Origin of life

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Origin of life

• Mathias Jäger, Theresa Gotthart

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Der Anfang

• Entstehung der Erde / Sonnensystem
• 4.6 Gyr
• Erstes Leben 3.5 Gyr (Bakterien)
• Woher kam das Leben?
• Wie entstand es?

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Definition von Leben

• Kapazität zur Selbstreplikation
• Die Fähigkeit der Darwinschen Evolution zu
  folgen
• Darwinsche Evolution
• Selektion
• Rekombination
• Mutation

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Mutation

• 2 Arten von Mutation Unterschieden nach
  Erblichkeit und Ursache
• Erblichkeit
• Keimbahnmutation
• Somatische Mutation
• Ursache
• Spontanmutation
• Induzierte Mutation
• Replikationsfehler
• Unzureichende Proof-Reading-Aktivität
• Crossing Over

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Crossing Over
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Bausteine des Lebens

• Wasser (60-70)
• Sauerstoff
• Kohlenstoff
• Stickstoff
• Phosphor
• Schwefel

Atome des Elements (pro 100.000) im
Menschen H 60563 O 25670 C 10680 N 2440 Ca 230 P 1
30 S 130 Na 75 K 37 Cl 33
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Warum Kohlenstoff?

• Alles Leben basiert auf C
• Große Anzahl möglicher langer Molekülverbindungen
• z.B. Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor
• C kann Verbindungen bauen, die in Wasser löslich
  sind (für Interaktion notwendig)
• Alternative Silizium?

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Warum Wasser?

• Brauchen Medium in dem Moleküle interagieren
  können
• Wasser bestens geeignet (weder zu heiß, noch zu
  kalt), im flüssigen Zustand
• Alternative Ammoniak

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Wasser

• 70 der Erdoberfläche sind Wasser
• Wasser ist polarisiert (Verbindung mit O)
• 2 Arten von Molekülen (wasserlöslich, nicht
  wasserlöslich)
• Beide wichtig für Leben
• Möglichkeit für Makromoleküle (Fette und Öle,
  Kohlenhydrate, Proteine, Nukleinsäuren)

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DNA

• Proteine
• Katalysatoren(Enzyme)
• Nukleinsäuren
• DNA, RNA
• T Thymin
• A... Adenin
• G Guanin
• C Cytosin
• U Uracil

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Die Welt der RNA

• Zuerst RNA oder DNA?
• Allgemein zuerst RNA
• Nukleide der RNA schneller entwickelt
• RNA stabiler als DNA
• RNA vor Proteinen entwickelt

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Suche nach den Ursprüngen

• Molekulare Strukturen in Gesteinsproben
• Zellreste
• Abdrücke in Sedimenten
• Organisches Material
• Mineralien (entstanden bei Bio-Prozessen)
• Isotope, die auf Bio-Aktivität hinweisen
• Atmosphärische Komponenten

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Zwei Vorgehensweisen

• Bottom-up Szenario
• Von Entstehung der Erde auf Beginn des Lebens
• Leblose Elemente, Moleküle, Mineralien
• Top-down Szenario
• Von heute auf Beginn des Lebens extrapolieren
• Betrachten nur Bottom-up

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Millers Experiment

• Uratmosphäre
• Urozean
• Methan, Wasserstoff, Ammoniak
• Energie
• gt Aminosäuren werden produziert

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Murchison Meteorit

• 28. September 1969 nahe Melbourne
• Kohlenstoffreich
• Stück eines Asteroiden aus Gürtel
• Enthielt organische Moleküle (Aminosäuren)
• Bildung im Universum und nicht auf der Erde

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• Aminosäure Miller-Experiment Murchison Erde
• Glycine Ja
• Alanine Ja
• ?-amino-N-butyric acid Nein
• A-Aminoisobutyric Nein
• Valine Ja
• Norvaline Nein
• Isovaline Nein
• Proline Ja
• Pipecolic acid Nein
• Aspartic acid Ja
• Glutamic acid Ja
• ?-Alanince Nein
• B-Amino-N-butyric acid Nein
• B-Aminosobutyric acid Nein
• Y-Aminobutyric acid Nein
• Sarcosnic Nein
• N-Ethylglycine Nein
• N-Methylalanine Nein

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Leben von außerhalb?

• Meteoriten und Kometeneinschläge bringen
  organisches Material auf die Erde

Quellen Masse (kg) Akkretion /106kg
yr-1 Carbon Meteoritenmaterial Meteore (von
Kometen) 10-17 10-1 16.0 10 Meteoriten 10-2
105 0.058 1.3 Kraterbildene Körper 105
1015 62.0 4.2 Organisches Material Meteore
(von Kometen) 10-15 10-9 3.2 10 Meteoriten
(ohne C) 10-2 105 2.9x10-3 0.1 Meteoriten
(mit C) 10-2 105 1.9x10-4 2.5
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Chirality

• 2 Arten von Molekülen
• Chiral (Rechte-Hand-Linke-Hand-Prinzip)
• Achiral (Spiegelfest)

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Chirality und das Leben

• Aminosäuren gemischt, rechte Hand, linke Hand
• Proteine nur aus linke Hand Aminosäuren
• Bemerkenswert 19 der 20 Säuren können sowohl
  links als auch rechts händig sein
• Linke Hand Aminosäuren wurden auch im
  Murchison-Meteoriten gefunden

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Akkumulation von organischem Material

• Abgeschlossene Lagunen und Tümpel, Wasser
  verdampft, Konzentration steigt
• Wasser friert, angereichertes gefriert später
• Ton und Mineralien sammeln organisches Material,
  Ton sammelt es innerhalb seiner Struktur
• Weiterentwicklung Genauen Prozesse noch unbekannt

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Zusammenfassung

• Leben basiert auf C
• Wasser ist Grundlage, aufgrund molekularer
  Entwicklung
• Offene Fragen
• Leben von außerhalb, oder Erde?
• Leben auf anderen Elementen basierend?
• Entwicklung des Lebens an sich?