Ein Hauptproblem in der Diskussion um die Entstehung des Lebens sind die fehlenden Dokumente und Kenntnisse der Rahmenbedingungen der Anfangszeit. Nach den im ersten Teil betrachteten planetaren Gegebenheiten müssen für die Rückschlüsse der eigentlichen biochemischen Entwicklung in erster Linie der Aufbau und die Zusammensetzung der heutigen Zelle sowie die Prozesse, die in ihr ablaufen, herangezogen werden. Daraus lassen sich Minimalanforderungen erschließen, die die chemischen und physikochemischen Voraussetzungen für den Lebensursprung eingrenzen. Notwendig ist daher die Betrachtung aller relevanten Ressourcen und einwirkenden Faktoren auf den Entstehungsprozess, sofern diese aus heutiger Zeit für die Zeit vor 4 Mrd. Jahren übertragen werden können. Die Schwierigkeiten, die sich bei der Diskussion über das Wie bei der Entstehung des Lebens ergeben, hängen unmittelbar mit dem Ort des Geschehens zusammen. Zuerst müssen organische Ausgangsmoleküle in ausreichender Menge zur Verfügung gestanden haben. Die Elemente, die für die einfachste Form einer lebenden Zelle erforderlich sind, beschränken sich zunächst auf Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Stickstoff (N), Sauerstoff (O), Phosphor (P) und untergeordnet Schwefel (S). Diese Elemente müssen ständig über einen langen Zeitraum in dem Bildungsumfeld zur Verfügung gestanden haben, sodass sich aus ihnen erste größere Moleküle bilden konnten. Die betreffenden Elemente sind im interstellaren Staub, in Meteoriten, in Kometen, in der Atmosphäre, im Ozean und in der Erdkruste in unterschiedlichen Konzentrationen vorhanden. Aber jedes größere Molekül benötigt seine eigenen Bedingungen, um aus den Ausgangsprodukten gebildet zu werden. Es ist zum Beispiel nicht denkbar, dass in einem eng begrenzten Umfeld alle notwendigen Komponenten vorhanden waren und sich daraus Aminosäuren, organische Basen oder Zucker bilden konnten. Selbst die in unserem Körper vorhandenen Aminosäuren haben, jede für sich, unterschiedliche Bildungsbedingungen. Sie hängen zum Beispiel ab vom pH-Wert der wässrigen Lösung, der Temperatur oder von den beteiligten Ionen. Aber sehen wir uns erst einmal die wenigen Elemente an, die letztendlich für das Leben notwendig sind, welche Besonderheiten sie besitzen und wie sie in und auf der jungen Erde vertreten waren.

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Die engeren Rahmenbedingungen: Die Chemie, die Physik und die physikalische Chemie – ohne sie geht es nicht

  • Ulrich C. Schreiber,
  • Christian Mayer

摘要

Ein Hauptproblem in der Diskussion um die Entstehung des Lebens sind die fehlenden Dokumente und Kenntnisse der Rahmenbedingungen der Anfangszeit. Nach den im ersten Teil betrachteten planetaren Gegebenheiten müssen für die Rückschlüsse der eigentlichen biochemischen Entwicklung in erster Linie der Aufbau und die Zusammensetzung der heutigen Zelle sowie die Prozesse, die in ihr ablaufen, herangezogen werden. Daraus lassen sich Minimalanforderungen erschließen, die die chemischen und physikochemischen Voraussetzungen für den Lebensursprung eingrenzen. Notwendig ist daher die Betrachtung aller relevanten Ressourcen und einwirkenden Faktoren auf den Entstehungsprozess, sofern diese aus heutiger Zeit für die Zeit vor 4 Mrd. Jahren übertragen werden können. Die Schwierigkeiten, die sich bei der Diskussion über das Wie bei der Entstehung des Lebens ergeben, hängen unmittelbar mit dem Ort des Geschehens zusammen. Zuerst müssen organische Ausgangsmoleküle in ausreichender Menge zur Verfügung gestanden haben. Die Elemente, die für die einfachste Form einer lebenden Zelle erforderlich sind, beschränken sich zunächst auf Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Stickstoff (N), Sauerstoff (O), Phosphor (P) und untergeordnet Schwefel (S). Diese Elemente müssen ständig über einen langen Zeitraum in dem Bildungsumfeld zur Verfügung gestanden haben, sodass sich aus ihnen erste größere Moleküle bilden konnten. Die betreffenden Elemente sind im interstellaren Staub, in Meteoriten, in Kometen, in der Atmosphäre, im Ozean und in der Erdkruste in unterschiedlichen Konzentrationen vorhanden. Aber jedes größere Molekül benötigt seine eigenen Bedingungen, um aus den Ausgangsprodukten gebildet zu werden. Es ist zum Beispiel nicht denkbar, dass in einem eng begrenzten Umfeld alle notwendigen Komponenten vorhanden waren und sich daraus Aminosäuren, organische Basen oder Zucker bilden konnten. Selbst die in unserem Körper vorhandenen Aminosäuren haben, jede für sich, unterschiedliche Bildungsbedingungen. Sie hängen zum Beispiel ab vom pH-Wert der wässrigen Lösung, der Temperatur oder von den beteiligten Ionen. Aber sehen wir uns erst einmal die wenigen Elemente an, die letztendlich für das Leben notwendig sind, welche Besonderheiten sie besitzen und wie sie in und auf der jungen Erde vertreten waren.