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Entstehung des Lebens auf der Erde

Entstehung und Entwicklung von Leben, Wahrscheinlichkeit für extraterrestrisches Leben
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ATGC
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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von ATGC » 8. Nov 2017, 15:15

Hallo seeker,

da ich gerade nicht viel Zeit habe, verweise ich auf meinen Beitrag in einem anderen Thread:

viewtopic.php?f=81&t=2386#p55934

sowie auf meinen Beitrag bei Florian Freistetter:

http://scienceblogs.de/astrodicticum-si ... n-einfach/

Vielleicht habe ich heute Abend bzw. morgen Nachmittag etwas mehr Zeit.

Viele Grüße!

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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von ATGC » 10. Nov 2017, 13:01

Hallo seeker,

jetzt habe ich etwas mehr Zeit ...
An der Front brauchen wir wohl noch mehr Erkenntnisse.
Das ist schon richtig, aber wenn man nach Uratmosphäre googelt, findet man u.a. dieses:
Die Erde entstand vor 4,58 Milliarden Jahren. Dabei verfügte sie schon sehr früh über eine vermutlich aus Wasserstoff (H2) und Helium (He) sowie in geringerem Maße aus Methan (CH4), Ammoniak (NH3) und einigen Edelgasen bestehende Gashülle, die jedoch aufgrund des geringeren Schwerefelds nur recht schwach an den Planeten gebunden war. Sie ging in der Folge innerhalb weniger hundert Millionen Jahre wieder fast vollständig verloren. Verantwortlich hierfür waren die kontraktionsbedingte Erwärmung, der Zerfall von Radionukliden unter Wärmeabgabe und die häufigen Impakte, was bedingt durch die sehr hohen Geschwindigkeiten der einschlagenden Objekte zu einem – zumindest teilweisen – Aufschmelzen der Erde führte. Zu dieser sehr hohen Temperatur, die wohl aufgrund der hohen Teilchengeschwindigkeiten (siehe Atmosphäre) schon allein genügt hätte, die frühe Gashülle der Erde aufzulösen, kam das Zünden der Kernfusion in der Sonne. Der daraufhin einsetzende extrem starke Sonnenwind beseitigte wohl auch die letzten Reste der Uratmosphäre, insbesondere der leichten Elemente, und wehte sie in die äußeren Bereiche des Sonnensystems. Aus Spektralanalysen der dortigen Planeten, vor allem von Jupiter und Saturn, stammt dann auch ein Großteil der wissenschaftlichen Theorien bezüglich der frühen Erdatmosphäre.
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Entwicklu ... ph.C3.A4re

Aber auch hier findet man diese Passage:
Hauptbestandteile waren vermutlich Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff, Methan, Stickstoff, Schwefelverbindungen und Wasserdampf, während freier Sauerstoff wahrscheinlich nur in Spuren vorhanden war, da er von den Elementen der Erdkruste in Form von Oxiden gebunden wurde. Unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung und der damals wesentlich häufigeren und stärkeren Gewitter mit ihren elektrischen Entladungen setzte eine allmähliche Umwandlung der Uratmosphäre ein. Der Wasserstoff entwich in den Weltraum, die gasförmigen Kohlenwasserstoffe wurden abgebaut, und durch eine photolytische Spaltung des Wasserdampfes entwickelte sich Sauerstoff.
Quelle: http://www.wissen.de/lexikon/uratmosphaere

Grundsätzlich hast Du aber recht damit, dass wir hier noch nichts Sicheres wissen, denn auch die Überlegungen hinsichtlich einer eher neutralen Uratmosphäre beruhen auf eher vagen Modellrechnungen, so dass wir uns hier auf einem Feld immenser Unsicherheiten bewegen.
Und sie sind nicht isoliert, d.h. es können Stoffe und Bauteile dort von außen reinkommen und auch nach außen abgegeben werden.
Nach außen abgegeben ja, aber von außen reinkommen gestaltet sich schwierig - um nicht zu sagen gar nicht, weil solche Schlote "von unten" wachsen und aufgebaut werden - also angetrieben durch Prozesse, die ihren Ursprung in sehr heißen und sehr trockenen Regionen des Erdinneren haben, wo nichts überdauern kann, was jemals dorthin gelangen würde - zumindest nichts, was als Grundlage für Lebensprozesse dienen könnte. Insofern ist jede Quelle für sich genommen doch isoliert und damit zugleich in seiner Eignung als Brutstätte für entstehendes Leben aus den Grundbestandteilen heraus von zeitlicher Begrenztheit.
Ein Gentransfer zwischen spiegelbildlich aufgebauten Lebewesen oder allgemein auf molekularer Ebene gänzlich unterschiedlich gebauten Lebewesen ist ausgeschlossen.
Ja, deswegen gehe ich davon aus, dass das Leben tatsächlich nur einmal entstanden ist und nicht mehrmals. Alternative Ansätze waren schlicht nicht schnell genug, so dass sie durch die zuerst entstandenen Organismen als Rohstoffreserve vernutzt wurden.
Lokal, ja. Aber global?
Das ist im Nachhinein irrelevant, da die Lokalität, in der das Leben entstanden ist, maßgeblich für den Rest wurde, in den sich das Leben dann ausgebreitet hat. Falls es alternative Ansätze gegeben haben sollte, die z.B. auf D-Aminosäuren zurückgegriffen hatte, dann wurden sie restlos verdrängt, weil sich die Linie, die sich bis heute am Leben erhalten hat, als die fittere erwiesen hat. Denkbar ist immerhin, dass es auf der Urerde von vornherein eine Bevorzugung von L-Aminosäuren gab, weil diese bereits über den meteoritischen Flux mit einem Überhang vertreten sind. Kristalloberflächen sorgten in den Gezeitenzonen während des Antrocknens dann zusätzlich für eine Anreicherung von L-Aminosäuren. Eventuelle Organismen mit D-Aminosäuren wären somit von vornherein ein wenig im Nachteil gewesen.
Es gibt Organismen Kilomter tief im Gestein. Es dauert ewig so tief vorzudringen. Die Art, die dort zuerst war, ist dort besser angepasst.
Die Frage ist dann, wie diese Organismen dorthin gekommen sind und wie lange sie im Gestein ansässig gewesen sind, ohne Kontakt zu anderen Organismen zu haben. Ich denke, es ist kein Ding der Unmöglichkeit, dass diverse Bakterien der heutigen Stammlinie über kurz oder lang in bislang verborgene Regionen vordringen und dort ihre überlegene Fitness unter Beweis stellen können, weil sie dann in Konkurrenz zu bereits ansässigen und dort hochspezialisierten Organismen das Reservoir an Lösungsstrategien ausschöpfen, welches sie auf dem Weg dorthin angesammelt haben. Solche Bakterien verhalten sich dann invasiv und besetzen die Nische komplett.
Es wird niemals in allen Aspekten überlegen sein, also wird es immer Rückzugsräume für das erstere geben.


Oder es bilden sich Symbiosen heraus. Oder über horizontalen Gentransfer findet eine Vermischung der beiden Linien statt (funktioniert aber nur bei Passfähigkeit der jeweiligen genetischen Codes). Oder aber die Bedingungen in der Tiefe sind so restriktiv, dass nur die fittere Variante von beiden Stammformen überlebt. Und das wäre dann im Zweifelsfall die, die das meiste evolutionäre Rüstzeug mitbringt, um sowohl in der Tiefe, wie auch sukzessive auf dem Weg dorthin zu überdauern.
Das "schlagartig" halte ich für unplausibel.
Nicht nur das. Auch das "selbstverständlich" ist eine Schlussfolgerung ohne Bodenhaftung.
Ein wichtiges Argument ist dies:
Dieses Argument überzeugt mich nun gerade nicht, denn wie schon bei den Schloten steht jeder einzelne Planet mit seinem jeweils eigenen Zeitfenster für sich isoliert da. Wir hätten zwar mehr Reaktionsräume, wo der Ursprung des Lebens stattfinden könnte, aber da jeder Planet für sich zu betrachten ist, stellen die interstellaren Distanzen eine effiziente Barriere dar, dass das entstandene Leben im engeren Umfeld des Entstehungsortes verbleibt. Wenn sich Leben also von einem Planeten aus ausbreitet, dann allenfalls auf die Nachbarplaneten im Umfeld desselben Sterns, den dieser Planet umläuft. Alles andere ist utopisch.
erstens ist sie prinzipiell falsifizierbar
Das weist sie als wissenschaftliche Hypothese aus, aber daraus ergibt sich noch nicht eine praktische Prüfbarkeit, wenn wir von Panspermie statt Transspermie sprechen. Transspermie ließe sich dahingehend prüfen, wenn man im Sonnensystem auf anderen Himmelskörpern Relikte von Organismen findet, die hinsichtlich der biochemischen Grundkomponenten mit dem irdischen Leben verwandt sind. Aber auch dann könnte man noch nicht entscheiden, ob jenes Leben dort entstanden und dann zur Erde gelangt ist oder umgekehrt. Insofern ist das zwar eine Denkmöglichkeit, die nicht absurd und durchaus wissenschaftlich ist, aber mangels praktischer Prüfbarkeit eben doch eine hinsichtlich des Erkenntnisgewinns wertlose.
Wie will man die These "Das Leben ist auf der Erde entstanden!" falsifizieren können?
Gar nicht. Hier greift Ockhams Razor. Im Zweifelsfall bevorzugt man die These, die mit den wenigsten Zusatzannahmen auskommt. Und Panspermie bzw. Trannspermie benötigt mehr Zusatzannahmen als die Entstehung des Lebens vor Ort, wo es sich heute noch befindet.
In dieses Bild passt nur eines nicht, nämlich dass die Evolution von unbelebter Materie bis zum ersten Leben so schnell vonstatten gegangen sein muss, wenn es auf der Erde geschah.
Das ist aber ein Kategorienfehler. Evolution bezieht sich auf Lebewesen und ist durch bestimmte Mechanismen charakterisiert, die auf die Biologie beschränkt sind und auch nur dort Gültigkeit besitzen. Der Prozess der Lebensentstehung wird zwar oft als chemische Evolution bezeichnet, ist aber streng genommen keine Evolution, sondern ein Entwicklungsverlauf, der im Rahmen der Chemie Gültigkeit besitzt. Und diese chemische Entwicklung, die zur Entstehung des Lebens führte, war nur in einem Zeitrahmen möglich, wo die Rahmenbedingungen dafür günstig waren. Außerhalb dieses Zeitrahmens hätten die Prozesse nicht zur Entstehung des Lebens geführt. Insofern passt das "Bild" schon, da es sich genau genommen um zwei Bilder handelt ... ;)
Falls diese Keime irgendwo, irgendwann auf Bedingungen gestoßen sind, die eine Weiterleben ermöglichten, so sollten sie sich auch festgesetzt haben.
Das kann man von vornherein nicht ausschließen, aber hier haben wir wenigstens die Möglichkeit, das auch nachzuprüfen, was in Bezug auf die Entstehung des Lebens auf der Erde durch Panspermie bzw.Transspermie leider nicht gegeben ist.

Viele Grüße!

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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von seeker » 12. Nov 2017, 20:36

So, jetzt... :wink:
ATGC hat geschrieben:
10. Nov 2017, 13:01
Grundsätzlich hast Du aber recht damit, dass wir hier noch nichts Sicheres wissen, denn auch die Überlegungen hinsichtlich einer eher neutralen Uratmosphäre beruhen auf eher vagen Modellrechnungen, so dass wir uns hier auf einem Feld immenser Unsicherheiten bewegen.
Ja. Ich glaube auch das ist das Grunproblem unseres Themas: Es gibt noch zu wenig belastbares Wisssen, deshalb müssen wir uns auf Vermutungen stützen, die z.T. auf Wahrscheinlichkeitsüberlegungen gründen. Und selbst für die Abschätzung von Wahrscheinlichkeiten haben wir eigentlich noch zu wenig Wissen.
Ich hoffe darauf, dass uns in einigen Jahren das neue James Webb-Weltraumteleskop und auch das E-ELT weiterhelfen werden:
Falls man Lebenszeichen auf Exoplaneten findet lässt sich auf Wahrscheinlichkeiten auch bei uns besser schließen, falls nicht ebenso.
ATGC hat geschrieben:
10. Nov 2017, 13:01
Und sie sind nicht isoliert, d.h. es können Stoffe und Bauteile dort von außen reinkommen und auch nach außen abgegeben werden.
Nach außen abgegeben ja, aber von außen reinkommen gestaltet sich schwierig - um nicht zu sagen gar nicht, weil solche Schlote "von unten" wachsen und aufgebaut werden - also angetrieben durch Prozesse, die ihren Ursprung in sehr heißen und sehr trockenen Regionen des Erdinneren haben, wo nichts überdauern kann, was jemals dorthin gelangen würde - zumindest nichts, was als Grundlage für Lebensprozesse dienen könnte. Insofern ist jede Quelle für sich genommen doch isoliert und damit zugleich in seiner Eignung als Brutstätte für entstehendes Leben aus den Grundbestandteilen heraus von zeitlicher Begrenztheit.
Aber es könnte doch von oben etwas herabfallen? Ich meine das waren unruhige Zeiten, auch viele Einschläge, usw. die Material auch auf der Erde hin und her transportiert haben sollten.
Aber gut, ich sehe ein, dass bei den schwarzen Rauchern ein anderes Szenario herrscht als bei anderen möglichen Wegen zum Leben.
ATGC hat geschrieben:
10. Nov 2017, 13:01
Lokal, ja. Aber global?
Das ist im Nachhinein irrelevant, da die Lokalität, in der das Leben entstanden ist, maßgeblich für den Rest wurde, in den sich das Leben dann ausgebreitet hat. Falls es alternative Ansätze gegeben haben sollte, die z.B. auf D-Aminosäuren zurückgegriffen hatte, dann wurden sie restlos verdrängt, weil sich die Linie, die sich bis heute am Leben erhalten hat, als die fittere erwiesen hat. Denkbar ist immerhin, dass es auf der Urerde von vornherein eine Bevorzugung von L-Aminosäuren gab, weil diese bereits über den meteoritischen Flux mit einem Überhang vertreten sind. Kristalloberflächen sorgten in den Gezeitenzonen während des Antrocknens dann zusätzlich für eine Anreicherung von L-Aminosäuren. Eventuelle Organismen mit D-Aminosäuren wären somit von vornherein ein wenig im Nachteil gewesen.
Vielleicht, vielleicht aber auch nicht. Wir brauchen mehr Erkenntnisse. Das Problem der Chiralität des Lebens ist immerhin bekannt. Neulich habe ich irgendwo einen Artikel gelesen, wo es darum ging, dass einfallendes Material aus dem All wohl schon vorsortiert gewesen war, durch Prozesse, die im All stattfanden, dass dadurch also bei den Aminosären schon ein Ungleichgewicht herrschte. Wär möglich. Jedenfalls hat man in in irgendwelchen Meteoritenproben mehr von der L als von der D-Form gefunden.
ATGC hat geschrieben:
10. Nov 2017, 13:01
Es gibt Organismen Kilomter tief im Gestein. Es dauert ewig so tief vorzudringen. Die Art, die dort zuerst war, ist dort besser angepasst.
Die Frage ist dann, wie diese Organismen dorthin gekommen sind und wie lange sie im Gestein ansässig gewesen sind, ohne Kontakt zu anderen Organismen zu haben. Ich denke, es ist kein Ding der Unmöglichkeit, dass diverse Bakterien der heutigen Stammlinie über kurz oder lang in bislang verborgene Regionen vordringen und dort ihre überlegene Fitness unter Beweis stellen können, weil sie dann in Konkurrenz zu bereits ansässigen und dort hochspezialisierten Organismen das Reservoir an Lösungsstrategien ausschöpfen, welches sie auf dem Weg dorthin angesammelt haben. Solche Bakterien verhalten sich dann invasiv und besetzen die Nische komplett.
Vielleicht, vielleicht auch nicht. Da bin ich einfach unsicher. Wir brauchen mehr Erkenntnisse...
ATGC hat geschrieben:
10. Nov 2017, 13:01
Das "schlagartig" halte ich für unplausibel.

Nicht nur das. Auch das "selbstverständlich" ist eine Schlussfolgerung ohne Bodenhaftung.
Ich hoffe dass James-Webb wenigstens ein wenig Licht ins Dunkel bringt.
Es gibt ja genügend Leute, die glauben, wenn die richtigen Bedingungen gegeben sich, dass sich dann Leben zwangsläufig bildet.
Ich bin gespannt, ob das so ist oder nicht.
ATGC hat geschrieben:
10. Nov 2017, 13:01
Das weist sie als wissenschaftliche Hypothese aus, aber daraus ergibt sich noch nicht eine praktische Prüfbarkeit, wenn wir von Panspermie statt Transspermie sprechen. Transspermie ließe sich dahingehend prüfen, wenn man im Sonnensystem auf anderen Himmelskörpern Relikte von Organismen findet, die hinsichtlich der biochemischen Grundkomponenten mit dem irdischen Leben verwandt sind. Aber auch dann könnte man noch nicht entscheiden, ob jenes Leben dort entstanden und dann zur Erde gelangt ist oder umgekehrt. Insofern ist das zwar eine Denkmöglichkeit, die nicht absurd und durchaus wissenschaftlich ist, aber mangels praktischer Prüfbarkeit eben doch eine hinsichtlich des Erkenntnisgewinns wertlose.
So streng sehe ich das nicht, dass das wertlos sei. Immerhin könnte es ja tatsächlich so sein, dass es Panspermie und Transpermie gibt. Und es besteht die Hoffnung das in Zukunft auch irgendwann einmal prüfen zu können.
Indirekte Indizien lassen sich allemal finden und prüfen.
ATGC hat geschrieben:
10. Nov 2017, 13:01
Wie will man die These "Das Leben ist auf der Erde entstanden!" falsifizieren können?
Gar nicht. Hier greift Ockhams Razor. Im Zweifelsfall bevorzugt man die These, die mit den wenigsten Zusatzannahmen auskommt. Und Panspermie bzw. Trannspermie benötigt mehr Zusatzannahmen als die Entstehung des Lebens vor Ort, wo es sich heute noch befindet.
Nur soll man mit Ockham nicht überall vorschnell draufhauen... :)
Du hast Recht, bei der Panspermie habe ich die zusätzliche Schwierigkeit des Überbrückens der Weiten des Weltraums.
Aber eigentlich sind die Grundannahmen dieselben, sie unterscheiden sich nur graduell, sie sind nämlich:

1. Das Leben ist spontan aus unbelebter Materie entstanden
2. Leben ist invasiv

2. nimmt man auch bei der Standardfolklore an, sonst wäre es ja nicht plausibel, dass das Leben nach seiner Entstehnung praktisch alle Nischen der Erde besetzt hat.
Bei der Panspermie ist nur das Ausmaß an Invasivität viel größer, das man dem Leben zutraut.

ATGC hat geschrieben:
10. Nov 2017, 13:01
In dieses Bild passt nur eines nicht, nämlich dass die Evolution von unbelebter Materie bis zum ersten Leben so schnell vonstatten gegangen sein muss, wenn es auf der Erde geschah.
Das ist aber ein Kategorienfehler. Evolution bezieht sich auf Lebewesen und ist durch bestimmte Mechanismen charakterisiert, die auf die Biologie beschränkt sind und auch nur dort Gültigkeit besitzen. Der Prozess der Lebensentstehung wird zwar oft als chemische Evolution bezeichnet, ist aber streng genommen keine Evolution, sondern ein Entwicklungsverlauf, der im Rahmen der Chemie Gültigkeit besitzt. Und diese chemische Entwicklung, die zur Entstehung des Lebens führte, war nur in einem Zeitrahmen möglich, wo die Rahmenbedingungen dafür günstig waren. Außerhalb dieses Zeitrahmens hätten die Prozesse nicht zur Entstehung des Lebens geführt. Insofern passt das "Bild" schon, da es sich genau genommen um zwei Bilder handelt ...
Vielleicht ist es ein Kategorienfehler, vielleicht. Ich muss zugeben, ich habe noch keinen genügenden Überblick, wie das mit der chmischen Evolution zu verstehen ist.
Allerdings muss es immerhin einen Übergangsbereich bei der Komplexität gegeben haben. Dort ist dann auch die Frage zu stellen, in welche Kategorie der gehört, insbesondere bei seiner Entwicklungsgeschwindigkeit.
Auch wenn man von zwei Kategorien mit unterschiedlichen Mechanismen ausgeht, ergibt sich die Frage, welche Entwicklungsgeschwindigkeit bei der chemischen Evolution plausibel ist, insbesondere im Vergleich zur biologischen Evolution.

Und das mit dem kurzen Zeitrahmen bergündest du zwar plausibel, aber ob das tatsächlich so ist... wer weiß, wir wissen noch zu wenig, denke ich.

Und dann gäbe es neben den Erklärungen Entstehung auf der Erde, Panspermie statt Transspermie auch noch Zwischenstufen, auch das könnte noch interessant werden:
Es könnten auch neben Aminosäuren usw. auch komplexere Vorstufen zum Leben damals von anderen Himmelskörpern (z.B. dem Mars) hierher transportiert worden sein.
Grüße
seeker


Mache nie eine Theorie zu DEINER Theorie!
Denn tut man das, so verliert man zumindest ein Stück weit seine Unvoreingenommenheit, Objektivität.

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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von Pippen » 13. Nov 2017, 01:45

Gehört eigentlich zum Thread über außerirdisches Leben, passt aber auch hier ganz gut: https://www.youtube.com/watch?v=AHtypnRk7JE

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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von tomS » 13. Nov 2017, 08:34

Miller und Urey haben 1953 die Entstehung von organischen Molkelülen wie proteinogene Aminosäuren u.a. nachgewiesen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Miller–Urey_experiment


England hat vor einigen Jahren im Rahmen der Nichtgleichgewichts-Thermodynamik einen Mechanismus vorgeschlagen, der recht generisch zu einer Selbstorganisation und höheren, geordneten Strukturen führt.

https://en.wikipedia.org/wiki/Jeremy_En ... tical_work
Gruß
Tom

Ἓν οἶδα, ὅτι οὐδὲν οἶδα.

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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von ATGC » 13. Nov 2017, 14:24

Hallo seeker,
Aber es könnte doch von oben etwas herabfallen?
Hydrothermale Schlote sind aber Durchflussreaktoren, wo überhitztes Wasser von unten nach oben strömt und auf dem Weg dahin verschiedene Reaktionen stattfinden. Wenn also über Meteoriten von oben etwas drauffällt, betrifft das nicht das Durchfluss-System (es sei denn, es geht kaputt), sondern allenfalls das Erdinnere, in das der Krater gerissen wird, wenn der Meteorit einschlägt. Und dann ist die Hitzeentwicklung wieder so groß, dass eventuell mitgeführte Organika zerstört werden. Was dann am Schlot über das überhitzte Wasser wieder ankommt, entspricht dann dem, was ohnehin bereits mitgeführt wird.
Jedenfalls hat man in in irgendwelchen Meteoritenproben mehr von der L als von der D-Form gefunden.
Das betrifft CI- und CM-Chondriten:

http://www.pnas.org/content/98/5/2138.full.pdf

In der Tabelle auf Seite 2 dieses Papers sind die Überhänge der L-Enantiomere deutlich zu erkennen.
Und es besteht die Hoffnung das in Zukunft auch irgendwann einmal prüfen zu können.
Na gut, die Hoffnung stirbt zuletzt, aber um das erfolgreich prüfen zu können, müsste man zugleich ausschließen können, dass das Leben auf der Erde hätte entstehen können. Da sehe ich ehrlich gesagt nicht viel Spielraum für diverse Hoffnungen ...
Aber eigentlich sind die Grundannahmen dieselben, sie unterscheiden sich nur graduell ...
Also was Panspermie betrifft, sehe ich da schon eine gravierende Lücke in der Gangbarkeit. Um das erfolgreich hinzubekommen, müsste das Problem der Ansammlung von Mutationen gelöst werden, welches allein aufgrund der langen Dauer entsteht, in der Gesteinsbrocken im interstellaren Raum unterwegs sind, bevor sie auf einen anderen Planeten auftreffen. Was Transspermie betrifft, bin ich nicht ganz so pessismistisch, aber auch hier gibt es etliche Hürden zu überwinden, um einen potentiell habitablen Planeten (oder Mond) zu erreichen.
Bei der Panspermie ist nur das Ausmaß an Invasivität viel größer, das man dem Leben zutraut.
Nein, bei der Panspermie entsteht ein Transportproblem, das nicht von den Organismen abhängt, sondern von den Umständen des Transports, ob sie gelingen kann. Die Invasivität kommt erst dann zum Zuge, nachdem ein Himmelskörper erreicht worden ist.
Allerdings muss es immerhin einen Übergangsbereich bei der Komplexität gegeben haben.
Ja, aber solange die autonome Reproduktion von bestimmten Sequenzen bestimmter Proteine nicht gelungen ist, haben wir keine Reproduktion von sich selbst erhaltenden Stoffwechselsystemen - und damit noch kein Leben. Solche Stoffwechselsysteme fallen dann immer noch in den Bereich der Chemie und nicht in den Bereich der Evolution. Und hier gelten andere Regeln als in der Biologie. Entwicklungen laufen schneller ab, weil die Konservierung und Tradierung von Makromolekül-Sequenzen noch nicht gegeben ist. Die Fluktuation von Zufallssequenzen ist hier viel größer - und damit auch die Rate von Entstehung und Zusammenbruch von Stoffwechselsystemen, in denen komplexere Reaktionsnetzwerke hochwachsen können.

Allerdings laufen solche Zyklen von Entstehung und Zerfall von Stoffwechselsystemen eben nur so lange ab wie es die Rahmenbedingungen zulassen: Versiegt der Zustrom von geeigneten Stoffen, stellen sich Reaktionsgleichgewichte ein, die ein weiteres Hochwachsen von Komplexität nicht mehr zulassen. An einen Übergang zu echten - weil evolutionsfähigen - Organismen ist dann nicht mehr zu denken.
Es könnten auch neben Aminosäuren usw. auch komplexere Vorstufen zum Leben damals von anderen Himmelskörpern (z.B. dem Mars) hierher transportiert worden sein.
Das ist äußerst unwahrscheinlich, weil solche Vorstufen auf einem Energiefluss beruhen, der dann im Gesteinsbrocken nicht mehr vorhanden ist. Was dann ankommen würde, wäre bestenfalls ein Chemikalienmix - eventuell aus diversen Peptiden und Nucleotidsträngen - der sich nach dem Aufprall auf der Erde zerstreut und zersetzt würde.

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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von seeker » 13. Nov 2017, 17:21

ATGC hat geschrieben:
13. Nov 2017, 14:24
Na gut, die Hoffnung stirbt zuletzt, aber um das erfolgreich prüfen zu können, müsste man zugleich ausschließen können, dass das Leben auf der Erde hätte entstehen können.
Es würde schon weiterhelfen, wenn man die Wahrscheinlichkeit dafür sinnvoll angeben könnte, ebenso die Wahrscheinlichkeiten für irgendwelche Panspermie- und Transpermieszenarien.
Dann könnte man diese beiden Wahrscheinlichkeiten miteinander vergleichen.
Es könnte ja sein, dass die Chancen für Lebensentstehung wonaders Zehnerpotenzen größer als auf der Erde waren. Man muss Wahrscheinlichkeiten herausfinden und vergleichen.
ATGC hat geschrieben:
13. Nov 2017, 14:24
Nein, bei der Panspermie entsteht ein Transportproblem, das nicht von den Organismen abhängt, sondern von den Umständen des Transports, ob sie gelingen kann.
...und von der Robustheit der Organismen, inwieweit die solche Bedingungen überstehen können. Auf der Erde ist das oftmals nicht anders: Wenn ein Bakterium von einem Ort A zu einem Ort B gelangen soll (z.B. auf die nächste Insel), dann muss es den Transportweg durch die Luft oder das Wasser auch überstehen können.
ATGC hat geschrieben:
13. Nov 2017, 14:24
Ja, aber solange die autonome Reproduktion von bestimmten Sequenzen bestimmter Proteine nicht gelungen ist, haben wir keine Reproduktion von sich selbst erhaltenden Stoffwechselsystemen - und damit noch kein Leben. Solche Stoffwechselsysteme fallen dann immer noch in den Bereich der Chemie und nicht in den Bereich der Evolution. Und hier gelten andere Regeln als in der Biologie. Entwicklungen laufen schneller ab, weil die Konservierung und Tradierung von Makromolekül-Sequenzen noch nicht gegeben ist. Die Fluktuation von Zufallssequenzen ist hier viel größer - und damit auch die Rate von Entstehung und Zusammenbruch von Stoffwechselsystemen, in denen komplexere Reaktionsnetzwerke hochwachsen können.
D.h. so lange es Chemie ist, ist die Trefferwahrscheinlichkeit geringer, aber es wird öfter gewürfelt? Das könnte sich evtl. auch ausgleichen. Tut es das?
ATGC hat geschrieben:
13. Nov 2017, 14:24
Allerdings laufen solche Zyklen von Entstehung und Zerfall von Stoffwechselsystemen eben nur so lange ab wie es die Rahmenbedingungen zulassen: Versiegt der Zustrom von geeigneten Stoffen, stellen sich Reaktionsgleichgewichte ein, die ein weiteres Hochwachsen von Komplexität nicht mehr zulassen. An einen Übergang zu echten - weil evolutionsfähigen - Organismen ist dann nicht mehr zu denken.
In gewisser Weise ist das beim Leben noch genauso: Lassen es die Rahmenbedingungen nicht mehr zu und versiegt der Zustrom von geeigneten Stoffen (Nahrung), dann stirbt es oder dümpelt bei Minimalbedingungen gerade noch so vor sich hin. Es hat aber eine größere Wahrscheinlichkeit sich anzupassen oder eine gewisse Zeit lang durchzuhalten, das ist klar.
ATGC hat geschrieben:
13. Nov 2017, 14:24
Das ist äußerst unwahrscheinlich, weil solche Vorstufen auf einem Energiefluss beruhen, der dann im Gesteinsbrocken nicht mehr vorhanden ist. Was dann ankommen würde, wäre bestenfalls ein Chemikalienmix - eventuell aus diversen Peptiden und Nucleotidsträngen - der sich nach dem Aufprall auf der Erde zerstreut und zersetzt würde.
Ich denke da z.B. an Makromoleküle, die z.B. auf dem Mars entstanden sind und dann in wenigen Jahren tiefgefroren auf die Erde transportiert wurden und beim Auftreffen auf die Erde auf nicht mehr als 100° C erhitzt wurden. Allerdings müssten sie dann noch an der richtigen Stelle auf den passenden Nährboden auf der Erde gefallen sein, das macht die Sache auf den ersten Blick nicht sehr wahrscheinlich, es kommt dann eben darauf an, wie groß und häufig die Nährböden der Erde waren und wie oft so etwas geschehen sein kann.
Argument zum Nachdenken ist hier auch, dass der Mars höchstwahrscheinlich viele Millionen Jahre vor der Erde habitabel war.
Man kann das Szenario auch als Ort-zu-Ort-Transport auf der Erde durchspielen, es gab genügend Einschläge, etc.: Es müssen nicht unbedingt alle Zutaten, die man für eine lebensfähige Zelle braucht, an ein-und-demselben Ort unter ein-und-denselben Bedingungen entstanden sein.
Aber da kennst du die Details natürlich besser. Ich versuche nur alle prinzipiellen Möglichkeiten zu erfassen.
Grüße
seeker


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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von ATGC » 13. Nov 2017, 18:22

Hallo seeker,
Es würde schon weiterhelfen, wenn man die Wahrscheinlichkeit dafür sinnvoll angeben könnte, ebenso die Wahrscheinlichkeiten für irgendwelche Panspermie- und Transpermieszenarien.
Ich denke, dass das a priori nicht geht. Wir können lediglich a posteriori feststellen, wie oft in der Galaxis Leben entstanden ist, falls unsere Beobachtungsmittel dafür hinreichend geworden sind. Einstweilen sieht es da leider noch nicht gut aus, so dass wir hier keinerlei Aussagen treffen können.
...und von der Robustheit der Organismen, inwieweit die solche Bedingungen überstehen können.
Natürlich. Das auch, aber da das Prinzip des Entstehens spontaner Mutationen universell ist, weil sich über physikalische und chemische Gesetzmäßigkeiten so ergebend, helfen auch gesteigerte Strahlungsresistenzen (wie z.B. bei Deinococcus radiodurans, das u.a. im Kühlwasser von Kernreaktoren lebt) nicht weiter, wenn die damit assoziierten Reparaturproteine infolge Durchfrierens nicht in Aktion treten können. Von daher sehe ich in punkto Invasivität bei Panspermie schwarz. Bei Transspermie immerhin dunkelgrau ...
D.h. so lange es Chemie ist, ist die Trefferwahrscheinlichkeit geringer, aber es wird öfter gewürfelt?
Das kann man so auch nicht sagen. Die Bedingungen im Entstehungsraum müssen einerseits variabel genug sein, um Stoffdurchflüsse und Stoffaustausche zu ermöglichen, dürfen andererseits aber nicht so variabel sein, dass immer wieder alles kollabiert, was zuvor langwierig entstanden ist. Entscheidend dürfte sein, dass die Anzahl der Entstehungsräume möglichst groß ist und zugleich die Möglichkeiten des Stoffaustausches möglichst umfassend gegeben ist, damit sich eine große Variabilität von Stoffarten und Stoffgemischen entwickelt, die dann in jedem Entstehungsraum zum Hochwachsen von Komplexität im Rahmen von Reaktionsnetzwerken genutzt werden kann.

Das heißt, es wird nicht notwendigerweise öfter gewürfelt, sondern es bildet sich eine Vielzahl von Ansätzen heraus, die im Austausch mit ihrer Umgebung stehen und somit als Gesamtnetzwerk eine größere Variabilität aufweisen. Auf diese Weise entsteht eine größere Belastbarkeit gegenüber variierenden Rahmenbedingungen, ohne dass dadurch das Gesamtsystem kollabiert. Innerhalb dieser Gesamtsysteme besteht dann die Chance, dass sich eine Vernetzung hin zu einer autonomen Reproduktion von Proteinen mit Hilfe von Nucleinsäuren herausbilden kann, die sukzessive den Stoffwechsel des Gesamtsystems erfasst und dieses als solches zu einem Organismus werden lässt, der sich später in Einzelzellen ausdifferenziert, die jede für sich autonom lebensfähig sind.

Die Dinge sind reichlich komplex und verwickelt. Ich hatte schon meine Besprechungen zu Egels Essay und zu Woeses Ansatz zur Entstehung der Zellen verlinkt. Hier geht man ebenfalls von einem kollektiven Ansatz aus, der sich erst später aufteilt.
In gewisser Weise ist das beim Leben noch genauso ...
Ja, aber Organismen können auf tradierte Sequenzen zurückgreifen, während rein chemische Stoffwechselsysteme in ihrer Rückkopplungsfähigkeit erheblich eingeschränkter sind und dann in den chemischen Gleichgewichtszustand fallen. Organismen sind da weitaus flexibler und krisentoleranter.
Man kann das Szenario auch als Ort-zu-Ort-Transport auf der Erde durchspielen, es gab genügend Einschläge, etc.: Es müssen nicht unbedingt alle Zutaten, die man für eine lebensfähige Zelle braucht, an ein-und-demselben Ort unter ein-und-denselben Bedingungen entstanden sein.
Natürlich. Über Impakte wurde bestimmt auch einiges Material verfrachtet, so dass es andernorts als bereichernde Zugabe verwertet werden konnte. Nicht zu vergessen eben auch der Zustrom an reduzierenden Agenzien in die Atmosphäre bzw. in die Reaktionsräume, wo Stoffwechselsysteme hochwuchsen.

So, ich muss jetzt leider wieder weg. Vielleicht später noch einmal ...

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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von seeker » 14. Nov 2017, 13:08

Hallo ATCG,

welcher Ort der Entstehung des Lebens erscheint dir nach heutiger Wissenslage am wahrscheinlichsten?
In porösen Gesteinen in flachen Küstengewässern unter Ausnutzung der Gezeiten und Verdunstungsprozessen?
Und wie lange schätzt du ein, dass der Prozess zum Leben mindestens gedauert haben muss, ab dem Zeitpunkt als die Bedingungen stimmten?
Dürfen diese Rahmenbedingungen in der Zeit deiner Einschätzung nach überhaupt konstant sein oder müssen sie sich stets zum rechten Zeitpunkt in der richtigen Art und Weise verändern?
Hälst du es für am wahrscheinlichsten, dass die schon komplexeren Zutaten des Lebens alle gemeinsam am selben Ort zur selben Zeit entstanden sind?
Und glaubst du, dass das Leben auf der Erde eher nur genau 1x entstanden ist oder eher vielmals, wobei es viele Anläufe/Versuche brauchte, bis einer dabei war, der auch lange genug überlebte um genügend robust/störungstolerant zu werden, sodass er sich auf der Erde dauerhaft festsetzen konnte?

Über den letzten Punkt habe ich nachgedacht:
Ich glaube, man kann nicht davon ausgehen, dass schon das erste Leben großartig robust gewesen sein kann, jedenfalls lange nicht so robust wie Organismen, die schon eine gewisse Zeit der evolutionären Verbesserung hinter sich haben, schon gar nicht so robust wie heutige, moderne Mikroorganismen, z.B. Extremophile.
D.h. allererste Lebensformen könnten oftmals sofort wieder ausgestorben sein, weil sich die Umweltbedingungen etwas verändert hatten und die Anpassungs- und Abwerhrmechanismen für so etwas noch nicht so vielfältig und ausgereift waren.
Wie schätzt du das ein?
Falls das so plausibel ist: Wie lange mag es deiner Einschätzung nach mindestens gedauert haben, bis sich aus dem ersten Leben das erste genügend robuste Leben entwickelt haben kann?
Grüße
seeker


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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von ATGC » 14. Nov 2017, 21:29

Hallo seeker,

es ist eine Menge Fragen, die Du gestellt hast. Ich will versuchen, sie so knapp wie möglich zu beantworten, damit das hier nicht zu einem Paper ausartet ... ;)
welcher Ort der Entstehung des Lebens erscheint dir nach heutiger Wissenslage am wahrscheinlichsten?
Gezeitenzonen mit Flussmündungen in der Nähe vulkanisch aktiver Gebiete - also so etwas wie Island, wenn man davon ausgehen kann, dass die ersten Kontinente in etwa ausgesehen haben wie Island heute.
Und wie lange schätzt du ein, dass der Prozess zum Leben mindestens gedauert haben muss, ab dem Zeitpunkt als die Bedingungen stimmten?
Falls meine Faustformel zum Polymerwachstum in etwa stimmen sollte, dann mindestens 20 Millionen Jahre. Es können aber auch gut und gern über 100 Millionen Jahre gewesen sein.

Meine Faustformel kannst Du hier nachlesen:

https://toteweltenreloaded.wordpress.co ... gleichung/

Zitat:
Mit zunehmender Länge der Polymere steigt auch die Anfälligkeit zum Zerbrechen der Monomerketten, so dass der Zeitbedarf zur Synthese längerer Polymere größer wird. Funktionsproteine wie z.B. Cytochrom c haben knapp über 100 Monomere. Die für die Proteinsynthese wichtigen tRNA-Moleküle besitzen etwa 80 Monomere. Das für die Entstehung funktionsfähiger Polymere nötige Wachstum liegt in der Größenordnung von etwa 2^6 bis 2^7 Monomeren pro Polymer. Der Zeitbedarf dafür errechnet sich nach obiger Methode:

Ein Polymer von 2^6 Monomeren benötigt (2^6)^6 s = 2^36 s = 2178 Jahre zur Entstehung.
Ein Polymer von 2^7 Polymeren benötigt (2^7)^7 = 2^49 s = 17,84 Millionen Jahre zur Entstehung.

Das bedeutet, dass funktionsfähige Polymere bereits binnen relativ kurzer Zeit zur Verfügung standen und sich u.a. in Membranhüllen anreichern konnten. Allerdings ist eine Zufallskombination geeigneter Polymere, die den Stoffwechsel innerhalb einer solchen Membranhülle über längere Zeit stabilisiert, so lange wertlos, bis sie reproduziert und vererbt werden kann. Das erfordert einen Mechanismus, der Polymere hinreichend genau vervielfältigt (also irgendeine primitive Form des genetischen Codes, einschließlich des damit verbundenen Translationsapparates) und als Ganzer auf Tochtersysteme vererbt werden kann.
Dürfen diese Rahmenbedingungen in der Zeit deiner Einschätzung nach überhaupt konstant sein oder müssen sie sich stets zum rechten Zeitpunkt in der richtigen Art und Weise verändern?
Ich gehe von einer Choreografie der Ereignisse aus, die die Art und Weise der Zusammensetzung der potentiellen Entstehungsorte und der Prozesse darin verändert haben. Es fand ein permanenter Wechsel der Zustandsbedingungen im Rahmen bestimmter Grenzen statt, der sukzessive mit der Entstehung von immer längeren und komplexeren Makromolekülen konform ging, über die die Stoffwechselsysteme sich konstituierten. Der geochemische Kontext und die biochemische Beschaffenheit der Systeme wirkten hier zusammen. Prinzipiell kann man sich das so vorstellen, dass die Komplexität des geochemischen Kontextes sich zunehmend in kompakter Form als immer komplexer werdende Stoffwechselsysteme widerspiegelte. Die Komplexität des Umfeldes wurde also gewissermaßen in die präbiotischen Systeme hereingeholt und mit der Entstehung des Lebens dann erblich, weil über Matrizensequenzen tradiert.
Hälst du es für am wahrscheinlichsten, dass die schon komplexeren Zutaten des Lebens alle gemeinsam am selben Ort zur selben Zeit entstanden sind?
Ich denke, dass das Hochwachsen sukzessive an verschiedensten Orten erfolgte. Über Meeresströmungen konnte dann ein Austausch und eine Vermischung erfolgen, so dass langfristig überall ähnliche Voraussetzungen hinsichtlich der Versorgung mit Grundstoffen (also auch Polymeren) gegeben war. Unterschiede ergaben sich über den mineralischen Untergrund und daraus abgeleitet dann über die dann spezifisch ablaufenden Reaktionen in den jeweiligen Reaktionsorten.
Und glaubst du, dass das Leben auf der Erde eher nur genau 1x entstanden ist oder eher vielmals ... ?
Ich vermute, dass es tatsächlich nur ein einziges Mal entstanden ist, da der Mechanismus der Translation, der Proteine hervorbrachte, die sich stabilisierend auf das Genom auswirkten, keine Selbstverständlichkeit ist, die zwangsläufig aus einer immer komplexer ablaufenden Chemie folgt. Und mit der Entstehung des Lebens ergab sich zugleich sukzessive eine immer größer werdende Invasivität, die die verfügbaren Stoffquellen in den noch unbelebten Stoffwechselsystemen als Ressource erschlossen hat, so dass keine Chance mehr bestand, dass unabhängig davon erneut Leben entstehen konnte.
Wie schätzt du das ein?
Ich denke, sobald ein gangbares System der Translation entstanden war, war zugleich die Möglichkeit gegeben, dass sich gangbare Aminosäure-Sequenzen als Proteine reproduzieren konnten, die das System als Ganzes stabilisierten, so dass hier bereits zu Anfang an eine größere Robustheit gegeben war als die von unbelebten Systemen. Wenn man davon ausgeht, dass das Leben nicht als einzelliges System entstand, welches sich in einer widrigen Umwelt behaupten musste, sondern als kollektives "syncytisches" System (vgl. Egels Essay, aber auch Woeses "Supramolekulare Aggregate"!) nach Art heutiger Schleimpilze, wo sich eine Vielzahl von Zellen zu einem gemeinsamen Meta-Organismus vereinen, kommen hier Rückkopplungen zum Tragen, die in einem geschützten Habitat eine größere Stabilität gewährleisten. Erst nach erfolgtem intensiven Horizontalen Gentransfer ergab sich über zunehmendes "Ausfransen" der Ränder die Abspaltung und das Entweichen von einzelligen Organismen, die dann autonom existieren und weitere Habitate als Nischen besiedeln konnten. So in etwa stelle ich mir das Szenario vor.
Wie lange mag es deiner Einschätzung nach mindestens gedauert haben, bis sich aus dem ersten Leben das erste genügend robuste Leben entwickelt haben kann?
Da ich hier nicht unterscheide, setze ich die Untergrenze bei 20 Millionen Jahren - also dem Zeitraum, bis dahin hinreichend langkettige Polymere hochwachsen konnten und sich über Stoffwechselprozesse zu einem System mit internen Rückkopplungen organsieren konnte. Der Zeitpunkt, an dem das erste mal ein funktionierender Translationsmechanismus entstand, ist prinzipiell nicht angebbar, da dieser nicht notwendigerweise aus der zugrundeliegenden Chemie folgt.

Auch hier muss ich also als Untergrenze die schon genannten 20 Millionen Jahre setzen, aber nach oben hin ist beliebigerweise alles offen. Die ältesten unsicheren Hinweise belaufen sich auf ca. 3,8 Milliarden Jahre (mit einer Unsicherheitsspanne von bis zu 4,2 Milliarden Jahren!), so dass es ebensogut auch 200 bis 400 Millionen Jahre gedauert haben kann, bis es erst- und einzigmalig geklappt hat.

Viele Grüße!

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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von seeker » 14. Nov 2017, 22:42

Vielen Dank für deine Einschätzungen!
Das war sehr interessant und aufschlussreich.

Auch den von dir gesetzten Link mit der Faustformel fand ich sehr interessant.

:sup:
Grüße
seeker


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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von Frank » 15. Nov 2017, 08:50

ATGC hat geschrieben:
14. Nov 2017, 21:29


Gezeitenzonen mit Flussmündungen in der Nähe vulkanisch aktiver Gebiete - also so etwas wie Island, wenn man davon ausgehen kann, dass die ersten Kontinente in etwa ausgesehen haben wie Island heute.

Falls meine Faustformel zum Polymerwachstum in etwa stimmen sollte, dann mindestens 20 Millionen Jahre. Es können aber auch gut und gern über 100 Millionen Jahre gewesen sein.

Meine Faustformel kannst Du hier nachlesen:

https://toteweltenreloaded.wordpress.co ... gleichung/
Ich hätte deine eine Frage an dich.

Du schreibst , dass du von 20-100 Millionen Jahren ausgehst und die besten Gebiete in Flussmündungen, Gezeitengebieten und/oder vulkanisch aktiven Gebiete.
Wie bringst du das mit der Plattentektonik in Einklang, denn in diesen Zeiträumen sind Flussmündungen , Meere Vulkanismus schon längst wieder Geschichte und tauchen woanders neu auf?
Die Zeitspannen dazu sind sehr lange.
Rechtschreibfehler sind gewollt und dienen der allgemeinen Belustigung.


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Re: Entstehung des Lebens auf der Erde

Beitrag von ATGC » 15. Nov 2017, 13:53

Hallo Frank,

durch die Plattentektonik entsteht kein Problem. Im Gegenteil: Dadurch öffnen sich neue Variationen für Stoffsynthesen und Austauschprozesse. Weiterhin vergrößern sich dadurch die zur Verfügung stehenden Reaktionsräume. Über die Plattentektonik verschieben sich Landmassen, kollidieren miteinander, falten sich Gebirge auf und es entstehen neue Landmassen über Vulkanismus (neben Hot Spots wie der Hawaii-Inselkette auch Landmassen-Entstehung auf Spreizungszonen wie bei Island oder dem Afar-Dreieck). Mit jeder neu entstandenen Landmasse entstehen zugleich neue Reaktionsräume, in denen Stoffwechselsysteme hochwachsen können.

Da sich die bevorzugten Reaktionsräume in Gezeitenzonen befinden, wandern sie mit den Landmassen mit. Die Austauschprozesse in den Uferregionen finden über Meeresströmungen mit jedem Gezeitenwechsel statt. Vulkanismus verlagert sich allmählich an andere Orte, aber die vulkanischen Sedimente verbleiben nach wie vor in den Uferregionen, wo sie als Unterlage für diverse Syntheseprozesse dienen können. Über oberirdische vulkanische Ereignisse sowie über Meteoriteneinschläge gelangt immer wieder neues mineralisches Material in die Sedimente, so dass hier kein Stillstand in der Choreografie der Veränderungen der Rahmenbedingungen eintritt.

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