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Origin of life

Origin of life. Mathias Jäger, Theresa Gotthart. Der Anfang. Entstehung der Erde / Sonnensystem: 4.6 Gyr Erstes Leben: 3.5 Gyr (Bakterien) Woher kam das Leben? Wie entstand es?. Definition von Leben. Kapazität zur Selbstreplikation Die Fähigkeit der Darwin‘schen Evolution zu folgen

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Presentation Transcript

  1. Origin of life Mathias Jäger, Theresa Gotthart

  2. Der Anfang • Entstehung der Erde / Sonnensystem: 4.6 Gyr • Erstes Leben: 3.5 Gyr (Bakterien) • Woher kam das Leben? • Wie entstand es?

  3. Definition von Leben • Kapazität zur Selbstreplikation • Die Fähigkeit der Darwin‘schen Evolution zu folgen • Darwinsche Evolution • Selektion • Rekombination • Mutation

  4. Mutation • 2 Arten von Mutation: Unterschieden nach Erblichkeit und Ursache • Erblichkeit • Keimbahnmutation • Somatische Mutation • Ursache • Spontanmutation • Induzierte Mutation • Replikationsfehler • Unzureichende Proof-Reading-Aktivität • Crossing Over

  5. Crossing Over

  6. Bausteine des Lebens • Wasser (60-70%) • Sauerstoff • Kohlenstoff • Stickstoff • Phosphor • Schwefel Atome des Elements (pro 100.000) im Menschen H 60563 O 25670 C 10680 N 2440 Ca 230 P 130 S 130 Na 75 K 37 Cl 33

  7. Warum Kohlenstoff? • Alles Leben basiert auf C • Große Anzahl möglicher langer Molekülverbindungen • z.B.: Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor • C kann Verbindungen bauen, die in Wasser löslich sind (für Interaktion notwendig) • Alternative: Silizium?

  8. Warum Wasser? • Brauchen Medium in dem Moleküle interagieren können • Wasser bestens geeignet (weder zu heiß, noch zu kalt), im flüssigen Zustand • Alternative: Ammoniak

  9. Wasser • 70% der Erdoberfläche sind Wasser • Wasser ist polarisiert (Verbindung mit O) • 2 Arten von Molekülen (wasserlöslich, nicht wasserlöslich) • Beide wichtig für Leben • Möglichkeit für Makromoleküle (Fette und Öle, Kohlenhydrate, Proteine, Nukleinsäuren)

  10. DNA • Proteine • Katalysatoren(Enzyme) • Nukleinsäuren • DNA, RNA T… Thymin A... Adenin G… Guanin C… Cytosin U… Uracil

  11. Die Welt der RNA • Zuerst RNA oder DNA? • Allgemein: zuerst RNA • Nukleide der RNA schneller entwickelt • RNA stabiler als DNA • RNA vor Proteinen entwickelt

  12. Suche nach den Ursprüngen • Molekulare Strukturen in Gesteinsproben • Zellreste • Abdrücke in Sedimenten • Organisches Material • Mineralien (entstanden bei Bio-Prozessen) • Isotope, die auf Bio-Aktivität hinweisen • Atmosphärische Komponenten

  13. Zwei Vorgehensweisen • Bottom-up Szenario • Von Entstehung der Erde auf Beginn des Lebens • Leblose Elemente, Moleküle, Mineralien • Top-down Szenario • Von heute auf Beginn des Lebens extrapolieren Betrachten nur Bottom-up

  14. Miller‘s Experiment • Uratmosphäre • Urozean • Methan, Wasserstoff, Ammoniak • Energie => Aminosäuren werden produziert

  15. Murchison Meteorit • 28. September 1969 nahe Melbourne • Kohlenstoffreich • Stück eines Asteroiden aus Gürtel • Enthielt organische Moleküle (Aminosäuren) • Bildung im Universum und nicht auf der Erde

  16. Aminosäure Miller-Experiment Murchison Erde Glycine **** **** Ja Alanine **** **** Ja Α-amino-N-butyric acid *** **** Nein A-Aminoisobutyric **** ** Nein Valine *** ** Ja Norvaline *** *** Nein Isovaline ** ** Nein Proline *** * Ja Pipecolic acid * * Nein Aspartic acid *** *** Ja Glutamic acid *** *** Ja Β-Alanince ** ** Nein B-Amino-N-butyric acid ** ** Nein B-Aminosobutyric acid * * Nein Y-Aminobutyric acid * ** Nein Sarcosnic ** *** Nein N-Ethylglycine ** ** Nein N-Methylalanine ** ** Nein

  17. Leben von außerhalb? • Meteoriten und Kometeneinschläge bringen organisches Material auf die Erde Quellen Masse (kg) Akkretion /106kg yr-1 Carbon Meteoritenmaterial Meteore (von Kometen) 10-17 – 10-1 16.0 10% Meteoriten 10-2 – 105 0.058 1.3% Kraterbildene Körper 105 – 1015 62.0 4.2% Organisches Material Meteore (von Kometen) 10-15 – 10-9 3.2 10% Meteoriten (ohne C) 10-2 – 105 2.9x10-3 0.1% Meteoriten (mit C) 10-2 – 105 1.9x10-4 2.5%

  18. Chirality • 2 Arten von Molekülen • Chiral (Rechte-Hand-Linke-Hand-Prinzip) • Achiral (Spiegelfest)

  19. Chirality und das Leben • Aminosäuren gemischt, rechte Hand, linke Hand • Proteine nur aus linke Hand Aminosäuren • Bemerkenswert: 19 der 20 Säuren können sowohl links als auch rechts händig sein • Linke Hand Aminosäuren wurden auch im Murchison-Meteoriten gefunden

  20. Akkumulation von organischem Material • Abgeschlossene Lagunen und Tümpel, Wasser verdampft, Konzentration steigt • Wasser friert, angereichertes gefriert später • Ton und Mineralien sammeln organisches Material, Ton sammelt es innerhalb seiner Struktur • Weiterentwicklung: Genauen Prozesse noch unbekannt

  21. Zusammenfassung • Leben basiert auf C • Wasser ist Grundlage, aufgrund molekularer Entwicklung Offene Fragen: • Leben von außerhalb, oder Erde? • Leben auf anderen Elementen basierend? • Entwicklung des Lebens an sich?

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