Taschenlehrbuch Biologie - Evolution - Oekologie

Energiestoffwechsel aus. Die Nutzung der Energie aus dem Abbau organischer Substanzen wie dem Abbau von Glucose durch die Glykolyse setzt schon eine Reihe von enzymatischen Reaktionen voraus. Ob dieser Form der Energiegewinnung noch andere Formen vorausgingen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen. Vorstellbar sind primitive membranständige Enzyme, mit denen energieliefernde Prozesse zum Aufbau von ATP oder anderen energiereichen Verbindungen genutzt werden konnten. Mit den Porphyrinen konnten so unterschiedliche Stoffwechselwege wie die Atmung, die Photosynthese bzw. die Methanogenese entstehen, Prozesse, über die heutige Organismen ihre Energie gewinnen.
    Die ursprünglichen photosynthetischen Organismen besaßen sicherlich nur ein Photosystem zur Erzeugung von ATP. Die für Biosynthesen wichtigen Reduktionsmittel wurden aus der Umgebung genommen. Diese Art der Photosynthese mit nur einem Photosystem kommt z. B. bei Purpurbakterien oder Grünen Schwefelbakterien vor. Die Entstehung des Photosystems II war sicherlich ein entscheidender Schritt in der Evolution der Lebewesen. Sie sicherte den photosynthetischen Organismen ihre von fertiger organischer Substanz unabhängige autotrophe Lebensweise. Bei dieser Photosynthese, die die heutigen Pflanzen, Algen und Cyanobakterien betreiben, sind zwei Photosysteme hintereinander geschaltet, die durch eine Elektronentransportkette verbunden sind. Neben ATP entstehen durch eine zweite lichtabhängige Reaktion reduzierte Coenzyme, die dann für die Reduktion (Assimilation) von CO 2 zu Zuckern zur Verfügung stehen. Nachgeliefert werden die Elektronen aus dem Wasser. Sauerstoff ist ein Oxidationsmittel und es mussten Wege zur Entgiftung gefunden werden. Erst die Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre auf 1 % ermöglichte die Kopplung der Entgiftung mit einer Energiegewinnung. Sauerstoff wurde zum terminalen Elektronenakzeptor in der Elektronentransportkette bei der Atmung ( Biochemie, Zellbiologie ).
    Die Nutzung der Energien des Sonnenlichtes und der vollständige Abbau der organischen Substrate über die Atmungsketten gewährleistete eine wesentlich bessere Energieversorgung. Größere und komplexere Zellen und später dann mehrzellige Organismen konnten entstehen. Da in den oberen Schichten der Atmosphäre Sauerstoff in Ozon umgelagert wurde, entstand allmählich derSchutz gegen die UV-Strahlung, der Leben außerhalb der Ozeane ermöglichte (Abb. 10. 8 ).

    Abb. 10. 8 Wichtige Phasen der Erdgeschichte und in der Evolution des Lebens.
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    Abiotische Entstehung von Makromolekülen: Der plausibelste Weg ist die Kopplung von Kondensationsreaktionen mit der Hydrolyse energiereicher Verbindungen.
    Miller-Hypothese: Die Entstehung einfacher organischer Moleküle lässt sich experimentell durch Simulation der Uratmosphäre nachvollziehen.
    Impact-Hypothese: Auch im Weltraum findet die Bildung organischer Moleküle statt, die durch Bombardierung der Erde aus dem Kosmos auf die Erde gelangen.
    Eisen-Schwefel-Welt nach Wächtershäuser: Der Ursprung organischer Moleküle liegt in der Tiefsee an vulkanischen Schloten.
    Nucleinsäuren als Informationsträger: Als stoffliche Basis der Informationsspeicherung und -weitergabe geeignet. Sie bilden eine stabile Struktur und tragen aufgrund der Basenpaarung die Information zur eigenen Replikation.
    RNA-Welt: Es spricht viel dafür, dass RNA früher als einziger Informationsträger auftrat. Mit der Entdeckung der Ribozyme wurde eine Selbstreplikation der RNA ohne Beteiligung von katalytischen Proteinen vorstellbar.
    Selektion: Selektionsmechanismen setzen bereits auf der Ebene der Makromoleküle an.
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10.3 Was ist Leben? Die Merkmale des Lebendigen
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    Die kleinste Einheit des Lebens ist die Zelle. Zu den Merkmalen des Lebens gehören Selbstvermehrung, Aufbau aus organischen Molekülen, Stoffwechsel, Wachstum und Entwicklung, die Aufnahme von Umweltreizen über Rezeptoren, Motilität, Mutation und Rekombination. Viren und Viroide werden nicht zu den eigentlichen Lebewesen gezählt, sondern als Zellparasiten betrachtet, da sie nicht alle Merkmale des Lebens erfüllen.
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    Es gibt eine Reihe von Eigenschaften, die für das Leben kennzeichnend sind. Doch nur das Zusammenkommen aller Eigenschaften ermöglicht die Abgrenzung lebender Systeme von leblosen Systemen:
Lebewesen sind zur Selbstvermehrung in der Lage.
Lebewesen sind aus Makromolekülen wie Proteinen, Nucleinsäuren, Polysacchariden, Lipiden sowie einer weiteren Anzahl