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- Tafeln und Bilder - [1][2][3][4][5][6][7] | |
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4,6 *
- 2,5 Milliarden Jahre v.C. |
(1.2)
2,5 - 0,8 Milliarden Jahre v.C. |
0,8
- 0,57 Milliarden Jahre v.C. |
Aus dem Weltraum gesehen, scheint die Erde nur ein ganz
gewöhnliches Mitglied der Gruppe der inneren Planeten zu sein. Tatsächlich
nimmt sie aber eine Sonderstellung ein, weil ihre Atmosphäre Sauerstoff enthält.
Diese Lufthülle hat, weil Jupiter
sie schützt, die Entwicklung höherer Lebensformen auf unserem Planeten
ermöglicht und sichert deren Fortbestehen, solange Jupiter verhindert, daß
die das Leben stark gefährdenden Asteroiden und Kometen die Erde treffen.
(Meteoriten).
Zugleich schützt die Erdatmosphäre
die Lebewesen vor den schädlichen Bestandteilen der Sonnenstrahlung. Die
Sonne
spendet also Leben und Tod zugleich. |
Einzellige |
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Bildung des Lebens heißt Bildung einer Zelle (kleinstes Lebewesen; vgl. Einzeller), eines winzigen Gebildes mit dem Reproduktionsmolekül und allem, was es zum Leben braucht. Danach entwickelten sich mehrzellige Lebewesen, auch Vielzeller genannt. Vielleicht haben sich verschiedene Zellen vereint, z.B. je 2 Zellen (Wirt und Parasit), oder es sind aus einer Zelle mehrere entstanden. Die Zellen bildeten jedenfalls verschiedene Strukturen aus, sogenannte Organe, die jeweils ganz spezielle Aufgaben hatten. Deshalb nennt man ein Lebewesen ja auch Organismus. Organische Chemie hat nicht umsonst nur eine Grundlage: Kohlenstoff. | Chemische
Zusammensetzung der Erdatmosphäre |
Irgendwann, nämlich im bereits biologisch sichtbar (phanerozoisch) gewordenen Paläozoikum, entstanden aus einigen dieser Organe Schalen oder Skelette, die dann als Fossilien im Gestein zurückblieben. Die geologische Zeitrechnung umfaßt eine so unermeßliche Spanne, daß die Geologen sie, um sie verständlicher zu machen, in Bereiche unterteilen, in (nach: Inhalt/Zeit): Gruppe/Ära, Formation/Periode (vgl. jedoch meinen, d.h. den meinen Zwecken dienenden Begriff Periode), Abteilung/Serie, Stufe/Alter, Zone/Horizont. Jeder Bereich ist durch irgendein Ereignis in der Geschichte der Fossilien charakterisiert. Das erste Auftreten von Tieren mit harten Schalen bezeichnet z.B. den Beginn des Paläozoikums, das Aussterben der Dinosaurier das Ende des Mesozoikums. Außerdem gibt es natürlich noch übergeordnete Einteilungen: 2 Unterreiche des Tierreiches sind in Einzeller und Vielzeller aufgegeteilt; ihre chemisch-biologische Geschichte gehört als kryptisches Zoikum ins . Danach wird der Stamm Chordatiere (Chordata) in Unterstämme unterteilt, z.B. in Wirbellose (Invertebrata) und Wirbeltiere (Vertebrata), denn ihre biologische Geschichte gehört als phanerisches Zoikum ins . | Weitere wichtige Daten der Erde: Oberfläche: 510,101 Mio.
km² Große Halbachse der Bahn: 149,6
Mio. km (= 1 AE) Die Erde ist nahezu kugelförmig, genauer: sie hat die Gestalt eines abgeplatteten Rotationsellipsoids. In aller Strenge ist der Erdkörper jedoch nicht durch eine einfache geometrische Figur beschreibbar, denn neben geometrischen müssen auch physikalische Messungen (Schweremessungen) treten, die dazu führen, von der Erdfigur als dem Geoid zu sprechen. |
Ohne Pflanzen, z.B. die urpflanzlichen Mikroorganismen (Bakterien, Blaualgen u.a.), könnte es auf der Erde kein Leben geben. (Vgl. kosmische Voraussetzungen und irdische Internbedingungen). Nur sie sind imstande, sich aus Rohstoffen Nahrung zu schaffen, und so müssen alle Tiere sich von Pflanzen oder pflanzenfressenden Tieren ernähren. Die ersten Lebensformen können deshalb nur Pflanzen gewesen sein. Mikroorganiche Pflanzen lebten bereits in den Urmmeeren, z.B. einfache Blaualgen und - wohl zur gleichen Zeit - auch Grünalgen, die bereits aus einer Chlorophyll enthaltenden Zelle bestanden.In über 4 Mrd. Jahre alten Gesteinen sind Reste bakterienähnlicher Mikroorganismen gefunden worden, von denen einige bereits die Photosynthese beherrschten. Der freigesetzte Sauerstoff sammelte sich allmählich in der Erdatmosphäre an, so daß sich atmende Lebewesen entwickeln konnten. In den oberen Luftschichten baute sich ein Ozonschild auf, der die schädliche ultraviolette Strahlung der Sonne absorbierte. Den urzeitlichen Bakterien und Algen hat man also die Anreicherung mit stark sauerstoffhaltigem Gas zu verdanken. Sie verbrauchten bei der Photosynthese Kohlendioxid (und Wasser) und produzierten Sauerstoff als Stoffwechselprodukt. Blaualgenkolonien, die u.a. zur Bildung von Stromatolithen beitrugen, erzeugten noch mehr Sauerstoff. Zunächst wurde dieser von Gesteinen am Meeresboden aufgenommen, wodurch später der eisenhaltige Sandstein entstehen sollte. Wahrscheinlich waren nicht nur die uralten Blaualgen, sondern die ebenso uralten Bakterien und anderen Mikroorganismen verantwortlich für die durch Kalkausfällung gebildeten Stromatolithen, die so etwas wie Kalkkrusten sind und deren Enstehung im warmen, seichten Gewässern bis ungefähr 3,5 Mrd. Jahre zurückreicht. Die Untersuchung wird deshalb erleichtert, weil ähnliche Gebilde auch in späteren Zeiten entstanden und bis in die Gegenwart hinein entstehen.Durch ihr Vorkommen im Wasser vor den gefährlichen UV-Strahlen der Sonne geschützt, konnten diese Algen und Bakterien kaum merklich die Erdatmosphäre verändern. Diese Art von Leben dauerte insgesamt, d.h. ohne wesentliche Veränderungen, mindestens 2 Mrd. Jahre. (Vgl. Übersicht). | Flughöhe
Masse: Radius: Mittlere Bahnknoten- Perigäum- Äquator- Äquator- |
Siderische Umlaufzeiten 1 h
24 m 25 s * Dieser Satellit bewegt sich in derselben Zeit um die Erde, in der sich diese um ihre eigene Achse dreht. Er verbleibt also, von kleinen Störungen abgesehen, immer über demselben Punkt der Erdoberfläche (geostationärer Satellit oder synchroner Satellit). ** Der Mond bewegt sich auf dieser Bahn, abgesehen von der Bahnexzentrizität. Mittlere
Entfernung des Mondes von der Erde: Entfernung im Perigäum: Bahnneigung gegen die Ekliptik: 5° 8' 43'' Siderische Umlaufzeit: Oberfächentemperatur: Mittlere
Dichte: |
Kreisbahngeschwindigkeiten Der einzige natürliche Erdsatellit ist der Mond, wie auch immer er zur Erde kam. (Vgl. Jupiter). Künstliche Erdsatelliten sind die mit Raketen in eine Umlaufbahn um die Erde geschossenen Körper. Ein Erdsatellit muß in etwa die sogenannte Zirkular- oder Kreisbahngeschwindigkeit haben, damit er eine stabile Bahn bekommt. Bei der Zirkular- oder Kreisbahngeschwindigkeit wird nämlich die Anziehungskraft der Erde durch die Zentrifugalkraft aufgehoben. Für einen Körper an der Erdoberfläche beträgt die Kreisbahngeschwibdigkeit 7,912 km/s. Wegen des Luftwiderstands der Erdatmosphäre kann aber ein Erdsatellit nicht unmittelbar über der Erdoberfläche in den Umlauf gebracht werden. Erst oberhalb etwa 160 bis 180 km Höhe ist die Atmosphärendichte so gering, daß ein Erdsatellit zumindest einige Umläufe ausführen kann, bis er schließlich in den dichten Schichten der Erdatmosphäre verglüht oder abstürzt. Deshalb wird ein Erdsatellit mittels einer Trägerrakete zunächst vertikal durch die dichtesten Schichten der Erdatmosphäre transportiert. Erst später neigt sich die Flugbahn der Trägerrakete, um endlich etwa in die Horizontale einzumünden. (Vgl. Tafel). |
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Die wichtigsten Voraussetzungen für unser Leben |
PHYSIKALISCH | CHEMISCH | |||||
U | I) Universum IV) Jupiter | E L E M E N T A R | ||||
T E R R E S T R I S C H | a) Erde in der Lebenszone des Sonnensystems b) Erde mit einer Masse, die die Atmosphäre dauerhaft halten kann c) Erde mit einem heißen Kern (geologischer Aktivität, Magnetfeld) | H-C-N-O | M O L E K U L A R |
Chemische Bedingungen |
(A) (A.1) (A.2) (A.3) | Kohlenstoff
ist in Form der Carbonate ein wichtiges gesteinsbildendes Mineral. Als Kohlendioxid
kommt Kohlenstoff im Wasser
und in der Erdatmosphäre
vor; er ist Bestandteil aller lebenden Organismen, durch deren Verwesung sich
in den verschiedenen Erdzeitaltern ausgedehnte Lager von Kohlenstoff und Kohlenstoff-Verbindungen
in Form von Kohle, Erdöl und Erdgas gebildet haben. Auch darum die Einteilung
in: | Die seit den Anfängen der Erdgeschichte existierenenden Moleküle wurden zu den 20 Aminosäuren synthetisiert, die später in den Eiweißkörpern aller Lebewesen vorhanden sein sollten. Damit Aminosäuren
bzw. Ursuppen-Gemische entstehen konnten, brauchte die Ur-Erde nicht
nur Energie in Form von (1) (1.1) (1.2) | Bildung einer Aminosäure: Eiweißkette: Man kann leicht erkennen, worauf diese biochemischen und biologischen Prozesse letztendlich zurückgehen: auf chemisch-physikalische, d.h. astronomische, kosmische Kräfte. Sehr wichtig z.B.: - Sonnenenergie, -
Erdenergie Vgl.
die 4
wichtigsten Voraussetzungen für die Evolution auf der Erde: Vgl.
Evolutionsperioden |
Die 4 wichtigsten chemischen Elemente für das Leben: Diese 4 Elemente sind (neben He) auch die häufigsten im Universum. Kohlenstoff
(C) Die 4-wertigen C-Atome verknüpfen sich als 1fach-, 2fach- oder 3fach-Bindungen zu einem stabilen Kohlenstoffgerüst. Die noch frei bleibenden Valenzen der C-Atome können zur Bindung mit Wasserstoff (H) u.a. Elementen benutzt werden. Besonders wichtige organische Kohlenstoff-Verbindungen sind Fette, Kohlenwasserstoffe. Kohlenhydrate, Proteine u.a.. Besonders wichtige anorganische Kohlenstoff-Verbindungen sind Carbide, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Kohlensäure und ihre Salze u.a. Die
Masse des Isotops C 12 (99,98% des natürlichen C), wird seit 1961 als Bezugsmasse
für die Atommasse, das radioaktive C 14 zur Altersbestimmung verwendet. |
Ein Bio(-Chemie)-Physiker beschreibt das so: Der wesentliche Unterschied zwischen belebter und unbelebter Materie zeigt sich in den Verbindungen der Elemente. Unbelebte Materie bevorzugt einfache, um nicht zu sagen simpelste chemische Verbindungen, auch wenn sie scheinbar so kompliziert strukturiert sind wie in einem Kristall. Beispielsweise setzt sich das Sauerstoffmolekül der Luft aus nur zwei Sauerstoffatomen zusammen. Kochsalz besteht aus einem Natriumatom und einem Chloratom, Wasser aus einem Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatomen. Ganz anders in Lebewesen: Belebte Materie bevorzugt einfache, um nicht zu sagen simpelste chemische Verbindungen, auch wenn sie scheinbar so kompliziert strukturiert sind wie in einem Kristall. Beispielsweise setzt sich das Sauerstoffmolekül der Luft aus nur zwei Sauerstoffatomen zusammen. Kochsalz besteht aus einem Natriumatom und einem Chloratom, Wasser aus einem Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatomen. Ganz anders in Lebewesen: Belebte Materie zeigt eine schier unglaubliche Vielfalt an Bindungsmöglichkeiten und besteht immer aus hoch komplizierten Molekülen, die so groß sind, daß sie sogar unter dem Mikroskop zu erkennen sind: gewaltige Komplexe von Tausenden von Wasserstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen, eingebunden in Gerüsten aus Kohlenstoffketten, die das Ganze zusammenhalten. Gerade das Element Kohlenstoff ist der Schlüssel zum Geheimnis des Lebens auf der Erde. Kohlenstoff ist nämlich in der Lage, mit praktisch jedem Element Verbindungen einzugehen. Aber auch mit seinesgleichen kann es sich in unterschiedlichen Bindungsformen zusammentun, denn nur die langen makromolekularen Ketten aneinander gereihter Kohlenstoffatome sowie die Kohlenstoffringmoleküle öffnen der organischen Welt die Tür zum Leben. Wie aber konnte es zu diesen komplexen Molekülen kommen? Offenbar haben sich bei der Entstehung von Leben zunächst recht einfache Moleküle zu stetig komplizierteren Verbindungen bis hin zu den Makromolekülen der Eiweißbausteine zusammengefunden. Dabei ist die Ordnung immer mehr gewachsen, und die Entropie der Biosphäre, also der lebenden Welt, hat sich ständig verringert! Das scheint im Widerspruch zu stehen zu den Gesetzen der Thermodynamik, die doch für geschlossene Systeme eine stete Zunahme der Entropie fordern. Die Erde und ihre Biosphäre sind aber alles andere als abgeschlossene Systeme. Sie sind offen, und in einem offenen System kann die Entropie an bestimmten Orten auch abnehmen. (). Die Erde ist ein solcher Ort im Universum, ihr wird fortwährend von außen Energie zugeführt, hauptsächlich in Form von Sonnenlicht. (). Andererseits verliert sie auch wieder Energie durch Abstrahlung von Wärme in die kalte Umgebung des Universums. Prozesse, die dem Drang nach Unordnung entgegenwirken und aus Unordnung Ordnung schaffen wie beim Aufbau komplexer Moleküle aus einzelnen Atombausteinen, laufen nur ab, wenn ein permanenter Fluß von Energie durch das System garantiert ist. Das hört auch nicht auf, wenn das Leben erst einmal entstanden ist, denn nun beginnt es sich unaufhaltsam zu vermehren, und die Ordnung erfaßt immer größere Bereiche. Aus Ordnung wird wieder Ordnung. Immer dann, wenn sich ein biologischer Organismus verdoppelt, wird aus einem bereits sehr geordneten chemischen System ein weiteres, ebenfalls sehr geordnetes System, und auch das geht nicht ohne eine äußere Energiequelle. Für Physiker ist also das Leben ein sehr geordneter, aber auch ein äußerts unwahrscheinlicher Zustand der Materie. Es kann sich nur deshalb gegen den allgemeinen natürlichen Trend zur Unordnung behaupten, weil es ständig Energie aus seiner Umgebung aufnimmt und zum Aufbau und Erhalt von Ordnung verwendet. .... Erst nachdem einfache, einzellige Lebewesen (Einzeller) auf der Erde die Verwendung von Sonnenenergie zum Aufbau von Kohlenhydraten entdeckten, stieg der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre. Diese einfachen Lebensformen haben die Atmosphäre der Erde so umgebaut, daß sich für späteres Leben günstigere Umstände ergaben. Die Einzeller waren und sind die Architekten einer Atmosphäre, die das Leben schützt. Aus der Erde wurde auf diese Weise ein planetares biologisches System - das Biosystem Erde. Um bestehen zu können, benötigt das Leben gleichmäßig sprudelnde Energiequellen. Große Energiebeträge in kurzer Zeit zerstören eher das Leben und erhöhen somit wieder den Grad der Unordnung. Als Energiequellen besonders geeignet sind Sterne, für uns auf der Erde ist das die Sonne. Letztlich müssen die Lebewesen aber die aufgenommene Energie, wenn auch in veränderter Form, wieder loswerden können, da sie ansonsten an Überhitzung zugrunde gehen würden. Zumeist geschieht dies durch Abgabe von Wärme an die Umgebung: Der Mensch schwitzt, die Pflanze verdunstet Wasser. Die Energiesenke ist der eiskalte Raum des Universums. Die Drehung um ihre Achse erleichtert es der Erde, die aufgenommene Energie wieder an das Universum abzugeben und so ihre Temperatur zu regeln. Würde die Erde alle Energie in ihrer Atmosphäre speichern, so wäre es hier ähnlich heiß wie auf dem Planeten Venus: etwa 400 bis 500 Grad Celsius. Würde sie dagegen alle Energie, die sie von der Sonne erhält, komplett abstrahlen, so wäre es auf unserem Planeten dermaßen kalt, daß sogar vierzigprozentiger Wodka gefrieren würde: nämlich minus 30 Grad Celsius. Damit haben wir ein weiteres Kriterium für Leben gefunden: Leben kann nur entstehen und sich fortentwickeln, wenn es in ein größeres System eingebettet ist, das sich im Zustand des thermodynamischen Ungleichgewichts befindet. Das übergeordnete System, zu dem unsere Erde gehört, ist das Sonnensystem, ein System weitab vom thermodynamischen Gleichgewicht. Die Biosphäre der Erde konnte und kann sich nur organisieren, weil sie sich genau zwischen der heißen Sonne und dem kalten Weltraum befindet. Diese fundamentale Regel gilt für alle Lebensvorgänge im gesamten Universum! Anders ausgedrückt heißt das: Wo immer sich auf einem Himmelskörper Leben entwickeln soll, darf es nicht so heiß sein wie auf einem Stern und nicht so kalt wie im Weltraum. Gleichgültig wo immer im Universum es Lebewesen gibt, sie müssen Energie aufnehmen und abgeben können, und die zum System gehörenden Quellen müssen einen gleichmäßigen Strom passender Energie liefern. Dabei spielen die Formen der Lebewesen und ihre inneren biochemischen Vorgänge keine Rolle. Ohne Energiezufuhr gibt es kein Leben! Da die Energie des Universums in den Sternen steckt, muß man folglich davon ausgehen, daß Leben auch nur auf solchen Planeten existieren kann, die einen Stern umkreisen, und zwar so, daß die vom Stern abgestrahlte Energie vom Planeten aufgenommen und wieder abgegeben werden kann. Man sieht, das Leben stellt ganz schön hohe Anforderungen an seine Umgebung. Doch selbst wenn alle Bedingungen erfüllt sind, wird Leben erst dann entstehen können, wenn das System auch zu einer höheren Ordnung fähig ist. Ein Kristall bleibt stets ein Kristall, auch wenn er noch so viele Bausteine anlagert und immer weiter wächst. Bei der Verbindung von zwei Molekülen jedoch entsteht bereits etwas Neues, etwas mit höherer Ordnung. Wenn also aus Unordnung Ordnung geworden ist, dann besteht der nächste Schritt darin, aus der Ordnung eine noch höhere Ordnung herzustellen. Selbstorganisation, also die Erschaffung von Ordnung aus Unordnung, ist der entscheidende Weg, der vom unbelebten Zustand ins Reich des Lebens führt. Der Schritt, aus Ordnung höhere Ordnung zu schaffen, bedeutet Differenzierung und weitergehende Strukturierung eines biologischen Systems. Nun haben wir endlich auch den dritten Begriff aus der allgemeinen Definition von Leben geklärt, und weil die Definition so außerordentlich wichtig für unser Thema ist, wiederholen wir sie hier noch einmal: Jede Art von Leben, auch außerirdisches, muß ein dissipatives, sich selbst organisierendes Nichtgleichgewichtssystem sein. (Harald Lesch, Big Bang, zweiter Akt, 2003, S. 42-47). Oder so formuliert: Leben ist ein sich selbst organisierendes Nichtgleichgewichtssystem, das mit seiner Umgebung Energie und Materie austauscht. Dies ist die physikalische Definition von Leben .... (Ebd., S. 225). |
Weil Kohlenstoff als die chemische Basis für das Leben der universelle Normalfall zu sein scheint, kann das Vorhandensein der Photosynthese nicht auf einem Zufall beruhen, sondern sie muß aus einem Wettbewerb unterschiedlicher Verfahren hervorgegangen sein mit dem Ziel, den Fortbestand des Lebens sicherzustellen. Die ultimative, über lange Zeiträume dauerhaft stabile Energiequelle eines Planeten ist nun mal die elektromagnetische Strahlung seines Zentralgestirns. Die Photosynthese, also die Energiegewinnung aus Sternenlicht, ist folglich der konsequenteste Weg aus einer drohenden Energiekrise, wenn die ursprünglich vom Leben genutzten Ressourcen erschöpft sind. Und wie schon mehrmals erwähnt, entsteht bei der Photosynthese der unvermeidbare Sauerstoff. (Harald Lesch, Big Bang, zweiter Akt, 2003, S. 292).Die Arbeit der photosynthetisierenden Algen zeigte sich anfangs beispielsweise im Rosten ozeanischer Ablagerungen. Die rote Verfärbung der um diese Zeit gebildeten Sedimente - eisenhaltiger Sandstein - läßt erkennen, daß es damals genug freien Sauerstoff gab, um den Vorgang des Oxidierens in Gang zu bringen. Doch trotz dieser neuen Quelle stieg der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre zunächst nur geringfügig an. Das im Meerwasser gelöste zweiwertige Eisen verband sich nämlich umgehend mit dem Sauerstoff zu dreiwertigem, schwer löslichem Eisenoxid, das sich als eisenreicher Schlamm in mächtigen Schichten auf den Meeresboden ablagerte. Erst nachdem die Ozeane von zweiwertigem Eisen befreit waren, konnte endlich der gasförmige Sauerstoff in nennenswerten Mengen in die Atmosphäre entweichen. Vor ca. 1,8 Mrd. Jahren konnte der überschüssige Sauerstoff auch in immer größeren Mengen in die Erdatmosphäre eingehen.Wahrscheinlich gab es also vor ca. 1,8 Mrd. Jahren eine atembare Atmosphäre, wodurch sich Sauerstoff verbrauchende Organismen ungehindert ausbreiten konnten, denn nachdem die Ozeane von zweiwertigem Eisen befreit waren, konnte endlich der gasförmige Sauerstoff in nennenswerten Mengen in die Atmosphäre entweichen. Mit dem Überschreiten der Sauerstoffkonzentration von einem Prozent des heutigen Wertes war nun eine Konzentration erreicht, welche die Existenz von Sauerstoff atmenden Organismen erlaubte. Jetzt tauchten neue Organismen auf, die einen gewaltigen Entwicklungsschritt darstellten: Zellen mit Zellkernen. Diese neuen Bewohner der Erde sollten den ganzen Planeten unter ihre Herrschaft bringen - sie sollten die Welt verändern. Schlagen wir also ein neues Kapitel auf: betrachten wir die neuen Organismen, die Zellen mit Zellkern, die so genannten Eukaryonten. Niemand weiß genau, wie aus einer Vielzahl von Zellen ohne klar umrissenen Kern die Zellen mit einem echten Zellkern hervorgegangen sind. Wie wurden aus Prokaryonten Eukaryonten? Zweifellos gab es in dieser Entwicklung ... jede Menge Zwischenschritte. Letztlich war der Sprung in der Zellentwicklung jedoch gewaltig, denn in den Eukaryonten zeigt sich der höchste Grad an Kompliziertheit, zu dem sich Zellen auf der Erde entwickelt haben. (Harald Lesch, Big Bang, zweiter Akt, 2003, S. 146-148). Auf den Übergang von den Prokaryonten zu den Eukaryonten folgte der Übergang von der nur zellteilenden Fortpflanzung zu der geschlechtlichen Fortpflanzung (vgl. Sex) und danach der Übergang von den Einzellern - über die Zweizeller - zu den Vielzellern. Mit den ersten Vielzellern begann bereits das nächste Stadium:Vor ca. 0,8 Mrd. Jahren war das Stadium der eben erwähnten Übergänge zu Ende, und es begann das Stadium der Vielzeller und darum die Entwicklung zu höheren Strukturen der Lebewesen. Zunächst wurde wahrscheinlich aus einem Einzeller ein aus Wirt und Parasit bestehender Zweizeller: eine Symbiose. Es ist allerdings nicht ganz sicher, ob den vielzelligen Lebewesen eine lange Entwicklungsgeschichte vorausging oder ob sie sich relativ rasch aus einem Lebewesen entwickelt hatten, das auch schon organische Nahrung kannte. Dieses Stadium war ein Stadium des ersten höheren Aufbaus des Lebendigen, dem z.B. Hohltiere (Quallen, Federkorallen u.ä.) und Würmer, auch Gliederwürmer, Seefedern und Dreibeintiere angehörten. Gibt es dazu Beweise? Beispielsweise wurden ungefähr 700 Mio. Jahre alte Fossilien vermehrt in Sandstein gefunden, dessen Ort zu jener Zeit ein Meeresstrand gewesen sein muß: Hohltiere (Coelenteraten, namentlich Quallen und Federkorallen) wie auch Würmer wurden an den Strand gespült und im Schlamm konserviert. (Vgl. Abbildung). Ebenfalls von großer Bedeutung für die Entstehung von höherem Leben war die Bildung von Kollagen (auch Leimbildner, Gerüsteiweiße bzw. Skleroproteine genannt). Kollagen ist ein Strukturprotein des Bindegewebes (genauer: der extrazellulären Matrix) - so ist z.B. Kollagen Typ I ein fibrilläres Kollagen, das in vielen Bindegeweben der Säugetiere, am häufigsten in Haut und Knochen, aber auch in Sehnen und in der Hornhaut des Auges, vorkommt und u.a. von spezialisierten Zellen (Fibroblasten, Myofibroblasten und Osteoblasten) produziert wird. Zur Entstehung von Kollagen bedarf es genügend Sauerstoff. Erst als die Atmosphäre der Erde mit etwa 20% Sauerstoff angereichert war (), nach der zweiten totalen Vereisung der Erde, konnte Kollagen sich voll entfalten. (). Und damit war bereits das Phanerozoikum erreicht.
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Flagellaten-Theorie und bisheriges Fazit |
Flagellaten (Flagellatea, Mastigophora, Geißelträger, Geißelinfusorien) sind eine Klasse der Einzeller mit rund 10 Ordnungen, von denen die Hälfte wegen des Vorkommens von Plastiden (Zellorganellen) und der dadurch bedingten Fähigkeit zur Assimilation als pflanzliche Flagellaten (Phytoflagellaten, Geißelalgen), die andere Hälfte wegen des Fehlens von Plastiden und der heterotrophen Ernährung als tierische Flagellaten (Zooflagellaten, Geißeltierchen) zusammengefaßt werden. Der Zellkörper der Flagellaten ist langgestreckt bis rundlich, mit einer Geißel oder mehreren als Organelle der Fortbewegung. Flagellaten besiedeln Gewässer, feuchte Orte, auch Schnee. Einige befallen als Parasiten Tier und Mensch und rufen sehr gefährliche Erkrankungen hervor, z.B. die Schlafkrankheit und Surra (Marathi, verursacht durch den im Blut parasitierenden Flagellaten Trypanosoma evansi).Geißel (Flagellum, Flagelle) ist ein fadenförmiges, bewegliches Organell zur Fortbewegung bei Einzellern bzw. zum Stofftransport bei bestimmten Zellen der Vielzeller. Geißeln sind meist länger als die Zelle, an deren Vorderende sie in den meisten Fällen ansetzen. Den männlichen Keimzellen (Samenzellen, Spermatozoen) vielzelliger Tiere dienen Geißeln zur Fortbewegung. Nachdem die Prokaryonten für eine sehr lange Zeit, ca. 3 Mrd. Jahre lang (!), die Vorarbeit geleistet und mittels Photosynthese zunächst mehr den Meeresboden als die Atmosphäre mit Sauerstoff angereichert hatten, konnten vor 1,8 Mrd. Jahren die ersten Eukaryonten entstehen, die auch die Photosynthese wesentlich effektiver beherrschten, also die Atmosphäre mit genügend Sauerstoff anreicherten, d.h. sie atembar machten, und nachdem sie auch noch den Sex erfogreich getestet hatten, konnten vor 0,8 Mrd. Jahren die ersten Vielzeller entstehen. Zwar entwicklten sich nicht alle Eukaryonten zu Vielzellern, manche blieben Einzeller; doch die Zahl der Vielzeller nahm so enorm zu, daß diese Entwicklung zu höheren Lebenstrukturen wohl durch nichts zu bremsen war. Quallen und andere skelettlose Tiere lebten in den Meeren schon vor ca. 750 Mio. Jahren. Abdrücke im Schlamm haben sich als Fossilien z.B. im Ediacara-Sandstein der Flinders-Ranges in Südaustralien erhalten. Zu ihnen gehören: den heutigen Quallen ähnelnde Arten, wurmartige kriechende Tiere, Seefedern, Gliederwürmer, unbekannte Dreibein-Tiere sowie grabende Würmer. (Siehe Abbildung rechts). Es war vor allem den Blaualgen zu verdanken, daß die Atmosphäre mit immer mehr Sauerstoff angereichert wurde und dadurch allerdings auch immer mehr Methan in der Atmosphäre abgebaut wurde - sogar bis hin zur völligen Vereisung der Erde. |
Vermutliche Entwicklung der Lebewesen |
(2.1) Paläozoikum 570 - 250 Millionen Jahre v.C |
(2.2) Mesozoikum 250 - 65 Millionen Jahre v.C | ||||||||||||||||||
Kambrium *(570-495) *(495-443) *(443-417) *(417-358) *(358-295) *(295-250) |
Gastropoden (Schnecken) Erste Landtiere (Quastenflosser-Nachfahren) Insekten, Spinnen Erste Amphibien Erste Reptilien Nacktsamer |
Thecodonten Große Reptilien Höhepunkt
und Ende der Dinosaurier und Flugsaurier |
Herrschaft der Säugetiere Prähominisierung |
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Kambrium, Ordovizium, Silur, Devon (alle mit jeweils: Unter-, Mittel-,
Ober-), Karbon (Silesium, Dinantium), Perm (Rotliegendes, Zechstein) Das PHANEROZOIKUM umfaßt 3 Ären (Paläozoikum, Mesozoikum, Känozoikum) mit bis heute insgesamt 11 Formationen (vom Kambrium bis zum Quartär) und 31 Abteilungen (vom Unterkambrium bis zum Holozän). Das Phanerozoikum ist sichtbares Leben: Bio-Natursymbol. |
Wenn man an ein Tier denkt, dann im allgemeinen an ein Wirbeltier (Vertebrata) - ein Tier mit Knochen. Unter den Fossilien sind die Wirbeltiere, verglichen mit den Wirbellosen (Invertebrata), recht selten. Einige kaulquappenartige Fossilien aus dem frühen Paläozoikum belegen den Übergang von den Stachelhäutern (Seesterne, Seelilien, Seegurken) zu den ganz einfachen Wirbeltieren. Von diesen bescheidenen Anfängen an ist die Entwicklung der Wirbeltiere seit dem Plaäozoikum nachgewiesen, und zwar über alle paläozoische Foramtionen hinweg. Im Kambrium begann diese Entwicklung mit verschiedenen Fischformen und hatte ihren ersten Höhepunkt im Devon mit dem Quastenflosser, der vom Wasser- zum Landtier wurde, das im Karbon die vielen Amphibien und unterschiedlich entwickelten Reptilien quasi erst ermöglichte. Dagegen waren natürlich die frühesten, kambrischen Formen der Wirbeltiere lediglich wurmartige Tiere mit einer Knochenkammer im Kopf für das Gehirn und einem beweglichen Rückrat als Körperstütze. Sie hatten weder Kiefer noch Gliedmaßen noch andere Wirbeltiermerkmale. Diese Kieferlosen stammen, wie erwähnt, aus dem späten Kambrium, ihre Blütezeit lag aber zwischen dem Ordovizium und dem späten Devon. Die einzigen heutigen Vertreter sind das Neunauge und der Inger - aalartige Schmarotzer. Anders als die heutigen Exemplare waren viele frühe Kieferlose gepanzert. Meistens bestand die Panzerung aus breiten Kopfschilden, während der übrige Körper mit knochigen Schuppen bedeckt war. Der Mund befand sich normalerweiseauf der Unterseite des Körpers - wahrscheinlich suchten die Tiere im schlammigen Boden nach Nahrung. Erfolgreiche Fischfamilien waren u.a. die Stachelhaie oder die Plattenhäuter, räuberische und gefährliche Fische, die die Meere unsicher machten. Sie waren wie einige Kieferlose an Kopf und Vorderkörper gepanzert.Die Gliederfüßer, eine sehr erfolgreiche und heute immer noch verbreitete Tierart, waren wohl die ersten Tiere mit einem Außenskelett. Dies ist eine feste Hülle aus Chitin, die den ganzen Körper umschließt, aber gegliedert und damit beweglich ist. Das Skelett dient nicht nur als Schutz, sondern stützt auch die Muskeln und Organe. Es erlaubt dem Tier, sich besser zu bewegen als Tiere mit einem weichen Körper. Diese äußerst bedeutsame Veränderung in der Entwicklung tierischen Lebens scheint sich wohl vor ungefähr 580-570 Millionen Jahren ereignet zu haben, weshalb man hier auch das Palözoikum mit seiner ersten Formation Kambrium beginnen läßt. Zahlreiche Arten entwickelten Schalen und Außenskelette. Die ersten weitverbreiteten Gliederfüßer waren die Trilobiten. Sie waren im Kambrium die beherrschende Lebensform in den Meeren, wegen dramatischer Klimaveränderungen mußten sie wie viele andere Tierarten am Ende des Perm, d.h. am Ende des Paläozoikums, aussterben. Wahrscheinlich war ein Meteorit die Ursache. ().Im Ordovizium lebten in den Meeren neben den unzähligen Trilobiten auch stachlige Paracybeloides, die schwimmen konnten, am Grund jagende Chasmops mit vorstehenden Augen, im Schlamm wühlende, spatenförmige Flexicalymene und in Schwärmen auftretende winzige, garnelenartige Agnostus. Die Gliederfüßer diversifizierten sich immer weiter, und zu Beginn des Silur stachen die Eurypteriden, die Seeskorpione, am meisten hervor. Die ersten Seeskorpione waren nur einige Zentimeter lang. Sie hatten einen ausgeprägten Kopf, an dem 2 zangenbewehrte Arme saßen. Dahinter folgten 4 Beine zum Laufen und ein Flossenpaar. Die Seeskorpione wurden immer größer, bis vor etwa 410 Mio. Jahren der Pterygotus 2 Meter Länge erreichte. Danach wurden sie seltener und starben schließlich aus.- Land- und Lufteroberung -Den Übergang vom Ordovizium zum Silur kann man auch als Übergang der Pflanzen vom Wasser auf das Land bezeichnen. Das war ein enormer Entwicklungsschritt, denn diese Pflanzen mußten selbst für sich sorgen können. Sie mußten außerdem Feuchtigkeit aus dem Boden ziehen und die Verdunstung durch die Blätter steuern. Eine dieser Pflanzen war Cooksonia. Sie war nur etwa 5 cm hoch und bestand aus nur einem Stengel mit Blättern. Ihre feste Zellschicht verhinderte das Austrocknen, und einfache Wurzeln erlaubten die Aufnahme von Wasser. Die Vermehrung erfolgte durch Sporen, die sich an der Stengelspitze bildeten.Im oberen Silur erschienen die ersten, mit einem Skelett aus Knochen versehenen Knochenfische, die aber die erfolgreichen Knorpelfische nicht verdrängten - dafür waren die Knorpelfische zu erfolgreich, wie die noch heute lebenden Haie und Rochen beweisen. Wahrscheinlich entwickelten sich die Knochenfische aus den knorpeligen Stachelhaien, weil deren Aufbau mehere Knochen aufwies, einschließlich Kopfpanzerung, Kiemenskelett und Schultergürtel. Die Knochenfische waren immer in 2 große Gruppen unterteilt: in Strahlenflosser und Fleischfloser. (). Heute gibt es fast nur noch die Strahlenflosser. Ihre Flossen sind wie Fächer gespreizt und mit parallelen Knochenstreben verstärkt. Die frühen Formen hatten auch kräftige Knochenschuppen und eine Schwanzflosse, die einer Haischwanzflosse ähnelt, wobei die Flosse unten aus dem Schwanz wuchs.Seit dem Übergang vom Ordovizium zum Silur und in den folgenden 70 Mio. Jahren, also bis ins Devon, entwickelten sich viele Arten von Landpflanzen, z.B. Pilze, Schachtelhalme und Bärlapp. Vor etwa 380 Mio. Jahren tauchten die ersten Farne auf, die seither unvermindert gedeihen. Gleichzeitig mit den Landpflanzen entwickelten sich auch zum ersten Mal die erfolgreichen Insekten. Doch die ersten geflügelten Insekten traten erst vor etwa 350 Mio. Jahren (Karbon) auf, und 90 Mio. Jahre später (Perm) existierten bereits zahlreiche Insektenarten, z.B. Schaben, Heuschrecken und Käfer. Dagegen teilte sich bereits im Devon die schon erwähnte Knochenfischgruppe der Fleischflosser () in Quastenflosser und Lungenfische, denn es bildeten sich bei ihnen die Flossen aus kräftigen, knochenverstärkten Fleischlappen. Die Flossen selbst waren nur ein Saum dieser Lappen. Die Tiere entwickelten sich neben den Strahlenflossern () im frühen, d.h. im unteren Devon. Das eigentlich wichtige an den Fleischflossern jedoch war, daß diese Fische eine Lunge hatten, so daß sie nötigenfalls außerhalb des Wassers atmen konnten. Darüber hinaus ermöglichten die kräftigen Flossenlappen die Eroberung des festen Landes. Aus Quastenflossern und Lungenfischen entwickelten sich die Land-Wirbeltiere.Der Übergang von nur im Wasser zu nur an Land lebenden Wirbeltieren kam mit den Amphibien. Heute sind uns diese Tiere als Frösche, Kröten, Molche und Salamander bekannt, aber ihr heutiger Stellenwert täuscht über ihre große Bedeutung für die Evolution hinweg. Im Devon, vor 400 Mio. Jahren, bedeckten die ersten Wälder die Flußufer und sumpfigen Deltas. Zwischen den Bodenpflanzen tummelten sich unzählige Insekten, Spinnen und Tausendfüßer. Fische verließen das Wasser und ernährten sich von diesen wirbellosen Tieren. Warum die Fische an Land gingen, weiß man nicht genau. Vielleicht lebten die Quastenflosser in seichten Gewässern, die hin und wieder austrockneten. Wenn sie an Land überleben konnten, bis Regen die Gewässer wieder füllte, wurde diese Fähigkeit von Generation zu Generation weitergegeben. Vielleicht haben aber auch die an Land lebenden Wirbellosen, von denen sie sich ernähren konnten, die Wirbeltiere veranlaßt, das Wasser zu verlassen und an Land zu leben. Oder aber das Leben in den Seen und Flüssen war durch Raubfische so gefährlich geworden, daß einige Quastenflosser es für sicherer hielten, die meiste Zeit an Land zu verbringen. Jedenfalls entwickelten sich vor 370 Mio. Jahren, d.h. gegen Ende des Devon und im Übergang zum Karbon, die ersten Amphibien aus den Quastenflossern.Eine typische Amphibie ist ein angepaßtes Landtier mit 4 Beinen zur schnellen Fortbewegung an Land, einer Lunge zum Atmen und Augen, die auch über Wasser klar sehen können. Zur Fortpflanzung muß die Amphibie aber zurück ins Wasser. Sie durchlaufen ein Krötenstadium im Wasser, bevor sie erwachsen sind.Das Karbon war eine ideales Zeitstufe für die Amphibien. Gewaltige Deltas ließen waldreiche Sümpfe zwischen den flachen Gewässern entstehen, die weite Bereiche der nördlichen Halbkugel bedeckten. Auf dem dicht bewachsenen Boden jagten echsenartige Amphibien nach Insekten. Schlangenartige Formen wie Ophiderpeton durchwühlten den Waldboden nach Würmern und Tausendfüßern. Andere kehrten zum Leben ins Wasser zurück. Kleine Keraterpeton machten in den Sümpfen Jagd auf wirbellose Tiere. Riesenmonster wie der 4,5 m große Eogyrinus lebten ähnlich wie Krokodile in den offenen Gewässern zwischen den bewaldeten Inseln und lauerten auf Fische oder kleine Amphibien. Die waldreichen Sümpfe hielten sich bis ins anschließende Perm, doch an anderer Stelle breiteten sich weite Wüsten aus. Es gab damals viele im Wasser lebenden Amphibien, aber auch hoch angepaßte Landformen entwickelten sich. Diplocaulus war z.B. ein im Wasser lebender Lurch mit bumerangförmigen Kopf. Der übrige Körper war wahrscheinlich ebenfalls breit und flach, so daß das Tier einem Plattfisch ähnelte. Die Landbewohner jedoch waren riesig, wie der 2 m große Eryops mit massigem Körper, gedrungenen Beinen und großem Schädel. Knöcherne Rückenplatten stützten beim Landaufenthalt die Muskeln: das Kiefergelenk läßt erahnen, daß das Tier das Maul nur im Wasser öffnen konnte. Tiere wie Eryops hielten sich wahrscheinlich die meiste Zeit an Land auf, vermehrten und ernährten sich aber im Wasser.Andere Landbewohner waren so gut an das Landleben angepaßt, daß sie oft als Reptilien eingestuft wurden, nicht als Amphibien. So der 3 m lange Diadectes, der vielleicht das erste pflanzenfressende Landwirbeltier war.Während die Amphibien in feuchten Karbonwäldern lebten und zur Fortpflanzung ins Wasser zurückkehrten, lebten die Reptilien völlig unabhängig vom Wasser dauerhaft an Land. Dazu entwickelten sie das hartschalige Ei, das auf dem festen Land abgelegt werden konnte. Das bisher älteste Reptil wurde in frühem Karbongestein in Schottland gefunden. Zu den ältesten Reptilien gehört auch die Ordnung der Kotylosaurier. Sie stammen ebenfalls aus dem Karbon. Die frühesten Reptilien waren die schläfengrubenlosen Anapsiden - eidechsenartige Tiere, die Insekten und andere Wirbellose jagten und verschiedene Formen entwickelten. Im trockenen Klima des Perm breiteten die Reptilien sich rasch aus und verdrängten die Amphibien.Die Pareiasaurier hatten z.B. einen auffallend massigen Körperbau. Pflanzenfresser benötigen zum Verdauen der Nahrung einen großen Magen, brauchen andererseits nicht so leicht gebaut zu sein wie jagende Fleischfresser. Einige Pareiasaurier waren bis zu 2,50 m groß und hatten einen kurzen Schwanz und einen massigen Schädel. Die Gruppe der Pareiasaurier war auf das späte Perm beschränkt. (Vgl. Oberperm bzw. Zechstein).Einige Reptilien kehrten sehr schnell zum Leben im Wasser zurück. Mesosaurus sah fast wie ein etwa 1 m langes Krokodil aus, dessen Maul vor spitzen, feinen Zähnen starrte. Wahrscheinlich dienten sie als Sieb, das bei der Nahrungssuche kleine wirbellose Tiere zurückhielt. Interessant bei diesem Süßwassertier ist, daß man fossile Spuren in Südafrika und Südamerika gefunden hat. Da es den Atlantik nicht überqueren konnte, wurde dies lange Zeit als der früheste biologische Beweis für die Kontinentalverschiebung () gewertet. Südamerika und Südafrika waren im frühen Perm (Unterperm bzw. Rotliegendes), als Mesosaurus die Seen und Flüsse bevölkerte, ein einziger Kontinent, und bis zum Ende des Perm existierte auf dem Globus nur ein einziger Kontinent namens Pangäa (). |
Am Ende des Paläozoikums verschwanden die so erfolgreichen Trilobiten ziemlich plötzlich - plötzlich deshalb, weil sie über die gesamte paläozoische Ära hinweg stark vertreten waren, insbesondere zu Beginn der Ära, d.h. in den ersten beiden paläozoischen Formationen Kambrium und Ordovizium. Man weiß, daß am Ende des Paläozoikums ein riesiger Vulkanausbruch das Klima der Erde drastisch veränderte, und man nimmt an, daß er die Ursache für das Aussterben der Trilobiten und anderer erfolgreicher paläozoischer Tiere war. Man muß aber auch berücksichtigen, daß die Pflanzenwelt sich bis dahin derart geändert hatte und die von ihr abhängigen Tiere vielleicht auch deshalb ausstarben. (). Jedenfalls sollte nach diesem Schnitt eine neue Ära beginnen, und die schon im Paläozoikum zur Welt gekommenen Reptilien traten ihre unumschränkte Herrschaft in der mesozoischen Ära an, und zwar schon bald als gewaltige Riesenechsen (Dinosaurier). Zu diesen Riesen konnten sie nur werden, weil ein riesiger Vulkanausbruch am Ende des Paläozoikums zum drastischen Sinken des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre führte und sie wegen ihres Luftsackes für ein Leben in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt besser geeignet waren als die säugetierähnlichen Reptilien, die wahrscheinlich den Siegeszug angetreten hätten, wenn der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre nicht gesunken wäre. Die Vorläufer der Säugetiere, die ja gegen Ende des Paläozoikums schon sehr groß waren, hätten den Kampf gegen die Vorläufer der Dinosaurier, die ja gegen Ende des Paläozoikums noch sehr klein waren, mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit gewonnen, wenn nicht die geologischen Ereignisse dazu geführt hätten, daß aus vorhersehbaren Gewinnern (große, mittlerweile gut an die Umwelt angepaßte säugetierähnliche Reptilien) doch noch Verlierer (immer kleiner werdende, schlecht an die Umwelt angepaßte säugetierähnliche Reptilien) und auch aus vorhersehbaren Verlierern (kleine, mittlerweile schlecht an die Umwelt angepaßte andere Reptilien) doch noch Gewinner (immer größer werdende, gut an die Umwelt angepaßte andere Reptilien) werden konnten: |
Schon in den letzten beiden Formationen der paläozoischen Ära waren Reptilien sehr erfolgreich, insbesondere die Reptilien-Gruppe der Anapsiden. (). Ihr folgte in der Trias die Reptilien-Gruppe der Synapsiden - Reptilien mit Schläfengrube, die zu den beherrschenden Landbewohnern wurden. Obwohl die Reptilien also zu echten Landtieren geworden waren, entwickelten sich einigen Reptilien-Gruppen, darunter die Ichthyosaurier, wieder zu Wassertieren. Zu den erfolgreichsten Meeresreptilien des Mesozoikums gehörten die Plesiosaurier (Flossenechsen). Sie waren eine Sonderform der Diapsiden (Reptilien mit 2 Schläfenöffnungen). Die Flossenechsen werden in die langhalsigen Plesiosaurier und die kurzhalsigen Pliosaurier unterteilt. Die Reptilien mit 2 Schläfenöffnungen entwickelten sich zu den erfolgreichsten Reptilien des Mesozoikums. Zu ihnen gehören fast alle heute lebenden Reptilien einschließlich der Schlangen und Eidechsen und die Archosaurier, die Großsaurier. Die Archosaurier erschienen bereits in den letzten beiden Formationen der letzten Ära. (). Aus ihnen gingen die Thecodonten (Urwurzelzähner) hervor.Von den Thecodonten stammen 4 Entwicklungslinien ab:i)
die Krokodile, die es noch heute gibt |
Als das Mesozoikum endete, war die Zeit der Dinosaurier vorbei und die Zeit - das Känozoikum - der Säugetiere endlich gekommen, denn sie waren bereits in der Trias aus den säugetierähnlichen Reptilien hervorgegangen. (). Während aber ihre Vorfahren bereits im Jura ausstarben, lebten sie im Schatten der Riesenechsen weiter - meistens in Höhlen. Ab jetzt konnten auch die Säuger endlich zu Riesen werden, denn sämtliche Dinosaurier und viele andere Saurier aus der Klasse der Reptilien waren ausgestorben. Nur warum? Auch das Mesozoikum ging mit einer Katastrophe zu Ende. Ein Meteorit traf die Erde vor etwa 65 Mio. Jahren, und die Dinosaurier starben aus. Das sind 2 überzeugende Fakten. Doch statt zu bedenken, daß es im Laufe der Evolution schon meherer Massenaussterben gegeben hat, wird nicht selten nur eine Schlußfolgerung zugelassen: Meteoritentod - der Meteorit ließ die Saurier aussterben. Auch wenn es so war, muß dennoch auch berücksichtigt werden, daß die Pflanzenwelt sich bis dahin derart geändert hatte und die von ihr abhängigen Tiere vielleicht auch deshalb ausstarben. (). Jedenfalls sollte nach diesem Schnitt eine neue Ära beginnen, und die schon im Mesozoikum zur Welt gekommenen Säugetiere traten ihre unumschränkte Herrschaft in der känozoischen Ära an - mit rasch zunehmender Größe und Intelligenz: |
Tertiär (65-4/ 2,8)
Werfen
|
Oligoozän
(37
Mio. - 23 Mio.)
Mioozän
(23
Mio. - 5 Mio.)
Anteil der Hominoiden an der
Geschichte des Universums:
ca. 0,05787' %
Pliozän
(5
Mio. - 4 bzw. 2,8 Mio.)
Anteil der Hominiden an der
Geschichte des Sonnensystems:
ca. 0,05787' %
Menschen-Fazit:
PRIMATES (ORDNUNG) |
Kosmischer
Kalender |
Zerebralisation
(inklusive
Neokorti-
kalisierung)
Insulation
Körper-
ausschaltung
Pädomorphose
bzw. Neotenie
Übertragung
(Sprache)
EXOGEN:
Umweltveränderungen mit entsprechenden Notwendigkeiten zur Anpassung.
ENDOGEN:
Bedingungen für die Weiterentwicklung von Organen.
AUTOGEN:
Herstellung selbstgeschaffener Bedingungsänderungen (Distanzierungsart).
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Was die Kosmologie angeht, so ist klar: Ein Planet mit Leben wie z.B. unsere Erde braucht mindestens ein Universum, eine Galaxie, eine Sonne und einen Jupiter als Voraussetzungen (), denn ohne sie geht gar nichts. Besonders leuchtet uns ein: Leben braucht Sonne ! Das Leben auf der Erde ist geronnenes Sonnenlicht, ist Manifestation kosmischer Energie. Auch eventuelles Leben anderswo im Universum braucht Sterne als Energiespender .... (Harald Lesch, Big Bang, zweiter Akt, S. 31). Wir sind alle Sternwesen! Wir sind aus Sternenstaub gemacht, um Friedrich von Hardenberg, der sich Novalis nannte, zu zitieren. Was aber die chemischen Elemente betrifft, so ist ebenfalls klar: Ein Leben, in dem Kohlenstoff die zentrale Rolle spielt, braucht mindestens die vier für das Leben am wichtigsten Elemente H, C, N, O (). Kohlenstoff (C) spielt dabei die unangefochtene Hauptrolle, denn ohne Kohlenstoff kann unser Leben nicht aufgebaut werden: Die nahezu unbegrenzten Möglichkeiten des Kohlenstoffs, sich mit allen möglichen Elementen zu den unterschiedlichsten Verbindungen zusammenzutun, eröffneten ein schier unendliches Experimentierfeld für immer kompliziertere Vorstufen des Lebens. .... Alles dreht sich im Kreis .... Im Meer der Unwahrscheinlichkeit experimentierte die Natur in stets neuen Versuchsreihen mit den zur Verfügung stehenden Bausteinen. Dabei entstanden Ketten aus Kohlenstoff-, Sauerstoff-, Wasserstoff-, Stickstoff- und Phosphoratomen, die sich immer mehr falteten, umbauten, neu strukturierten und somit zunehmend komplexere Verbindungen errichteten. (Das Molekül ist das kleinste, d.h. aus mindestens zwei Atomen bestehende, nach außen neutrale, kleinste Teilchen eines Stoffs). Mit jeder neuen Faltung dieser riesigen, dreidimensionalen Molekülverbände entfernten sich die »Noch-nicht-Lebewesen« vom Gleichgewicht in ihrer Umgebung. ... Die Vorgänge sind Kreisprozesse. Kreisprozesse sind gekennzeichnet durch eine Abfolge von chemischen Reaktionen, die mit dem Verbrauch eines Reaktionspartners beginnen und diesen am Ende wieder freisetzen. (Vgl. Abbildung). Entsteht beispielsweise durch Zufuhr von Energie aus zwei Molekülen ein anderes Molekül, so wird die Energie im neuen Molekül in den gegenseitigen Bindungen der beteiligten Atome als so genannte Bindungsenergie gespeichert. .... Wird in einer späteren chemischen Reaktion das Molekül in seine Auzsgangskomponenten aufgebrochen, so wird die Bindungsenergie wieder frei, und die Komponenten, aus denen das Molekül zusammengesetzt war, stehen für den Aufbau neuer Moleküle zur Verfügung. Damit ist der Kreis geschlossen. Mithilfe von Molekülen läßt sich also Energie transportieren, denn wie Speditionsunternehmen wandern Moleküle mit ihrer Bindungsenergie durch ein bilologisches System, werden dort in komplexen chemischen Reaktionen umgebaut und zerlegt und geben dabei ihre Bindungenergie an das System ab. (Harald Lesch, ebd., S. 48-50). Halten wir zunächst einmal fest: Alle Lebewesen sind sowohl Sternwesen als auch Kohlenstoffeinheiten, um den sich Kohlenstoffeinheit nennenden Astrophysiker Harald Lesch zu zitieren. Zur Wiederholung: Beginnen wir beim Kohlenstoff. Daß dieses Element in der Lage ist, komplexe Ketten- und Ringmoleküle zu bilden, und mit fast allen anderen Elementen Bindungen eingehen kann, wissen wir bereits. Deshalb gibt es auch weit mehr Verbindungen mit Kohlenstoff als ohne ihn. Für das Leben ist das außerordentlich wichtig, denn für die Speicherung von Information, wie beispielsweise des genetischen Codes, sind komplexe Moleküle unverzichtbar. Deshalb steht der Kohlenstoff auch im Mittelpunkt unserer Betrachtungen, und wir müssen erklären, woher die beneidenswerte Bindungsfähigkeit der Kohlenstoffatome kommt. .... Ein Element mit weniger als vier Außenelektronen in der zweiten Schale wird seine Elektronen eher abgeben, um nur noch eine Schale mit zwei Elektronen zu besitzen, während ein Element mit mehr als vier Außenelektronen dazu tendiert, seine Außenschale auf acht Elektronen aufzufüllen. In beiden Fällen aber wird ein Zustand erreicht, den man als gesättigt bezeichnet. ... Beim Kohlenstoff mit seinen vier Außenelektronen wird die Sache etwas komplizierter. Der kann sich zunächst nicht entscheiden, ob er Elektronen abgeben oder aufnehmen soll, und zieht andere Wege vor. Eine Möglichkeit, eine Verbindung einzugehen, besteht darin, sich mit vier anderen Atomen je ein Elektron zu teilen. Auf diese Weise entstehen vier so genannte Einfachbindungen. Es kann aber auch vorkommen, daß ein Kohlenstoffatom zwei oder sogar drei Elektronen mit nur einem anderen Atom oder auch mit seinesgleichen gemeinsam hat. Dann spricht man von einer Doppel- oder Dreifachbindung. Moleküle, deren Atome sich über Doppel- oder Dreifachbindungen miteinander vereinigen, sind stabiler als solche mit Einfachbindungen. Mit Sauerstoff zum Beispiel bildet Kohlenstoff Kohlendioxid, ein sehr stabiles Gas mit je einer Doppelbindung zwischen dem Kohlenstoffatom und den beiden Sauerstoffatomen. Diese Fähigkeit des Kohlenstoffs sowohl zu Einfach- als auch zu Mehrfachbindungen ist es, die einerseits die universelle Verwendungsfähigkeit dieses Elements begründet und andererseits für die biochemische Dynamik und die Stabilität der Verbindungen verantwortlich ist. Letzteres ist besonders wichtig, denn auch die komplexesten Moleküle sind für das Leben wertlos, wenn sie entweder schnell wieder zerfallen oder so stabil sind, daß sie nicht mehr aufgebrochen werden können, um mit anderen Molekülen oder Atomen neue Verbindungen einzugehen. Das Leben ist ja keine statische Angelegenheit, sondern es »lebt« davon, daß es Energie in Form von Molekülen aufnimmt, diese Moleküle über chemische Prozesse in andere Moleküle überführt und die dabei frei werdende Energie für das eigene Sein verwendet. Leben ist also ein hoch dynamischer Prozeß der Energieumwandlung auf molekularer Ebene mit Molekülen, die auch mal »loslassen« können. »Stabilität« und »Flexibilität« sind die Zauberworte der biochemischen Welt. Während die Ketten- und Ringverbindungen der Kohlenstoffchemie die »Wirbelsäule« der organischen Welt bilden, sind die Elemente Sauerstoff und Stickstoff für Kraft und Stabilität zuständig. Ihre Fähigkeit, sich über mehr als ein Elektronenpaar mit dem Kohlenstoff zu verbinden, führt zu dauerhaften und doch wieder lösbaren Komplexen. Weil bei der Reaktion des Sauerstoffs mit anderen Atomen, der so genannten Oxidation, Energie frei wird, bezeichnen die Chemiker Oxidationsreaktionen auch als exotherme Prozesse. Derartige Verbindungen stellen Zustände niedrigster Energie dar und sind deshalb stabiler. Im allgemeinen laufen chemische Reaktionen ohne äußere Einflüsse immer in Richtung geringerer Energie ab, so wie Wasser ohne äußere Einflüsse eben nur den Berg hinunter fließt und nicht hinauf. Übrigens rührt der Name »Stickstoff« daher, daß dieses Gas in der Lage ist, ein Feuer zu ersticken. Der aggressive Sauerstoff hingegen fördert die Verbrennung. Ein zu hoher Gehalt an Sauerstoff in der Erdatmosphäre hätte Flächenbrände globalen Ausmaßes zur Folge. Das würde zu einer Zerstörung des Sauerstoff erzeugenden Biomaterials führen, was wiederum den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre absenken und so die Feuer allmählich zum Verlöschen bringen würde. Doch zu wenig Sauerstoff ist für das Leben auch nicht förderlich, man denke nur an die Bergsteiger auf den Gipfeln des Himalaja. Der gegenwärtige Sauerstoffgehalt der irdischen Atmosphäre ist das Resultat eines sich selbst regelnden, eng verzahnten Biosystems. - Allein mit Kohlenstoff und den Gasen Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff ist die Elementarpalette des Lebens noch nicht komplett. (Harald Lesch, ebd., S. 127-128). Das Leben braucht neben den 4 wichtigsten Elementen noch weitere 11 und noch dazu 10 für einige spezielle Formen des Lebens - das sind zusammen: 25 (). Im Vergleich zu den kosmischen Gaswolken und vor allem im Vergleich zu den Sternen, z.B. der Sonne, gibt es auf unserem Planeten Erde verhältnismäßig wenig Kohlenstoff, aber in der auf diesem Planeten Erde lebenden Materie (also: in den Lebewesen) verhältnismäßig viel Kohlenstoff, was wirklich sehr erstaunlich ist, denn diese Lebewesen sind ja doch Teil dieses Planeten Erde. Wie schon gesagt (). Wieso also sind wir Lebewesen auf unserem Planeten Erde von diesem so relativ klar abgegrenzt, so relativ deutlich abgeschlossen, so relativ verschieden? Wir Lebewesen sind chemisch-biochemisch eher Kohlenstoffwesen, weil wir unter dem Aspekt der C-Häufigkeit physikalisch-astrophysisch eher Sonnenwesen als Erdwesen (Erdlinge), eher Sternwesen als Planetenwesen sind. Und wir wissen ja: Wasserstoff, Helium und auch ein bißchen Lithium und Beryllium wurden schon zu einer Zeit, als es noch keinen Stern gab, vom Universum produziert (), aber alle anderen 89 Elemente wurden später und werden immer noch (und nur !) von den Sternen produziert, nämlich entweder bei ihrer eigenen Energieumwandlung durch Brennen (bis hin zum 26. Element Eisen oder gar 28. Element Nickel; vgl. PSE) oder bei ihrer eigenen Energiezuführung durch Kollaps (bis hin zum 92. Element Uran). Um beim Thema zu bleiben: Das 6. Element Kohlenstoff wurde und wird von den Sternen bei ihrer Energieumwandlung durch Brennen produziert. Unser Fazit lautet also: Lebewesen sind sowohl Sternwesen als auch Kohlenstoffeinheiten, um noch einmal Harald Lesch, der sich Kohlenstoffeinheit nennt, zu zitieren.Die Zusammensetzung der belebten Materie ähnelt also weit mehr der in den Sternen und kosmischen Gaswolken als der unseres Planeten. Das ist in der Tat überraschend. Anscheinend ist es den Lebewesen ziemlich egal, was sich an chemischen Elementen auf einem Planeten im »Angebot« befindet. Läßt sich das irgendwie verstehen? (Harald Lesch, Big Bang, zweiter Akt, S. 125). Ja !Für das Leben am wichtigsten sind die Elemente H, C, N, O; dann braucht das Leben aber auch die Elemente Mg, P, S, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, J; und speziell brauchen einige Formen des Lebens noch die Elemente B, F, Na, Al, Si, Cl, V, Co, Se, Ag. Bezogen auf die Ordnungszahlen: 1, 6, 7, 8; dann auch 12, 15, 16, 19, 20, 25, 26, 29, 30, 42, 53; und speziell noch 5, 9, 11, 13, 14 17, 23, 27, 34, 47. Vgl. Periodensystem der Elemente: PSE.Aminosäuren sind Carbonsäuren, d.h. organische Säuren, bei denen der Wasserstoff (H) der Kohlenstoffkette (-C-) durch die Aminogruppe ersetzt ist, z.B. Aminoessigsäure (CH2NH2COOH). Aminosäuren enthalten in ihrem Molekül eine oder mehrere Aminogruppen (NH2). Die 2-Aminosäuren (a-Aminosäuren), die mit Ausnahme der Aminoäthansäure optisch aktiv sind, bilden die Bausteine der Proteine, d.h. der Eiweiße bzw. Eiweißstoffe: hochmolekulare Verbindungen (Polypeptide), also organische Soffe, aus denen die lebende Substanz des Pflanzen- und Tierkörpers besteht. Über Proteine erfolgt die Übersetzung der Information eines DNS-Abschnitts in ein Merkmal (z.B. rote Blütenfarbe), wobei die unterschiedlich Reihenfolge der 4 Basen (Guanin Cytosin, Adenin, Thymin) bestimmt, welches Merkmal ausgebildet wird. (). Die 4 Schritte dazu sind:1) Transkription
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© Hubert Brune, 2001 ff. (zuletzt aktualisiert: 2014).