Tiefseeschlote: Weiße Raucher und der Ursprung des Lebens

[seeker]

Dies ist eine Abspaltung aus dem Thread: "Was ist "Leben"?"
hier:
viewtopic.php?f=81&t=4844&start=50

(Ich würde mit diesem Thema hier dann auch gerne hier weitermachen.)

Startpunkt der neuen Diskussion war dieser Vortrag von Herrn Lesch hier:

Was ist lebendig und wie ist Leben entstanden? • Omega Centauri (19) | Harald Lesch
https://www.youtube.com/watch?v=ifVSixQ7YA8

Weiße Raucher werden auch Kalkschlote, alkalische hydrothermale Schlote oder Kamine genannt.
Sie sind kälter als schwarze Raucher und haben andere Eigenschaften und eine andere Chemie.

Sie scheinen außerdem derzeit von besonderem Interesse für die Frage nach dem Ursprung des Lebens zu sein.

Ich habe bisher noch das gefunden:

Tiefseeschlote liefern ideale Bedingungen für die Entstehung des Lebens
https://www.grenzwissenschaft-aktuell.d ... s20191105/

Veröffentlichung dazu:
https://www.nature.com/articles/s41559-019-1015-y

Es geht dort hierum:

Aus einkettigen Amphiphilen (SCAs) wie Fettsäuren gebildete Vesikel spielten wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Entstehung des Lebens. Ein Hauptkritikpunkt an der Hypothese, dass das Leben in einer frühen hydrothermalen Umgebung des Ozeans entstanden ist, besteht darin, dass hohe Temperaturen, große pH-Gradienten, hoher Salzgehalt und reichlich vorhandene zweiwertige Kationen die Vesikelbildung ausschließen sollten. Diese Argumente basieren jedoch auf Modellvesikeln, die 1–3 SCAs verwenden, obwohl die Fischer-Tropsch-Synthese unter hydrothermalen Bedingungen eine breite Palette von Fettsäuren und 1-Alkanolen erzeugt, darunter reichlich C 10 –C 15- Verbindungen. Hier zeigen wir, dass Mischungen dieser C 10 –C 15 SCAs in wässrigen Lösungen zwischen pH ~6,5 und >12 bei modernen Meerwasserkonzentrationen von NaCl, Mg Vesikel bilden 2+ und Ca 2+ . Durch die Zugabe von C10 - Isoprenoiden wird die Vesikelstabilität noch weiter verbessert. Vesikel bilden sich am leichtesten bei Temperaturen von etwa 70 °C und benötigen zur Selbstorganisation Salzgehalt und stark alkalische Bedingungen. Somit ermöglichen alkalische hydrothermale Bedingungen nicht nur die Bildung von Protozellen am Ursprung des Lebens, sondern begünstigen diese aktiv.

Das löst zwar nicht das Problem der Proteinbildung und der RNA/DNA-Bildung, liefert aber möglicherweise immerhin den dritten Baustein, den wir für wässriges Leben brauchen, nämlich den der halbdurchlässigen Abtrennung von der Umwelt mittels einer Membran.

@Diagnostiker:
Du hast im anderen Thread angemerkt, dass du es dir sehr schwierig vorstelllst, unter diesen Bedingugen Makromoleküle aus Kondensationsreaktionen zu erhalten, da dort im Unterschied zu kleinen Oberflächentümpeln das Wasser nicht so einfach hin und wieder durch Austrocknung verschwinden kann, was für die Bildung von längeren Polymerketten wichtig wäre.

Ich hatte dann überlegt, ob unterschiedliche Salzkonzentrationen in den weißen Rauchern hier helfen könnten, um Wasser loszuwerden.

Ich habe noch eine Idee:

Wie ich hier gefunden habe...
https://www.biologie-seite.de/Biologie/Schwarze_Raucher
...treten aus solchen Schloten auch Gasblasen aus.

Meine Überlegung ist nun die:
Was ist, wenn sich solche Gasblasen im Gestein des Schlotes zeitweise in kleinen Spalten oder Poren immer wieder verfangen?
Dann hätten wir evtl. auch so etwas wie ein zyklisches Trockenlegen, das für die Bildung von Makromolekülen hilfreich wäre.

Was meint ihr dazu?

[Diagnostiker]

Hallo seeker,

ich habe dazu diesen Artikel gefunden:

https://febs.onlinelibrary.wiley.com/do ... 3468.13815

Darin folgendes Zitat:

With high salt concentrations and low water activity inside the pores of serpentinising rocks (medium to low water activity), peptides could form from amino acids, even at higher temperatures [[114]]. Peptides then become even more resilient against hydrolysis once they reach lengths that permit the formation of alpha-helices and beta-sheets [[167]].

Under conditions of sustained peptide synthesis and sustained peptide hydrolysis, a selection process sets in through which hydrolysis-resistant peptides can accumulate [[168, 169]], but not by virtue of faster synthesis, rather by virtue of their slower hydrolysis (‘survival of the sturdy’).

Das klingt doch schon mal interessant. Morgen arbeite ich mich mal durch den ganzen Artikel durch. Vielleicht finde ich noch mehr Hinweise und Referenzen.

[Diagnostiker]

Hier ist noch ein Artikel von Science - leider hinter einer Bezahlschranke:

https://www.science.org/doi/10.1126/sci ... %200pubmed

Das Abstract ist aber dennoch sehr informativ:

Oligomerization of a peptide was attempted in a flow reactor that simulated a submarine hydrothermal system. When fluid containing glycine repeatedly circulated through the hot and cold regions in the reactor, oligopeptides were made from glycine.

When divalent ions (such as copper ions) were added under acidic conditions, oligoglycine was elongated up to hexaglycine. This observation suggests that prebiotic monomers could have oligomerized in the vicinity of submarine hydrothermal vents on primitive Earth.

[Diagnostiker]

Gerade gefunden:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6261978/

Here we report evidence for three distinct types of abiotic condensed carbonaceous matter in paragenetic equilibrium with low-temperature mineralogical assemblages hosted by magma-impregnated, mantle-derived, serpentinites of the Ligurian Tethyan ophiolite. The first type coats hydroandraditic garnets in bastitized pyroxenes and bears mainly aliphatic chains. The second type forms small aggregates (~2 µm) associated with the alteration rims of spinel and plagioclase. The third type appears as large aggregates (~100–200 µm), bearing aromatic carbon and short aliphatic chains associated with saponite and hematite assemblage after plagioclase.

Leider nichts, was in Richtung Peptide geht. Aliphatische Ketten (Alkane), Aromaten und kurze aliphatische Ketten gehen nun mal nicht aus Kondensationsreaktionen hervor. Mal schauen, ob ich noch etwas finde ...

[seeker]

Ich habe auch einmal ChatGPT befragt , für die Übersicht:

welche theorievariante wird derzeit bei der frage zur usprünglichen herkunft des lebens auf der erde favorisiert?
ChatGPT

Die Frage nach der ursprünglichen Herkunft des Lebens auf der Erde ist nach wie vor Gegenstand intensiver wissenschaftlicher Forschung und Diskussion. Eine der führenden Theorien, die derzeit oft favorisiert wird, ist die sogenannte RNA-Welt-Hypothese.

Die RNA-Welt-Hypothese besagt, dass das Leben auf der Erde seinen Ursprung in einer Welt hatte, in der RNA (Ribonukleinsäure) die Hauptrolle spielte, bevor DNA und Proteine ihre heutige zentrale Rolle übernahmen. RNA besitzt die einzigartige Fähigkeit, sowohl Informationen zu speichern als auch katalytische Funktionen auszuführen, ähnlich wie Proteine. Dies hat sie zu einem attraktiven Kandidaten für die erste biologische Molekülwelt gemacht.

In dieser Hypothese wird angenommen, dass einfache organische Moleküle auf der primitiven Erde in einem reaktiven Milieu existierten und durch verschiedene Prozesse, wie beispielsweise chemische Reaktionen, Meteoriteneinschläge oder hydrothermale Quellen, zu RNA-Molekülen kombiniert wurden. Diese RNA-Moleküle könnten dann als Vorläufer biologischer Systeme gedient haben, indem sie sowohl genetische Information speicherten als auch als Katalysatoren für chemische Reaktionen fungierten.

Obwohl die RNA-Welt-Hypothese eine der prominentesten Theorien ist, werden auch andere Ideen untersucht, wie z.B. die Eisen-Schwefel-Welt-Hypothese oder die Lipidwelt-Hypothese. Es ist wichtig anzumerken, dass der Ursprung des Lebens auf der Erde ein komplexes und noch nicht vollständig geklärtes Rätsel ist, und die Forschung auf diesem Gebiet fortgesetzt wird, um ein besseres Verständnis zu entwickeln.
User
Was besagen diese beiden anderen Hypothesen?
ChatGPT

Die Eisen-Schwefel-Welt-Hypothese und die Lipidwelt-Hypothese sind zwei alternative Theorien zur RNA-Welt-Hypothese für den Ursprung des Lebens auf der Erde.

Eisen-Schwefel-Welt-Hypothese:
Die Eisen-Schwefel-Welt-Hypothese schlägt vor, dass das Leben seinen Ursprung in hydrothermalen Umgebungen hatte, die reich an Eisen- und Schwefelverbindungen waren. In solchen Umgebungen, die oft in Tiefsee-Gezeitenbecken oder unterseeischen Vulkanen gefunden werden, könnten komplexe chemische Reaktionen zwischen Wasser, Mineralien und gasförmigen Verbindungen wie Wasserstoff, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff stattgefunden haben. Diese Reaktionen könnten zu organischen Molekülen geführt haben, die als Vorläufer des Lebens gedient haben könnten. Anstatt RNA als Hauptakteur zu haben, konzentriert sich diese Hypothese auf die Rolle von Eisen-Schwefel-Verbindungen als Katalysatoren für biochemische Reaktionen, die möglicherweise zur Entstehung von Lebensformen geführt haben.

Lipidwelt-Hypothese:
Die Lipidwelt-Hypothese postuliert, dass die Ursprünge des Lebens auf lipidbasierten Strukturen beruhten. Lipide sind Moleküle, die in der Lage sind, Doppelschichten zu bilden, wie sie in Zellmembranen vorkommen. Diese Hypothese argumentiert, dass Vorläufer des Lebens aus kleinen organischen Molekülen bestanden haben könnten, die sich spontan zu lipidbasierten Strukturen selbstorganisiert haben. Diese Strukturen könnten dann als Vorläufer von Zellen gedient haben, indem sie eine Umgebung schufen, in der chemische Reaktionen stattfinden konnten, und genetische Materialien wie RNA oder DNA einschlossen.

Diese beiden Hypothesen bieten alternative Perspektiven auf den Ursprung des Lebens auf der Erde und betonen unterschiedliche chemische und physikalische Bedingungen, die für die Entstehung von Lebensformen wichtig sein könnten. Die Forschung auf diesem Gebiet ist weiterhin im Gange, um zu verstehen, welche Mechanismen tatsächlich zum Ursprung des Lebens geführt haben könnten.

Welche Lösungen werden für das Hydrolyseproblem bezüglich der Entstehung des Lebens bei hydrothermalen Schloten vorgeschlagen?
ChatGPT

Das Hydrolyseproblem bezieht sich auf eine potenzielle Herausforderung für die Hypothese des Ursprungs des Lebens in hydrothermalen Schloten. Hydrothermale Schloten sind Unterwasservulkane, die heiße, mineralreiche Flüssigkeiten in den Ozean abgeben und als potenzielle Standorte für die Entstehung des Lebens betrachtet werden, da sie eine Vielzahl von chemischen Verbindungen und Energiequellen bereitstellen können.

Eine Herausforderung besteht jedoch darin, dass hydrothermale Fluide oft extrem hohe Temperaturen haben und daher dazu neigen, die Bindungen in organischen Molekülen zu brechen, was zu einer Hydrolyse führen kann. Hydrolyse ist die chemische Reaktion, bei der eine Verbindung durch Zugabe von Wasser in zwei oder mehrere kleinere Moleküle zerlegt wird.

Es wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um dieses Hydrolyseproblem zu adressieren:

Mikrokosmische Kompartimente: Ein Ansatz besteht darin, dass die organischen Moleküle in kleinen, isolierten Mikrokosmen oder Kompartimenten eingekapselt sind, die sie vor den hydrothermalen Bedingungen schützen können. Diese Kompartimente könnten sich aus lipiddoppelschichtartigen Strukturen oder mineralischen Einschlüssen bilden und so eine geschützte Umgebung für die chemischen Reaktionen bieten.

Temperaturgradienten: Eine andere Strategie besteht darin, dass es in hydrothermalen Schloten Temperaturgradienten gibt, die dazu führen, dass die Temperaturen in den mikroskopischen Rissen und Poren der Gesteine niedriger sind als in den umgebenden Fluiden. In diesen Bereichen könnten organische Moleküle vor der Hydrolyse geschützt sein und die Möglichkeit haben, stabile Verbindungen zu bilden.

Schnelle Kühlung: Es wurde vorgeschlagen, dass schnelle Kühlung, beispielsweise durch plötzliches Eindringen von kaltem Meerwasser in die hydrothermalen Systeme, die Zersetzungsrate von organischen Molekülen verringern könnte, indem sie die Temperatur schnell senkt und so die Hydrolyse verlangsamt.

Diese Ansätze sollen die potenzielle Herausforderung der Hydrolyse in hydrothermalen Schloten angehen und die Bildung komplexer organischer Moleküle sowie möglicherweise erster Lebensformen in diesen Umgebungen ermöglichen. Die Forschung auf diesem Gebiet ist jedoch noch im Gange, und weitere Experimente und Studien sind erforderlich, um die Wirksamkeit dieser Lösungen zu überprüfen und das Verständnis für den Ursprung des Lebens zu vertiefen.

Welche Besonderheiten gibt es hierbei bei den sogenannten "weißen Schloten"?
ChatGPT

Die sogenannten "weißen Schloten" sind eine spezielle Art von hydrothermalen Schloten, die sich von den typischen "schwarzen Rauchern" unterscheiden, die oft mit hydrothermalen Systemen in Verbindung gebracht werden. Während schwarze Raucher durch die Ablagerung von sulfidischen Mineralien wie Pyrit und Schwefel gekennzeichnet sind und oft dunkle, rauchige Emissionen erzeugen, zeichnen sich weiße Schloten durch die Ablagerung von carbonatischen Mineralien wie Calcit und Aragonit aus und erzeugen weiße oder milchige Emissionen.

Einige Besonderheiten von weißen Schloten, die relevant für das Hydrolyseproblem und den Ursprung des Lebens sein könnten, sind:

Niedrigere Temperaturen: Im Vergleich zu schwarzen Rauchern haben weiße Schloten oft niedrigere Temperaturen. Dies liegt daran, dass sie weniger von heißem, sulfidreichem Fluid gespeist werden und stattdessen von kühlerem, mineralreichem Wasser gespeist werden. Die niedrigeren Temperaturen können dazu beitragen, dass organische Moleküle weniger schnell hydrolysiert werden und somit die Bildung komplexer organischer Verbindungen begünstigt wird.

Unterschiedliche chemische Zusammensetzung: Weiße Schloten enthalten oft eine andere chemische Zusammensetzung als schwarze Raucher. Sie können reich an Carbonaten und anderen mineralischen Verbindungen sein, die für die Bildung und Stabilisierung organischer Moleküle von Bedeutung sein könnten.

Potenzielle höhere pH-Werte: Aufgrund der Anwesenheit von carbonatischen Mineralien könnten weiße Schloten tendenziell höhere pH-Werte aufweisen als schwarze Raucher. Dies könnte Auswirkungen auf die Chemie und Stabilität von organischen Molekülen haben.

Diese Besonderheiten könnten weiße Schloten zu potenziell günstigeren Umgebungen für die Entstehung von Leben machen, da sie mildere Bedingungen bieten könnten, die die Bildung und Stabilisierung organischer Moleküle begünstigen. Forschung an weißen Schloten und anderen hydrothermalen Systemen trägt dazu bei, unser Verständnis für die Prozesse zu vertiefen, die zum Ursprung des Lebens auf der Erde geführt haben könnten.

Welchen Einfluss könnten Gasblasen in den weißen Schloten haben?
ChatGPT

Gasblasen spielen eine wichtige Rolle in hydrothermalen Systemen, einschließlich weißer Schloten. Der Einfluss von Gasblasen kann vielfältig sein und verschiedene Auswirkungen auf die chemischen, thermischen und physikalischen Bedingungen in diesen Umgebungen haben:

Mischung und Durchmischung: Gasblasen können dazu beitragen, dass sich die Fluide in hydrothermalen Schloten vermischen. Durch das Aufsteigen der Gasblasen werden Flüssigkeiten durchmischt, was den Transport von chemischen Verbindungen und Wärmeenergie erleichtern kann. Dies kann zur Bildung von Konvektionsströmen führen, die den Transport von Nährstoffen und chemischen Reaktionsprodukten in der Umgebung fördern.

Reduktion von Druck und Temperatur: Wenn Gasblasen in die Flüssigkeit aufsteigen, können sie den Druck in den hydrothermalen Schloten verringern. Dies kann zu einer Reduktion der Siedepunkte und somit zu niedrigeren Temperaturen führen. Niedrigere Temperaturen können die Stabilität von organischen Molekülen erhöhen und die Bildung komplexer organischer Verbindungen begünstigen.

Bildung von Mikrokompartimenten: Gasblasen können Mikrokompartimente in hydrothermalen Systemen bilden, indem sie kleine Hohlräume oder Blasen in mineralischen Ablagerungen schaffen. Diese Mikrokompartimente könnten als geschützte Umgebungen dienen, in denen organische Moleküle vor den extremen Bedingungen in den Schloten geschützt sind und die Entstehung von Lebensformen begünstigen könnten.

Chemische Reaktionen: Gasblasen können verschiedene chemische Reaktionen in hydrothermalen Schloten auslösen oder unterstützen, indem sie den Kontakt zwischen verschiedenen chemischen Spezies erleichtern. Zum Beispiel könnten Gasblasen die Freisetzung von gelöstem Gas wie Wasserstoff oder Methan fördern, was als Energiequelle für chemosynthetische Organismen dienen könnte.

Insgesamt können Gasblasen in weißen Schloten komplexe Auswirkungen auf die chemischen und physikalischen Bedingungen haben und potenziell die Bildung und Stabilität organischer Moleküle sowie die Entstehung von Leben in diesen Umgebungen beeinflussen. Weitere Forschung ist erforderlich, um das Verständnis für die Rolle von Gasblasen in hydrothermalen Systemen zu vertiefen und ihre Auswirkungen auf den Ursprung des Lebens zu klären.

Schon interessant und als Ausgangspunkt auch schon hilfreich...

[seeker]

Eine noch...

Sind derzeit die Tümpelszenarien oder eher die hydrothermale-Quelle-Szenarien wahrscheinlicher für den Ursprung des Lebens auf der Erde?
ChatGPT

Die Frage nach dem wahrscheinlicheren Szenario für den Ursprung des Lebens auf der Erde, ob durch Tümpel oder hydrothermale Quellen, ist Gegenstand anhaltender wissenschaftlicher Diskussion und Untersuchung. Beide Szenarien haben ihre Vor- und Nachteile, und es gibt keine eindeutige Antwort auf diese Frage. Hier sind einige Überlegungen zu beiden Ansätzen:

Tümpelszenarien:
In Tümpeln und flachen Gewässern könnten die Bedingungen für die Entstehung des Lebens günstig gewesen sein, da sie eine Vielzahl von chemischen Reaktionen und Austauschprozessen ermöglichen.
Tümpel könnten eine Vielzahl von organischen Molekülen und Vorläufermolekülen für das Leben enthalten, die durch präbiotische Synthesen oder durch meteoritische Lieferung in die Umgebung gelangten.
Austrocknungs- und Wiederbefeuchtungszyklen könnten die Konzentration von Vorläufermolekülen erhöhen und die Bildung komplexer Moleküle begünstigen.
Tümpel bieten eine Vielzahl von Mikroumgebungen und Nischen, die eine Vielfalt von chemischen Reaktionen und Evolutionsschritten ermöglichen könnten.

Hydrothermale Quellenszenarien:
Hydrothermale Quellen bieten extreme Bedingungen, die für einige biologische Prozesse günstig sein könnten, wie z.B. die Bildung von komplexen organischen Molekülen oder die Synthese von Biomolekülen unter hohen Temperaturen und Drücken.
Diese Umgebungen könnten eine Vielzahl von reaktiven Mineraloberflächen und Katalysatoren enthalten, die chemische Reaktionen erleichtern könnten.
Thermische Zyklen in hydrothermalen Systemen könnten die Bildung und Stabilisierung von organischen Molekülen begünstigen, ähnlich wie sie bei der Bildung von Peptiden diskutiert wurden.
Die Anwesenheit von Gasblasen in hydrothermalen Schloten könnte verschiedene chemische und physikalische Prozesse fördern, die zur Entstehung des Lebens beitragen könnten.

Es ist wichtig anzumerken, dass diese Szenarien nicht notwendigerweise gegensätzlich sind und dass es auch Mischformen geben könnte, in denen sowohl Tümpel als auch hydrothermale Quellen eine Rolle bei der Entstehung des Lebens gespielt haben könnten. Die Forschung auf diesem Gebiet ist komplex und multidisziplinär, und weitere Experimente und Studien sind erforderlich, um das Verständnis für den Ursprung des Lebens auf der Erde zu vertiefen.

[Diagnostiker]

Na ja, wenn Du schon mal am Fragen bist ...

Wie erfolgen Peptidbindungen in Weißen Rauchern?

Wie erfolgen Polykondensationen in Weißen Rauchern?

Welche Phosphatquellen stehen in Weißen Rauchern zur Verfügung?

[Diagnostiker]

Hydrothermal vents are often disqualified as efficient reactors for the synthesis of bioorganic molecules, because of their high temperatures, but this applies only to the very hot (>300°C) black smokers, and not vast amount of oceanic crust that provides a three-dimensional substrate through which fluids are flowing, including the cooler (120°C) white smokers and diffuse venting.

However, the products that are synthesized in hot vents are rapidly quenched in the surrounding cooler water, which may preserve those organics formed.

Recently, hydrothermal-sedimentary environments have been suggested as prebiotic reactors for the origin of life (Westall et al., 2018).

Quelle: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7615569/

Das ist ebenfalls ein interessanter Hinweis.

Und das ist noch der Link zu Westall et al. :

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5867533/

Darin ist in der Zusammenfassung diese Stelle enthalten, die für dieses Thema relevant ist:

The sediments, together with silica gel, would create a network of pore spaces, each with a local microenvironment conducive to producing a range of prebiotic organic molecules. Within the pores, interaction of water with the functional groups (silanol) of the silica gel and mineral grains would have limited the ability of water molecules to hydrolyze the organic molecules attached to the minerals, thus facilitating the formation of building blocks of peptides and nucleotides, for example.

Und noch ein interessanter Hinweis in diesem Artikel:

3.1.1. Silica gels 

A significant observation of this study relates to the importance of silica gels filling in pore spaces between the volcanic particles, as well as precipitating as chemical sediments.

Silica gels are porous, granular deposits containing fluids inside nanosized pores. These silica gels fill and thereby preserve the pores in the sedimentary deposits on timescales related to both silica saturation in the pore fluids and pH.

Further, as shown above, pH values in the sediment pore spaces of volcanic particles that are intermixed with slightly acidic seawater will initially rapidly increase (Fig. 4A).

The increase in pH corresponds to alteration and devitrification of the volcanic particles, thus adding to silica saturation of the pore fluids. The decrease in pH would have influenced precipitation of the silica as silica gel.

Such a mineral phase in direct contact with the reactive mineral surfaces of volcanic particles would have reduced water activity in the pore spaces, thus protecting organic molecules from hydrolysis, while at the same time limiting the range of potential chemical reactions of the organic molecules.

Indeed, gels could be considered as an example of inorganic cells, protecting organic molecules, while allowing energy dissipation and molecular mobility.

Ich denke, wir kommen einer plausiblen Lösung des Hydrolyse-Problems näher ...

[seeker]

Na ja, wenn Du schon mal am Fragen bist ...

Wie erfolgen Peptidbindungen in Weißen Rauchern?

Wie erfolgen Polykondensationen in Weißen Rauchern?

Welche Phosphatquellen stehen in Weißen Rauchern zur Verfügung?

Gerne!

Also:

Wie erfolgen Peptidbindungen in Weißen Rauchern?
ChatGPT

Die Bildung von Peptidbindungen in hydrothermalen Systemen wie weißen Schloten ist ein interessantes und aktives Forschungsgebiet, das Einblicke in die präbiotische Chemie und den Ursprung des Lebens bietet. Peptidbindungen sind chemische Bindungen zwischen Aminosäuren, die die Bausteine von Proteinen bilden. In hydrothermalen Systemen könnten Peptidbindungen auf verschiedene Weisen entstehen:

Kondensation von Aminosäuren: Aminosäuren können in hydrothermalen Systemen durch präbiotische Synthesen oder durch meteoritische Lieferung vorhanden sein. Unter den richtigen Bedingungen könnten diese Aminosäuren durch Kondensationsreaktionen miteinander reagieren, um Peptidbindungen zu bilden. Diese Reaktionen können von Mineraloberflächen oder Metallionen katalysiert werden, die in hydrothermalen Schloten häufig sind.

Thermische Zyklen: In hydrothermalen Schloten treten oft starke Temperaturschwankungen aufgrund der dynamischen Strömungen von heißen und kalten Fluiden auf. Diese thermischen Zyklen könnten eine wichtige Rolle bei der Bildung von Peptidbindungen spielen, indem sie die Reaktionen zwischen Aminosäuren fördern oder stabilisieren.

Oberflächenkatalyse: Mineraloberflächen in hydrothermalen Schloten könnten als Katalysatoren für die Bildung von Peptidbindungen dienen, indem sie die Reaktionen zwischen Aminosäuren erleichtern oder spezifische Reaktionswege fördern. Bestimmte Minerale, wie beispielsweise Eisen-Schwefel-Verbindungen oder Tonminerale, haben die Fähigkeit, chemische Reaktionen zu katalysieren und könnten daher eine wichtige Rolle bei der Peptidbildung spielen.

In-situ-Synthese: Es ist auch möglich, dass Peptidbindungen direkt in situ, innerhalb der mikroskopischen Poren oder Hohlräume von mineralischen Ablagerungen in hydrothermalen Schloten, gebildet werden. Diese geschützten Umgebungen könnten eine günstige Umgebung für die Bildung und Stabilisierung von Peptidbindungen bieten, indem sie sie vor hydrolytischem Abbau schützen.

Insgesamt stellen diese Mechanismen nur einige der möglichen Wege dar, wie Peptidbindungen in hydrothermalen Schloten gebildet werden könnten. Die genaue Bedeutung dieser Faktoren und ihre relative Bedeutung bei der Peptidbildung sind jedoch Gegenstand aktiver Forschung und Diskussion. Es ist wichtig anzumerken, dass die Entstehung von Peptidbindungen und anderen organischen Molekülen in hydrothermalen Schloten wahrscheinlich von einer Vielzahl von Faktoren abhängt und dass weitere Experimente und Studien erforderlich sind, um die Mechanismen und Bedingungen besser zu verstehen.

Wie erfolgen Polykondensationen in Weißen Rauchern?
ChatGPT

Polykondensationen in hydrothermalen Systemen wie weißen Schloten können auf ähnliche Weise wie Peptidbindungen ablaufen, da beide Prozesse auf Kondensationsreaktionen zwischen organischen Molekülen beruhen. Polykondensationen sind chemische Reaktionen, bei denen längere Ketten von Molekülen durch die Abspaltung kleiner Moleküle wie Wasser gebildet werden. Hier sind einige mögliche Mechanismen, wie Polykondensationen in hydrothermalen Schloten ablaufen könnten:

Kondensation von Vorläufermolekülen: Organische Vorläufermoleküle, die in hydrothermalen Schloten vorhanden sind oder durch präbiotische Synthesen gebildet werden, könnten durch Kondensationsreaktionen miteinander reagieren, um längere Ketten von Molekülen zu bilden. Diese Reaktionen könnten von mineralischen Oberflächen oder Metallionen katalysiert werden, die in hydrothermalen Schloten vorhanden sind.

Thermische Zyklen: Wie bereits erwähnt, treten in hydrothermalen Schloten oft starke Temperaturschwankungen aufgrund der dynamischen Strömungen von heißen und kalten Fluiden auf. Diese thermischen Zyklen könnten die Bildung und Stabilisierung von längeren organischen Molekülen durch Polykondensationen begünstigen.

Oberflächenkatalyse: Mineraloberflächen in hydrothermalen Schloten könnten als Katalysatoren für die Polykondensation von organischen Molekülen dienen, indem sie die Reaktionen erleichtern oder spezifische Reaktionswege fördern. Bestimmte Minerale, wie beispielsweise Tonminerale oder Eisen-Schwefel-Verbindungen, haben die Fähigkeit, chemische Reaktionen zu katalysieren und könnten daher eine wichtige Rolle bei der Bildung von organischen Polymeren spielen.

In-situ-Synthese: Ähnlich wie bei Peptidbindungen könnte die Bildung von organischen Polymeren in situ, innerhalb der mikroskopischen Poren oder Hohlräume von mineralischen Ablagerungen in hydrothermalen Schloten, stattfinden. Diese geschützten Umgebungen könnten eine günstige Umgebung für die Bildung und Stabilisierung von organischen Polymeren bieten, indem sie sie vor hydrolytischem Abbau schützen.

Diese Mechanismen stellen nur einige der möglichen Wege dar, wie Polykondensationen in hydrothermalen Schloten ablaufen könnten. Die genaue Bedeutung dieser Faktoren und ihre relative Bedeutung bei der Bildung von organischen Polymeren sind Gegenstand aktiver Forschung und Diskussion. Es ist wichtig anzumerken, dass die Entstehung von organischen Polymeren in hydrothermalen Schloten wahrscheinlich von einer Vielzahl von Faktoren abhängt und dass weitere Experimente und Studien erforderlich sind, um die Mechanismen und Bedingungen besser zu verstehen.


Welche Phosphatquellen stehen in Weißen Rauchern zur Verfügung?
ChatGPT

In hydrothermalen Systemen wie weißen Schloten können verschiedene Quellen von Phosphat vorhanden sein, die für biologische Prozesse von Bedeutung sind. Phosphat ist ein essentieller Nährstoff für das Leben, da es ein wichtiger Bestandteil von Nukleinsäuren, wie DNA und RNA, sowie von energiereichen Molekülen wie Adenosintriphosphat (ATP) ist. Hier sind einige mögliche Phosphatquellen in hydrothermalen Schloten:

Hydrothermale Lösungen: Hydrothermale Fluide können gelöste Phosphate enthalten, die aus dem Gestein und den mineralischen Ablagerungen in hydrothermalen Schloten freigesetzt werden. Diese Phosphate können aus verschiedenen Quellen stammen, einschließlich der Verwitterung von Phosphatmineralien im Gestein oder der hydrothermalen Alteration von Gesteinen.

Mineralische Ablagerungen: In hydrothermalen Schloten können sich mineralische Ablagerungen bilden, die Phosphate enthalten. Diese Phosphate können aus der Mineralogie des hydrothermalen Systems stammen und könnten durch die Ablagerung und Ausfällung von Phosphatmineralien wie Apatit oder Vivianit gebildet werden.

Meteoriteneinschläge: Meteoriteneinschläge könnten eine externe Quelle von Phosphat in hydrothermalen Schloten sein. Meteoriten enthalten oft Phosphatmineralien, und Einschläge könnten Phosphatmaterialien in hydrothermale Systeme liefern, wo sie in Lösung gehen und von mikrobiellen Gemeinschaften genutzt werden könnten.

Organische Materie: Organische Materie, die in hydrothermalen Schloten vorhanden ist oder von externen Quellen wie Meteoriten geliefert wird, kann auch Phosphat enthalten. Biomoleküle wie Nukleinsäuren und Phospholipide enthalten Phosphatgruppen, die während des biologischen Abbaus freigesetzt werden können.

Es ist wichtig anzumerken, dass die Verfügbarkeit von Phosphat in hydrothermalen Schloten von verschiedenen Faktoren abhängt, einschließlich der geologischen und geochemischen Eigenschaften des hydrothermalen Systems sowie der Aktivität von mikrobiellen Gemeinschaften, die Phosphat für ihr Wachstum und ihre Stoffwechselprozesse benötigen. Die genauen Mechanismen und Quellen von Phosphat in hydrothermalen Schloten sind Gegenstand aktiver Forschung und werden weiterhin untersucht.

Welche Phosphatquellen standen vor 4 Milliarden Jahren in Weißen Rauchern zur Verfügung?
ChatGPT

Vor etwa 4 Milliarden Jahren, als das Leben auf der Erde entstanden sein könnte, waren die Bedingungen auf der Erde sehr unterschiedlich als heute. Zu dieser Zeit war die Erdkruste möglicherweise dünn und die hydrothermalen Systeme könnten im Vergleich zu den heutigen hydrothermalen Schloten noch primitiver gewesen sein. Dennoch gibt es einige potenzielle Quellen von Phosphat, die bereits zu dieser Zeit in hydrothermalen Systemen vorhanden gewesen sein könnten:

Vulkanische Aktivität: Vor etwa 4 Milliarden Jahren war die vulkanische Aktivität auf der Erde möglicherweise viel intensiver als heute. Vulkanische Gesteine enthalten oft Phosphatmineralien wie Apatit. Bei vulkanischen Aktivitäten könnten diese Mineralien in hydrothermale Systeme gelangen und als Quelle von Phosphat dienen.

Meteoriteneinschläge: In der frühen Erdgeschichte war die Häufigkeit von Meteoriteneinschlägen wahrscheinlich höher als heute. Meteoriten enthalten Phosphatmineralien, die in hydrothermale Systeme gelangen könnten und als externe Quelle von Phosphat dienen könnten.

Hydrothermale Fluide: Hydrothermale Systeme waren auch zu dieser Zeit aktiv und könnten gelöstes Phosphat aus dem Gestein freigesetzt haben. Die hydrothermalen Fluide könnten Phosphat aus dem umgebenden Gestein lösen und als Quelle von Phosphat für mikrobielle Gemeinschaften dienen.

Es ist wichtig anzumerken, dass unser Verständnis der geologischen Bedingungen vor etwa 4 Milliarden Jahren begrenzt ist und dass viele Aspekte der Erdgeschichte zu dieser Zeit noch Gegenstand aktiver Forschung sind. Dennoch sind dies einige potenzielle Quellen von Phosphat, die in hydrothermalen Systemen wie weißen Schloten zur Verfügung gestanden haben könnten, als das Leben auf der Erde entstanden ist.

[seeker]

Quelle: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7615569/

Schöner Übersichtsartikel!
Man merkt dort auch, wie schwierig und komplex die Fragestellung ist...

In den anderen Artikel schaue ich später einmal rein.

[Diagnostiker]

Hallo seeker,

erst mal Danke für's Fragen.

An den Antworten sieht man sehr schön, dass wir es hier mit einer Maschine zu tun haben und nicht mit einem Menschen.

Aber abgesehen von den formelhaften sprachlichen Wendungen zeigt sich tatsächlich die hypothetische Natur des sachlichen Inhalts dieser Aussagen. Auch in den Fachartikeln wird deutlich, dass den Überlegungen bezüglich der Möglichkeit von Polykondensationsreaktionen modellierte Szenarien zugrunde liegen, aber nur sehr wenige experimentelle Befunde. Meine Recherchen haben bislang ergeben, dass unter hohem Druck und hoher Temperatur an Mineralflächen zwar Dipeptide hervorgehen können (was schon mal etwas ist!), aber die Verlängerung zu Oligopeptiden offenbar größere Schwierigkeiten bereitet. Die Nachweise von Oligopeptiden bis hin zu Hexapeptiden erfolgte über Trocknungsprozesse vorher gewonnener Lösungen, so dass nicht ausgeschlossen werden kann, dass im Verlauf der Trocknung hier eventuell erst die Oligopeptide entstanden sind, die man später in der Trockensubstanz nachgewiesen hat. Das Ganze ist also noch sehr vage in seiner Aussagekraft.

Auch die abiogene Synthese von Aminosäuren in den Schloten konnte noch nicht demonstriert werden, obwohl Modellrechnungen existieren, die diese Synthesen nahelegen. Hier haben wir ebenfalls noch eine experimentell abgesicherte Lücke im Szenario der Bereitstellung der Voraussetzungen für eine spätere Lebensentstehung.

Ich suche dann in den nächsten Tagen mal weiter, ob ichnoch etwas finde, was aussagekräftiger ist.

[seeker]

An den Antworten sieht man sehr schön, dass wir es hier mit einer Maschine zu tun haben und nicht mit einem Menschen.

Das stimmt!
Wobei die Macher das inzwischen auch so eingestellt haben, wie mir scheint.
(Denn Anfangs waren die Antworten der KI noch anders als heute.)
Jedenfalls ist das für mich doch ein nützliches Werkzeug, als Hilfe für dann weitere Prüfung.

Ich suche dann in den nächsten Tagen mal weiter, ob ich noch etwas finde, was aussagekräftiger ist.

Danke! Ich bin gespannt.

[Diagnostiker]

https://www.scielo.org.mx/scielo.php?sc ... 6000300599

In diesem Artikel ist in Tabelle 3 aufgelistet, welche Resultate über Experimente bezüglich der Entstehung von Peptiden u.a. erhalten worden sind. Ich suche dann mal demnächst die Artikel und verschaffe mir einen Überblick, was davon auf Weiße Schlote übertragbar ist.