Taschenlehrbuch Biologie - Evolution - Oekologie

Gaswolken ablaufen.
    Nach der Impact-Hypothese sind organische Verbindungen ausschließlich im Zuge der Bombardierung der Erde aus dem Kosmos auf die Erde gekommen.
    Warum nur L -Aminosäuren? Bei der abiotischen Bildung von Aminosäuren entsteht eine racemische Mischung aus L- und D-Molekülen ( Biochemie, Zellbiologie ). In den Zellen kommen jedoch nur L-Aminosäuren vor. Bislang lässt sich die Homochiralität nicht ganz befriedigend erklären. Inzwischen wurde nachgewiesen, dass die L-Aminosäuren energetisch ein wenig stabiler sind. In Anbetracht der extremen Verhältnisse bei der Entstehung der organischen Moleküle könnte dies ein entscheidender Vorteil gewesen sein. Denkbar ist auch, dass die Kristallflächen bestimmter Mineralien eine Form selektiert haben könnten. In Meteoritenbestandteilen wurden L-Aminosäuren in angereicherter Form gefunden.
10.2.2 Abiotische Bildung von Makromolekülen
    Man kann sicherlich davon ausgehen, dass auf der frühen Erde Bausteine für Makromoleküle in ausreichender Menge vorhanden waren. Die Bildung von Makromolekülen war ein wichtiger Schritt, damit Leben entstehen konnte, und es bestehen neben der Hypothese von Wächtershäuser noch mehrere andere Hypothesen zu ihrer Synthese. Bei Aufbau und Funktion der Zellen spielen die Makromoleküle, insbesondere Proteine ( Biochemie, Zellbiologie ), eine wichtige Rolle. Proteine setzen sich aus Aminosäuren zusammen, die unter Wasseraustritt zu Ketten verknüpft werden. Die Bildung solcher Peptidbindungen erfordert Energie in Form von Wärme oder energiereichen Stoffen. In den heutigen Zellen liefert Adenosintriphosphat (ATP) die Energie und spezielle Enzyme katalysieren die Verknüpfungen. Es ist anzunehmen, dass es sowohl Substanzen gab, welche die Bildung von Makromolekülen katalysieren konnten, als auch solche, welche dafür die notwendige Energie bereitstellten.
    Die Entstehung von Proteinen aus Aminosäuren kann unter Laborbedingungen simuliert werden. Zu den Substanzen, die Peptidbindungen katalysieren, zählen Carbodiimide, Cyanoacetylen oder Diaminomaleonitril. Ganz besonders bietet sich ein Molekül wie Dicyan mit seiner energiereichen Dreifachbindung mit einem Stickstoffatom an (Abb. 10. 4 ). Dicyan bildet sich aus Cyanwasserstoff unter UV-Strahlung oder unter elektrischer Ladung. Da Peptidbindungen leicht hydrolysieren, muss es unter den Urbedingungen Möglichkeiten gegeben haben, das für eine Hydrolyse notwendige Wasser abzufangen . Denkbar ist, dass die Peptide von Mineralien wie den Silikaten adsorbiert oder aufgenommen wurden und sich so konzentrierten.

    Abb. 10. 4 Bildung von Makromolekülen. a Die Verknüpfung der Moleküle A und B unter Abspaltung von Wasser (Kondensation) erfordert Energie. Die umgekehrte Reaktion, die Einlagerung von Wasser bei gleichzeitiger Spaltung, wird als Hydrolyse bezeichnet. b Ein Molekül wie Dicyan stellt die Energie für die Verknüpfung von A und B zur Verfügung und bindet zugleich das freiwerdende Wasser.
    Eine andere Möglichkeit ist die Aktivierung der Aminosäuren durch Polyphosphorsäuren , welche in der Ursuppe vorhanden waren. Unter Laborbedingungen gelang auf diese Weise die Polymerisation von Tripeptiden zu Polypeptidketten, die aus bis zu 30 Aminosäuren zusammengesetzt sind.
    Ebenfalls experimentell konnte nachgewiesen werden, dass bestimmte Tonmineralien , wie Montmorillonite, die Bildung proteinähnlicher Makromoleküle aus Aminosäureadenylaten beschleunigen. Da Aminosäureadenylate auch in heutigen Organismen Zwischenstufen der Proteinsynthese sind, könnte ihre Umsetzung an den Tonen eine frühe Stufe der biologischen Proteinsynthese gewesen sein. Interessant ist auch die Vorstellung, dass energiereiche Thioester Vorläufer des ATP waren und bei der Synthese der ersten Makromoleküle, aber auch bei den ersten Stoffwechselprozessen, eine Rolle gespielt haben könnten. In zahlreichen Stoffwechselwegen sind Thioester als Zwischenprodukte noch heute beteiligt ( Biochemie, Zellbiologie ). Die Bildung von Thioestern aus Thiolen und Carbonsäuren könnte bei günstigen Umweltbedingungen spontan erfolgt sein. So könnten sich aus Aminosäurethioestern verschieden lange Peptide gebildet haben. Bei diesem Reaktionsmechanismus reagiert das thioveresterte Carboxylende mit dem Aminoende eines zweiten Thioesters. Die Reaktion lässt sich unter Laborbedingungen simulieren.
10.2.3 Informationsträger als Voraussetzung des Lebens
    Während sich die chemische Evolution im