Biogenese

Biogenese, Entwicklung von der Entstehung der festen Erdrinde vor ca. 4,5 Mrd. Jahren bis zum Auftreten erster Lebewesen vor ca. 3,6 Mrd. Jahren. Über den Verlauf der B. existieren experimentell und theoretisch begründete Hypothesen.

    Simulationsexperimente stützen die Hypothese, dass in einer chemischen Evolution aus anorganischen Verbindungen der reduzierenden, keinen freien Sauerstoff enthaltenden Uratmosphäre (Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Methan) sowie nach Bildung des Urozeans aus gelösten Phosphat-, Silikat- und Metallionen organische Verbindungen wie Aminosäuren, Purin- und Pyrimidinkörper, Carbonsäuren, Zucker entstanden sind. Energiequellen für die ablaufenden Reaktionen dürften das wegen fehlender Ozonschicht ungehindert zur Erdoberfläche gelangende UV-Licht, Gewitter, Vulkanismus sowie radioaktive Strahlung gewesen sein. Durch Erhitzen eines Aminosäuregemischs im Labor entstanden Proteinoide, vorwiegend peptidisch verknüpfte Aminosäureketten mit enzymatischer Wirksamkeit. In weiteren Simulationsexperimenten gelang auch die Synthese von Makromolekülen, etwa von Polysacchariden und Nucleinsäuren. Im Urozean dürften sich, da sie nicht als Nahrung verbraucht wurden, die gebildeten organischen Verbin-

dungen angesammelt haben (Ursuppe). Rasch mit Wasser abgekühlte Proteinoide lagern sich zu kugeligen Gebilden, den Mikrosphären, zusammen.

    Als weiterer Schritt in der Entstehung von Lebewesen wird die Verknüpfung von Proteinoiden und Polynucleotiden zu einem System mit den Eigenschaften der Selbstvermehrung, des Stoffwechsels und der Mutabilität angenommen: ⇒ Hyperzyklus. Wird der Hyperzyklus von einer semipermeablen Membran aus Lipiden und Proteinen eingeschlossen, kommt es zur Vorstufe einer Zelle, einer einfachsten Lebensform, dem ⇒ Protobionten, der sich zum Prokaryoten weiterentwickelte.

    Da sich die Protobionten vermehrten, wurde die Nahrung, organische Stoffe im Urozean, knapp. Es entwickelten sich photoautotrophe Organismen, die etwa wie das rezente Halobacterium, mit Hilfe eines Pigments durch Lichtenergie einen Protonengradienten aufbauten und diesen zur ATP-Bildung nutzten. Erste Formen mit einer Elektronentransportkette nutzten H₂S als Elektronendonator (wie die heutigen Schwefelpurpurbakterien). Ein weiterer wichtiger Evolutionsschritt war die Nutzung von Wasser als Elektronenlieferant. Mit der Wasserspaltung kam es vor über 2 Mrd. Jahren zur Bildung von Sauerstoff und im weiteren Verlauf zur Entwicklung der Zellatmung, durch die heterotrophe Organismen mit hohem

Energiegewinn organische Stoffe oxidieren. Viele anaerobe Organismen starben aus, nur wenige überlebten in für sie geeigneten Lebensräumen. Bis vor 1,5–1 Mrd. Jahren gab es nur ⇒ Prokaryoten, dann erst tauchten die ersten ⇒ Eukaryoten auf.