Biologie

Leben - Evolution und die Geschichte des Lebens auf der Erde

Evolution und die Geschichte des Lebens auf der Erde

Erblichkeit

Die Beweise sind überwältigend, dass sich alles Leben auf der Erde seit seiner Entstehung aus gemeinsamen Vorfahren in einer ununterbrochenen Kette entwickelt hat. Darwins Evolutionsprinzip wird durch die folgenden Tatsachen zusammengefasst. Alles Leben nimmt tendenziell zu: Es werden mehr Organismen empfangen, geboren, geschlüpft, aus Samen gekeimt, aus Sporen gekeimt oder durch Zellteilung (oder andere Mittel) produziert, als möglicherweise überleben können. Jeder so produzierte Organismus unterscheidet sich in messbarer Weise von seinen Verwandten. In jeder gegebenen Umgebung zu einem bestimmten Zeitpunkt, Varianten der am besten geeignet für diese Umgebungwird dazu neigen, mehr Nachkommen als die anderen zu hinterlassen. Nachkommen ähneln ihren Vorfahren. Variantenorganismen hinterlassen Nachkommen wie sich selbst. Daher werden Organismen mit der Zeit von ihren Vorfahren abweichen. Der Begriffnatürliche Selektion ist eine Abkürzung dafür, dass nicht alle Organismen überleben, um Nachkommen mit der gleichen Wahrscheinlichkeit zu hinterlassen. Diejenigen, die heute leben, wurden im Vergleich zu ähnlichen ausgewählt, die nie überlebt oder sich fortgebildet haben. Alle Organismen aufErde sind heute gleichermaßenda alle entwickeln Anteil die gleichen alten ursprünglichen Vorfahrendie konfrontiert unzählige Bedrohungen für ihr Überleben. Alle haben seit etwa 3,7 bis 3,5 Milliarden Jahren während des Archäischen Zeitalters (vor 4 bis 2,5 Milliarden Jahren), Produkten des großen Evolutionsprozesses mit seinen identischen molekularbiologischen Grundlagen, Bestand. Weil die Umwelt der Erde so vielfältig ist, unterscheiden sich die besonderen Details der Evolutionsgeschichte eines Organismus von denen eines anderenArten trotz chemischer Ähnlichkeiten.

Konvergenz

Überall ist die Umwelt der Erde heterogen . Berge, Ozeane und Wüsten leiden unter extremen Temperaturen, Luftfeuchtigkeit und Wasserverfügbarkeit . Alle Ökosysteme enthalten unterschiedliche Mikroumgebungen: sauerstoffarme ozeanische Unmengen, sulfid- oder ammoniakreiche Böden, Mineralaufschlüsse mit hohem Radioaktivitätsgehalt oder kochende organisch reiche Quellen. Neben diesen physikalischen Faktoren umfasst die Umgebung eines Organismus die anderen Organismen in seiner Umgebung. Für jede Umweltbedingung gibt es eine entsprechende ökologische Nische . Die Vielfalt der auf der Erde besiedelten ökologischen Nischen ist bemerkenswert. Sogar nasse Risse in Granit sind voll von „Steinfressen“Bakterien . Ökologische Nischen in der Lebensgeschichte wurden mehrfach eigenständig besetzt. Zum Beispiel, ganz analog zum gewöhnlichen Plazentasäugetier Wolf war der Beuteltier Wolf, die thylacine (ausgestorben seit 1936) , die in Australien gelebt; Die beiden räuberischen Säugetiere weisen bemerkenswerte Ähnlichkeiten in Aussehen und Verhalten auf. Die gleiche stromlinienförmige Form für schnelle Meeresbewegungen entwickelte sich mindestens viermal unabhängig voneinander: bei Stenopterygius und anderen mesozoischen Reptilien; in Thunfisch , die Fische sind; und bei Delfinen und Robben, die Säugetiere sind. Die konvergente Entwicklung in hydrodynamischer Form ergibt sich aus der Tatsache, dass nur ein enger Bereich von Lösungen für das Problem der schnellen Meeresbewegung durch große Tiere existiert. DasAuge , ein Lichtrezeptor , der ein Bild macht, hat sich nicht nur bei Tieren auf der Erde, sondern auch bei Protisten wie der Dinomastigote Erythropsodinium mehr als zwei Dutzend Mal unabhängig voneinander entwickelt . Anscheinend lösen augenähnliche Strukturen das Problem der visuellen Aufzeichnung am besten. Wenn die Physik oder Chemie eine effizienteste Lösung für ein bestimmtes ökologisches Problem darstellt, tendiert die Entwicklung in verschiedenen Abstammungslinien häufig zu ähnlichen, nahezu identischen Lösungen. Dieses Phänomen ist als konvergente Evolution bekannt .

Spontane Generation

Das Leben ist letztendlich ein materieller Prozess, der spontan - und mindestens einmal in der fernen Vergangenheit - aus einem nicht lebenden materiellen System hervorgegangen ist. Wie das Leben entstanden ist, wird unten diskutiert. Es können jedoch keine Beweise für eine spontane Erzeugung angeführt werden. Die spontane Erzeugung, auch Abiogenese genannt , der hypothetische Prozess, durch den sich lebende Organismen aus nicht lebender Materie entwickeln, muss zurückgewiesen werden. Nach dieser Theorie, Stücke von Käse und Brot in Lumpen gewickelt und in einer dunklen Ecke gelassen wurden gedacht zu produzieren Mäuse, weil nach einigen Wochen Mäuse in den Lappen erschienen. Viele glaubten an eine spontane Erzeugung, weil sie solche Ereignisse wie Maden erklärte, die auf verfaulendem Fleisch schwärmen.

Bis zum 18. Jahrhundert war klar geworden, dass Pflanzen und Tiere nicht durch nicht lebendes Material erzeugt werden konnten. Die Herkunft von Mikroorganismen wie Hefe und Bakterien wurde jedoch erst vollständig bestimmt, als der französische Chemiker Louis Pasteur im 19. Jahrhundert nachwies, dass sich Mikroorganismen vermehren, dass alle Organismen von bereits vorhandenen Organismen stammen und dass alle Zellen von bereits vorhandenen Zellen stammen. Welche Beweise gibt es dann für das früheste Leben auf der Erde?

Geologische Aufzeichnung

Die vergangene Zeit auf der Erde ist, wie aus der Gesteinsaufzeichnung hervorgeht , in vier unermessliche Zeiträume unterteilt, die Äonen genannt werden. Dies sind dieHadean (vor 4,6 bis 4 Milliarden Jahren), derArchean (vor 4 bis 2,5 Milliarden Jahren), derProterozoikum (vor 2,5 Milliarden bis 541 Millionen Jahren) und diePhanerozoikum (vor 541 Millionen Jahren bis heute). Für das Hadean Eon stammen die einzigen Aufzeichnungen von Meteoriten und Mondgesteinen. Auf der Erde überleben keine Felsen des Hadean-Zeitalters. In der Abbildung sind Äonen in Epochen, Perioden und Epochen unterteilt. Solche Einträge in der geologischen Zeitskala werden oft als "geologische Zeitintervalle" bezeichnet.

Unter den ältesten bekannten Fossilien sind die in der gefundenenFeigenbaum Chert aus dem Transvaal, datiert vor über drei Milliarden Jahren. Diese Organismen wurden als Bakterien identifiziert, einschließlich sauerstoffhaltiger photosynthetischer Bakterien (Cyanobakterien), dh Prokaryoten anstelle von Eukaryoten. Selbst Prokaryoten sind jedoch äußerst komplizierte Organismen, die effizient wachsen und sich vermehren. Strukturen von Gemeinschaften von Mikroorganismen, geschichteten Gesteinen genanntStromatolithen werden vor mehr als drei Milliarden Jahren gefunden. Da die Erde etwa 4,6 Milliarden Jahre alt ist, deuten diese Funde darauf hin, dass der Ursprung des Lebens innerhalb weniger hundert Millionen Jahre nach dieser Zeit stattgefunden haben muss.

Chemische Analysen von organischen Stoffen, die aus den ältesten Sedimenten gewonnen wurden, zeigen, welche Arten von organischen Stoffen vorhanden sind Moleküle bleiben in der Gesteinsaufzeichnung erhalten.Porphyrine sind in den ältesten Sedimente, wie haben die identifizierten Isoprenoid Derivate Pristan und Phytan, Abbauprodukte von Zell Lipiden. Hinweise darauf, dass diese organischen Moleküle vor 3,1 bis 2 Milliarden Jahren biologischen Ursprungs sind, sind die Tatsache, dass ihre langkettigen Kohlenwasserstoffe eine geradkettige Geometrie bevorzugen. Chemische und physikalische Prozesse allein erzeugen tendenziell einen viel größeren Anteil an verzweigtkettigen und cyclischen Kohlenwasserstoff-Molekülgeometrien als in alten Sedimenten. Nicht - biologische Prozesse sind in der Regel gleiche Mengen langkettiger bilden Kohlenstoff - Verbindungenmit ungeraden und geraden Zahlen von Kohlenstoffatomen. Produkte zweifellos biologischen Ursprungs, einschließlich der ältesten Sedimente, bevorzugen jedoch eindeutig eine ungerade Anzahl von Kohlenstoffatomen pro Molekül . Ein weiteres chemisches Lebenszeichen ist eine Anreicherung des Kohlenstoffisotops C 12 , die durch nichtbiologische Prozesse schwer zu erklären ist und in einigen der ältesten Sedimente dokumentiert wurde. Diese Beweise legen nahe, dass bakterielle Photosynthese oder Methanogenese, Prozesse, die C 12 bevorzugt gegenüber C 13 konzentrieren , im frühen archäischen Zeitalter vorhanden waren.

Das Proterozoikum , von dem einst angenommen wurde, es sei frei vonEs ist bekannt, dass fossile Beweise für das Leben von einer überwältigenden Anzahl verschiedener Arten von Bakterien und protistischen Fossilien bevölkert werden - einschließlich Akritarchen (kugelförmige, robuste, nicht identifizierte Fossilien) und der gesamten Ediacaran-Fauna . Die Ediacarans - große, rätselhafte und in einigen Fällen tierähnliche ausgestorbene Lebensformen - sind wahrscheinlich mit vorhandenen Protisten verwandt. Fast 100 Arten sind an rund 30 Standorten weltweit bekannt, hauptsächlich Sandsteinformationen . Die meisten Ediacaraner, von denen angenommen wird, dass sie an sandigen Orten am Meer gelitten haben, hingen wahrscheinlich von ihren inneren mikrobiellen Symbionten ab (Foto- oderChemoautotrophen ) zur Ernährung . Es gibt keine Beweise dafür, dass es sich um Tiere handelte. Neben den Ediacaranern, Akritarchen und anderen reichlich vorhandenen Mikrofossilien gehören zu den eindeutigen Beweisen für das präphanerozoische oder präkambrische Leben auch die massiven Eisenstreifenformationen (BIFs). Die meisten BIFs stammen aus der Zeit vor 2,5 bis 1,8 Milliarden Jahren. Sie werden als indirekter Beweis für das sauerstoffproduzierende, metallabscheidende mikroskopische Leben im Proterozoikum angesehen. Untersuchungen, bei denen die Elektronenmikrosonde (ein Instrument zur gleichzeitigen Visualisierung von Struktur und chemischer Zusammensetzung ) und andere mikropaläontologische Techniken verwendet werden, die der klassischen Geologie nicht vertraut sind wurden eingesetzt, um ein viel vollständigeres Bild des vorphanerozoischen Lebens zusammenzustellen.

Der Frühste Fossilien sind alle aquatische Formen. Erst vor etwa zwei Milliarden Jahren wurden Cyanobakterienfilamente gesehen, die feuchten Boden besiedelten . Zu Beginn des Phanerozoikums hatte sich das Leben zwischen Sonne und Erde sowohl an Land als auch in den Gewässern der Welt eingeschlichen. Zum Beispiel tauchten die Hauptgruppen von Meerestieren wie Mollusken und Arthropoden vor etwa 541 Millionen Jahren zum ersten Mal an der Basis der Kambriumperiode des Phanerozoikums auf. Pflanzen und Pilze traten zusammen in der außergewöhnlich gut erhaltenen Rhynie Chert von Schottland auf, die vor etwa 408 bis 360 Millionen Jahren in der Devon-Zeit datiert wurde . Solarenergiewurde zu den eigenen Zwecken des Lebens umgeleitet. Die Biota erfand immer mehr Möglichkeiten, immer mehr Umgebungen auszunutzen . Viele Linien starben aus. Andere beharrten und veränderten sich. Die Höhe und Tiefe der Biosphäre nahm ebenso wie implizit die Dichte der lebenden Materie zu. Die Proliferation und das Aussterben einer wachsenden Anzahl von Lebensformen hinterließen unauslöschliche Spuren in den Sedimentgesteinen der Biosphäre ( siehe Evolution: Das Konzept der natürlichen Selektion ).