentliche Natur des Lebens sagen. Aber darüber hinaus können wir noch nicht wissen, welche Weisheit der Ursprung des Lebens enthüllen wird.

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    Meteorit liefert Hinweise auf primitives Leben auf dem frühen Mars

    Das von der NASA finanzierte Team fand die ersten organischen Moleküle, von denen angenommen wird, dass sie vom Mars stammen, mehrere mineralische Merkmale, die für die biologische Aktivität charakteristisch sind, und mögliche mikroskopische Fossilien primitiver, bakterienähnlicher Organismen in einem alten Marsgestein, das als Meteorit auf die Erde fiel. Diese Reihe indirekter Beweise für vergangenes Leben wird in der Zeitschrift Science vom 16. August veröffentlicht und die Untersuchung der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur weiteren Untersuchung vorgestellt.

    Die zweijährige Untersuchung wurde gemeinsam von den JSC-Planetenwissenschaftlern Dr. David McKay, Dr. Everett Gibson und Kathie Thomas-Keprta von Lockheed-Martin geleitet. sowie sechs weitere Forschungspartner der NASA und Universitäten.

    „Es gibt keinen einzigen Befund, der uns glauben lässt, dass dies ein Beweis für früheres Leben auf dem Mars ist. Vielmehr ist es eine Kombination vieler Dinge, die wir gefunden haben“, sagte McKay. "Dazu gehört Stanfords Entdeckung eines anscheinend einzigartigen Musters organischer Moleküle, Kohlenstoffverbindungen, die die Grundlage des Lebens sind. Wir fanden auch mehrere ungewöhnliche Mineralphasen, die bekannte Produkte primitiver mikroskopischer Organismen auf der Erde sind. Strukturen, die mikroskopische Fossilien sein könnten, scheinen dies zu unterstützen." All dies. Die räumliche Beziehung all dieser Dinge – innerhalb von wenigen Hunderttausendstel Zoll voneinander – ist der überzeugendste Beweis.“

    "Es ist sehr schwierig zu beweisen, dass vor 3,6 Milliarden Jahren Leben auf der Erde existierte, geschweige denn auf dem Mars", sagte Zare. "Der bestehende Beweisstandard, den wir unserer Meinung nach erfüllt haben, umfasst eine genau datierte Probe, die einheimische Mikrofossilien, für das Leben charakteristische mineralogische Merkmale und Beweise für eine komplexe organische Chemie enthält."

    "Seit zwei Jahren haben wir modernste Technologie angewandt, um diese Analysen durchzuführen, und wir glauben, dass wir ziemlich vernünftige Beweise für früheres Leben auf dem Mars gefunden haben", fügte Gibson hinzu. „Wir behaupten nicht, dass wir es schlüssig bewiesen haben. Wir stellen diese Beweise der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung, damit andere Ermittler als Teil des wissenschaftlichen Prozesses überprüfen, verbessern, angreifen – wenn sie können – widerlegen ein oder zwei Jahre hoffen wir, die Frage so oder so lösen zu können."

    "Die vernünftigste Interpretation ist unserer Meinung nach so radikal, dass sie erst akzeptiert oder abgelehnt wird, wenn andere Gruppen unsere Ergebnisse entweder bestätigen oder aufheben", fügte McKay hinzu.

    Das magmatische Gestein in dem 4,2 Pfund schweren, kartoffelgroßen Meteoriten wurde auf etwa 4,5 Milliarden Jahre datiert, die Zeit, in der der Planet Mars entstand. Es wird angenommen, dass das Gestein unter der Marsoberfläche entstanden ist und durch Einschläge, als Meteoriten die Planeten im frühen inneren Sonnensystem bombardierten, stark gebrochen wurde. Vor 3,6 Milliarden bis 4 Milliarden Jahren, einer Zeit, in der allgemein angenommen wird, dass der Planet wärmer und feuchter war, wird angenommen, dass Wasser in Brüche im Untergrundgestein eingedrungen ist und möglicherweise ein unterirdisches Wassersystem gebildet hat.

    Da das Wasser mit Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre gesättigt war, lagerten sich Karbonatmineralien in den Brüchen ab. Die Ergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass lebende Organismen möglicherweise auch bei der Bildung des Karbonats mitgewirkt haben, und einige Überreste der mikroskopischen Organismen könnten versteinert worden sein, ähnlich der Bildung von Fossilien in Kalkstein auf der Erde. Dann, vor 16 Millionen Jahren, traf ein riesiger Komet oder Asteroid den Mars und schleuderte ein Stück des Gesteins mit ausreichender Kraft aus seinem Untergrund, um dem Planeten zu entkommen. Millionen von Jahren schwebte der Felsbrocken durch den Weltraum. Es traf vor 13.000 Jahren auf die Erdatmosphäre und fiel als Meteorit in die Antarktis.

    In den winzigen Karbonatklumpen fanden die Forscher eine Reihe von Merkmalen, die als Hinweis auf vergangenes Leben interpretiert werden können. Stanford-Forscher fanden leicht nachweisbare Mengen organischer Moleküle, die als polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) bezeichnet werden und sich in der Nähe des Karbonats konzentrierten. Forscher des JSC fanden Mineralverbindungen, die häufig mit mikroskopischen Organismen und den möglichen mikroskopischen fossilen Strukturen in Verbindung gebracht werden.

    Die größten der möglichen Fossilien haben weniger als 1/100 des Durchmessers eines menschlichen Haares, und die meisten haben einen Durchmesser von etwa 1/1000 des Durchmessers eines menschlichen Haares – klein genug, dass es etwa tausend aneinandergelegte Fossilien brauchen würden, um sie zu überspannen der Punkt am Ende dieses Satzes. Einige sind eiförmig, während andere röhrenförmig sind. In Aussehen und Größe ähneln die Strukturen auffallend den mikroskopischen Fossilien der kleinsten Bakterien, die auf der Erde gefunden wurden.

    Der Meteorit namens ALH84001 wurde 1984 im Allan Hills Eisfeld in der Antarktis von einer jährlichen Expedition des Antarctic Meteorite Program der National Science Foundation gefunden. Es wurde für Studien im Meteorite Processing Laboratory des JSC aufbewahrt und sein möglicher Ursprung vom Mars wurde erst 1993 erkannt. Es ist einer von nur 12 bisher identifizierten Meteoriten, die mit der einzigartigen Marschemie übereinstimmen, die von der Viking-Raumsonde, die 1976 auf dem Mars landete, gemessen wurde. ALH84001 ist bei weitem der älteste der 12 Mars-Meteoriten, mehr als dreimal so alt wie jeder andere.

    Viele der Ergebnisse des Teams wurden erst durch die jüngsten technologischen Fortschritte in der hochauflösenden Rasterelektronenmikroskopie und Laser-Massenspektrometrie möglich. Noch vor wenigen Jahren waren viele der von ihnen gemeldeten Merkmale nicht nachweisbar. Obwohl frühere Studien dieses Meteoriten und anderer vom Mars stammenden Meteoriten keine Beweise für früheres Leben gefunden haben, wurden sie im Allgemeinen mit geringeren Vergrößerungsstufen durchgeführt, ohne den Vorteil der in dieser Forschung verwendeten Technologie. Die jüngste Entdeckung extrem kleiner Bakterien auf der Erde, genannt Nanobakterien, veranlasste das Team, diese Arbeit in einem viel feineren Maßstab als in früheren Bemühungen durchzuführen.

    Zu den neun Autoren des Science-Berichts gehören McKay, Gibson und Thomas-Keprta vom JSC Christopher Romanek, ehemals Postdoktorand des National Research Council am JSC, der jetzt wissenschaftlicher Mitarbeiter am Savannah River Ecology Laboratory der University of Georgia Hojatollah Vali . ist , Postdoktorand des National Research Council am JSC und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der McGill University, Montreal, Quebec, Kanada, und Zare, den Doktoranden Simon J. Clemett und Claude R.Maechling und Postdoktorand Xavier Chillier vom Department of Chemistry der Stanford University.

    Das Forscherteam umfasst eine breite Palette von Fachwissen, darunter Mikrobiologie, Mineralogie, analytische Techniken, Geochemie und organische Chemie, und die Analyse kreuzte alle diese Disziplinen. Weitere Details zu den im Science-Artikel vorgestellten Ergebnissen sind:

      Forscher der Stanford University verwendeten ein Dual-Laser-Massenspektrometer – das weltweit empfindlichste Instrument seiner Art –, um nach der gemeinsamen Familie organischer Moleküle namens PAHs zu suchen. Wenn Mikroorganismen absterben, werden die darin enthaltenen komplexen organischen Moleküle häufig zu PAKs abgebaut. PAK werden oft mit alten Sedimentgesteinen, Kohlen und Erdöl auf der Erde in Verbindung gebracht und können häufige Luftschadstoffe sein. In ALH84001 fanden die Wissenschaftler nicht nur PAK in leicht nachweisbaren Mengen, sondern auch, dass diese Moleküle in der Nähe der Karbonatkügelchen konzentriert waren. Dieser Befund scheint mit der Annahme konsistent zu sein, dass sie ein Ergebnis des Fossilisationsprozesses sind. Darüber hinaus stimmt die einzigartige Zusammensetzung der PAK des Meteoriten mit dem überein, was die Wissenschaftler von der Versteinerung sehr primitiver Mikroorganismen erwarten. PAK kommen auf der Erde praktisch immer in Tausenden von Formen vor, im Meteoriten werden sie jedoch nur von etwa einem halben Dutzend verschiedener Verbindungen dominiert. Auch die Einfachheit dieser Mischung, kombiniert mit dem Fehlen von leichten PAKs wie Naphthalin, unterscheidet sich erheblich von der bisher in Nicht-Mars-Meteoriten gemessenen PAKs.