“Once Upon a Time….” (Questions on the Origin of Life)
This is a modal window.
Das Video konnte nicht geladen werden, da entweder ein Server- oder Netzwerkfehler auftrat oder das Format nicht unterstützt wird.
Formale Metadaten
| Titel |
| |
| Serientitel | ||
| Anzahl der Teile | 340 | |
| Autor | ||
| Lizenz | CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung - keine Bearbeitung 4.0 International: Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt in unveränderter Form zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen. | |
| Identifikatoren | 10.5446/43014 (DOI) | |
| Herausgeber | ||
| Erscheinungsjahr | ||
| Sprache |
Inhaltliche Metadaten
| Fachgebiet | |
| Genre |
Lindau Nobel Laureate Meetings98 / 340
3
5
15
16
18
22
23
27
32
33
34
35
47
54
58
67
69
70
72
73
78
79
83
84
85
86
87
90
92
95
100
102
103
104
105
106
114
115
116
118
119
120
122
126
128
129
130
131
133
137
142
143
145
147
148
149
153
155
156
159
162
163
165
168
169
174
176
178
181
182
189
194
198
201
202
203
206
209
213
214
217
218
219
220
225
227
228
237
240
241
244
245
250
254
257
260
261
266
273
278
284
285
287
291
293
297
302
308
310
317
318
319
321
325
327
328
333
00:00
Onsager, LarsNobeliumVancomycinKohlenwasserstoffeFeuerBiopolymereAbbaureaktionMethanEntwicklerAnionChemische VerbindungenScherzoneSeitenketteSauerstoffkonzentrationVeresterungHärtbarkeitSerinLebenserwartungEigen, ManfredPolymerisationPeptideHydrolyseSalzwasserAminosäurenPolymereKationReaktionsgeschwindigkeitBiochemikerNährstoffMeer
08:34
NobeliumMischenPolymerasenTau-ProteinNährstoffStärkeGalactoseFettemulsionPhotosyntheseReinwasserLändlicher RaumMolekülSeeMonomereLandwirtAluminiumsalzeLipideStofftransport <Biologie>BiomolekülZwischenprodukt
17:08
NobeliumStofftransport <Biologie>Chemische ReaktionPhotosyntheseLebenserwartungRibosomSahneKaliumTeerNährstoffBindungsenergieMineralgangInselMolekülTrennverfahrenZelleSetzungKohlenwasserstoffeWasserstoffSäureGesteinsbildungLändlicher RaumPentapeptideDomäne <Biochemie>AlbenLawrenciumPhosphateProteinsyntheseKohlenstoff-14BiochemieMeteoritNatriumAminosäurenAllenKohlenhydratchemieEnzymReaktionsmechanismusMeerFraktionierungPolypeptideKohlenstoff
25:42
Nobelium
Transkript: Deutsch(automatisch erzeugt)
00:15
Ich werde nur ein paar Wörter nennen, die nicht getransliert worden sind.
00:21
Ich werde sie in Deutsch wiederholen. Ich habe mit meinem Freund, Prof. Illman, gesprochen und er hat mir das Geheimnis gegeben, dass meine Zuhörer – ich habe nicht viel zu Beginn mit – zuerst sagen müssen, was Sie sich befürworten,
00:42
dann etwas, was Sie auch sehr gerne glauben, und am Ende, was Sie nicht mehr sehen. Also meine Damen und Herren, zunächst werde ich Ihnen von dem erzählen, was ich selbst nur so zögernd vorflage.
01:05
Daraufhin lasse ich mir doch gern glauben, anentländlich von dem, was Sie alle miteinander längst wissen. So, wir sprechen vom Ursprung des Lebens. In theoretischen Betrachtungen über diese Frage
01:22
wird weitgehend angenommen, dass zunächst Heterotrophenorganismen in einer günstigen Umgebung entstanden, und zwar in einer reduzierenden Atmosphäre.
01:40
Die heutige Sauerstoffgehalt rührt von der Aktivität der Altotrophenorganismen her. In experimentellen Studien von elektrischen Entladungen in Gasgemischen von glaublicher Zusammensetzung
02:03
wurden entweder direkt oder durch Nachfolge der Hydrolyse allerhand Aminosäuren, Pharmaldekid, Purine, Pyramidin und sogar Porphyrin hergestellt. Wohl eine genügende Auswahl an Bausteinen
02:21
für primitive Biopolymere. In einer Klasse von Meteoriten, den Chandriten, hat man auch solche organische Verbindungen gefunden.
02:41
Hergestellt könnten nun diese Verbindungen in einer primitiven Atmosphäre sicher durch Gewitter und auch ganz wahrscheinlich in größerem Umfang durch die Einwirkung des kurzwelligsten Lichtes
03:03
von der Sonne. Darin war wohl doch viel mehr Energie. Was schwer zu sehen ist, ist, wie könnte eine genügende Konzentration dieser Nahrstoffe
03:22
im Ozean entstehen? Eine Menge Wasser, alles zu verdünnen und schließlich gibt es doch allerlei Reaktionen, die solche Verbindungen abbauen. Also kein Physiker, kein Chemiker,
03:43
hier spricht das der Ingenieur. Vor vier Jahren machten Lasaga und Holland und Weyer einen ganz interessanten Vorschlag. Nehmen wir so versuchsweise an,
04:04
dass die ursprüngliche Atmosphäre eine ganze Menge von Kohlenwasserstoffen enthielt. Könnte sogar am Anfang alles Methan sein. Falls dies in einem Partielldruck
04:22
von etwa einer Atmosphäre zugegen war, würde unter Einwirkung des kurzwelligsten Anteils vom Sonnenlicht in geologisch kurzer Zeit
04:41
eine Polymerisation stattfinden, wodurch eine Ölschicht, sagen wir, ein bis zehn Meter dick, über alle Meere sich verbreitern könnte. Diese Schätzungen beruhten auf
05:05
bekannte Reaktionsgeschwindigkeiten und die Folgerungen wurden noch durch Experimente im eigenen Laboratorium weiter gestützt.
05:21
Und die Autoren machten ja auch darauf aufmerksam, dass so eine ursprüngliche Ölschicht für die frühe Entwicklung des Lebens vielleicht von großer Bedeutung war. Na, wollen wir den Gedanken etwas weiterführen
05:41
und schauen wir uns die Zwischenfläche zwischen Öl und Salzwasser an. Dort kamen die in der Atmosphäre gebildeten biochemischen Bausteine zum ersten Mal mit allerhand Kationen zusammen,
06:03
die eine Polymerisation an der Zwischenfläche katalysieren könnten. Denken wir uns nur, dass die Aminosäuren wenigstens zum Teil recht lange nicht-polare Seitenketten hatten,
06:24
also Balin, Leucenen und so weiter, Penylanalin, vielleicht noch längere Sachen. Dann würden die entstehenden amphipathischen Peptide in der strategischen Lage lang verbleiben.
06:44
Eins ist mir auch recht neuerdings eingefallen, die Amionen, manche Amionen absorbieren so etwas recht weit nach längeren Wellen als das Wasser selbst oder die Kohlenwasserstoffe.
07:05
Und diese könnten dann gerade an der Oberfläche in der Zwischenfläche noch mit photochemischem Wege etwas beitragen. Immerhin, für das Weitere ist nur wesentlich,
07:25
dass wir uns eine monomelikale Schicht von amphipathischen Polymeren an dieser Zwischenfläche vorstellen könnten. Zu irgendeiner Zeit müssen wir annehmen,
07:43
dass einige dieser Polymere die Fähigkeit erwarben, die Produktion ihresgleichen zu katalysieren. Vielleicht schon in dieser Zwischenschicht, vielleicht im nächsten Stadium,
08:01
das ich nachher diskutieren werde. Man kann auch die Frage diskutieren, ob die Reproduktion direkt oder über Schablonen stattfand. Manfred Eigen und Rutte Winkler
08:22
kamen durch informationstheoretische Überlegungen zur Ansicht, dass ohne Schablonen die Evolution in lauter Blindgassen enden würde.
08:40
Für Schablonen spricht ja auch einfach die Überlegung, dass sich positive und negative elektrische Ladungen anziehen und Konvexofarmen passen auf Konkave. Aber für das Weiter ist diese Frage eigentlich eine Nebensache.
09:00
Was wir uns nun hier überlegen, ist mit den Ansichten von Eigen und Meier durchaus verträglich, Beruht aber nicht drauf. Nun, diese einfache Schicht, wollten wir sagen Urlipiden, einige biogenisch,
09:22
einige vom Leben erzeugt, andere wohl nicht. Sie machten alle zusammen das Milieu aus. Nun, wie entstanden nun die von Lipiden Doppelschichten begrenzten Zellen?
09:40
Na, falls die Zwischenfläche reichlich genug besetzt war, dann könnten ja durch mäßige Störungen Wellen, besonders Wellen, die am Strand brechen, sehr leicht Emulsionen von Wasser und Öl entstehen.
10:02
Und diese würden sich ja auch dann mit einer Einzelflicht bedecken. Wenn man ein bisschen weiter denkt, dann gibt es eine andere und in vielen Hinsichten interessantere Möglichkeit.
10:20
Regen gab es schon damals. Zwar gab es zwischen Ozean, wie wir annehmen, und der Atmosphäre eine Ölschicht. Aber wenn die Ölschicht über Wasser ist, in Öl etwas löslich, wenn sich ein Gleichgewicht einstellt
10:43
zunächst zwischen Wasser und Öl, dann zwischen Öl und Atmosphäre, ist schließlich der Partialdruck vom Wasserdampf in der Atmosphäre genauso, als ob die Ölschicht gar nicht dabei ist.
11:03
Nur die Übertragung wäre wohl ein bisschen langsamer, aber es ging. Und genauso wie heute. Ersteigende Luftschrömmungen würden sich ja auch abkühlen, und die nächtliche Ausstrahlung der Wärme
11:22
würde auch Nebel erzeugen, sodass wir wahrscheinlich mit Regen und ganz sicher mit Tau rechnen müssen. Nun, diese Wassertröpfchen in der Atmosphäre haben umgelegenheit allerhand polare Nährstoffe,
11:43
die für die Bio-Polymere unten nützlich sein würden, alle diese zusammenzuholen. Und so war die Regen und das Tau nicht reines Wasser. Sie enthielten auch Nährstoffe.
12:03
Und die Bio-Polymere da unten, wenn Regentropfen angelangt, sie könnten dann auch diese Regentropfen besetzen. Und das für diejenigen, die es zur Gewohnheit machten,
12:23
die hatten einen Vorteil. Die kamen zunächst dran. So, das wäre dann der erste Vorteil von vornherein vorhanden, welche eine Evolution durch Mutationen, die es sicher gab,
12:47
und die evolutionäre Anpassung, die sicher möglich ist, sobald sich die Moleküle reproduzieren können. Na, die haben sich zunächst schon aus diesem Grunde angepasst,
13:06
sich an die Regentropfen anzusetzen. Und seine Regentropfen, falls er noch polare Substanzen gelöst hat,
13:22
einige Salze vielleicht welche, die zunächst durch die biochemischen Umwandlungen schließlich polar geworden sind, da gibt es auch Möglichkeiten. Nun, falls einige von den in den Tropfen gelösten Substanzen in Öl schwerlösig waren,
13:44
würden die Tropfen zwar sich zusammenziehen, weil das Öl eben nicht ganz mit Wasser gesättigt war. Aber dieses würde sich nur so weit zusammen, bis die Regentropfen, zumindest die Tropfen, mit dem Seewasser isotonisch waren.
14:06
Und so bleiben. Auch werden solche Tropfen gar nicht so leicht, die schlüpfen gar nicht so leicht durch so eine Zwischenfläche. Sie können noch lange Zeit drauf sitzen.
14:24
So hatten wir eigentlich schon in diesem Stadium einige von den Vorteilen einer gut abgeschlossenen Zelle. So Tropfen wäre dann auch schon unten, wo seine Polymerhülle,
14:43
die mehrweite untere Polymerhülle berührte, dort war schon eine Doppelschicht vorhanden. Im Übrigen herum war die Tropfen durch eine Einzelschicht vom Öl abgegrenzt.
15:02
So, ganz einfach. Und eigentlich schon in der Lage bekam es nun ein Vorteil, stark polare Substanzen, so wie sie etwa die Monomere der Kernsäuren sind,
15:21
stark polare Substanzen als biologische Zwischenprodukte zu verwenden. Für Biomoleküle an der nackten Oberfläche, an der nackten Unterfläche vom Öl, für solche wäre ja eine unerträgliche Verschwendung. Aber für diejenigen, die kleine Regentropfen im Öl bewohnen,
15:45
stellt sich die Sache ganz anders. Auch in so einer Lage könnte vielleicht auch ein aktiver Transport entstehen. Es gibt bedeutend mehr Möglichkeiten für allerhande Anpassungen,
16:03
vielleicht auch irgendwie die rechte Eigenordnung, so Halbheterotrophen, Photosynthese und so weiter. So könnte eine Entwicklung in diesem Stadium noch recht weit verschreiten.
16:24
Und die Größe dieser Tropfenzellen könnte sich ja auch etwas anpassen. Und nun, wenn schließlich so ein Tropfen aus irgendwelchen Brinden durch die Oberfläche gedrückt wird,
16:43
dann wird er von der Schicht unten, von der schon vorhandenen Schicht an der Unterfläche, er wird sich um den Tropfen hüllen.
17:00
Ich weiß nicht, ob Sie die Experimente von Langmuir und Blodet kennen, aber da kommt er dir her. So gibt sich beim Durchdrücken der Tropfen durch die äußere Hälfte der Doppelschicht. Da haben wir eine Zelle unten an der Zwischenfläche hängen.
17:22
Oder der Tropfen sinkt ins Meer. Da geht er verloren, wenn er nicht noch jedenfalls eine geringe Fähigkeit hat, seinen Auftrieb etwas zu regulieren. Aber falls der Tropfen schon eines aktiven Transportes fähig war,
17:47
dann wäre auch durch so einen Mechanismus eine Regulierung von Auftrieb schon erzielbar. Und sogar noch durch eine in heutigen Tagen sehr weit verbreitete Pumpe,
18:08
die Natrium-Kalium-Pumpe, oben wo Licht und Nährstoffe reichlich vorhanden sind, ist ein reger Metabolismus, relativ für das Zeitalter nicht wahr,
18:25
und der Tropfen, die Pumpe arbeitet gut, und es kommt viel Kalium hinein, wird der Tropfen schwerer und er sinkt. Unten lässt der Energiezufuhr nach, und die Pumpe versagt auch mehr oder weniger,
18:47
und so absolut ist die Abtrennung von der Umgebung auch nicht. Kalium diffundiert wieder raus und Natrium hinein, und wird der Tropfen wieder leichter, und so steigt die Zelle wieder auf.
19:04
So ist es auch gewissermaßen verständlich. Nun, die Biochemie hat sich im Laufe der Zeitalter vermutlich recht stark verändert. Schon die einfachsten Organismen haben ja solche raffinierte Synthese-Methoden.
19:28
Das könnte ja nicht alles auf einmal da sein, und so wie die Evolution nun immer geht schrittweise, dann gab es viele Schritte, bis solche Ribosome da waren,
19:43
wie sie heute beinahe alle Polypeptide herstellen. Also ob die Phosphate da hineinkommen, ob im Tropfen-Stadium oder im Zellen-Stadium,
20:05
oder erst nach langer Entwicklung in den Zellen, darüber kann man noch lange hin und her überlegen. Aber es werden heute eigentlich alle Eiweißstoffe, die man so viel mal verbissen,
20:23
in den Ribosomen hergestellt. Es gibt aber wenigstens ein Peptid, ein kleines, und zwar nicht isotaktisch, sondern es sind sowohl D- und L-Aminosäuren dabei. Das Grammizidin A hat 10 Aminosäuren.
20:42
Das ist eine Wiederholung von zwei Reihen von fünf. Die wird ganz anders hergestellt. Das Peptid wird ganz anders hergestellt. Und zwar wird eine Hälfte des Moleküls an einem Enzym hergestellt.
21:01
Zunächst alle fünf Aminosäuren durch Tioesterbindungen an das Enzym geknüpft. Draufhin polymerisiert sich das Ganze der Energie der Tioesterbindung genägt für die Peptidbindung. Am Ende werden die beiden Penta-Petide
21:25
zu einem ringformigen Decapeptid zusammengefilgt. Das hat auch von unserem Kollegen Fritz Lippmann einen tiefen Eindruck gemacht. Und er hat vorgeschlagen, dass dies vielleicht überhaupt eine weit verbreitete,
21:45
primitivere Methode der Proteinsynthese darstellt. So was kann man sich überlegen. Er sollte vielleicht noch sagen. All diese Spekulationen beruhen ja weitgehend auf die Hypothese,
22:06
dass es überhaupt so eine Ölschicht gab. Etwas ist und wann ist geschehen. Also die Geologen haben eigentlich sehr wenig Anzeichen von Ölschicht gesehen. Sie haben nach Kohlenwasserstoffen gesucht,
22:24
die eventuell primitiv und noch nicht biologisch produziert wurden. Und da gibt es seit einigen Jahren eine interessante Datierung. In Südafrika gibt es eine mächtige Schicht
22:44
von ganz alten sedimentären Gesteinen. Die Unverwacht-Serie. Am unten ist Zandbreut, dann kommt Teesbreut, dann kommt mehrere andere. Zandbreut, Teesbreut und dann noch andere.
23:00
Und oben auf der Unverwacht-Serie liegt noch das überliegende. Erst die bekannte Fig Tree-Serie. In der wurden deutliche Mikrofossile gefunden.
23:23
In der Teesbreut-Schicht, vielleicht so etwa 3,2 Millionen Jahre, plus-minus einige hundert Millionen, alt. Dort gibt es immer noch Chirurgiene. So hartartige Zusammenladungen von Kohlenwasserstoffen.
23:45
Chirurgiene. Und diese haben tatsächlich eine isotopische Zusammensetzung. Ein Kohlenstoff mit 13 Gehalt. Was ungefähr mit den Meteoriten übereinstimmt.
24:03
So nicht sehr weit höher in der Unverwacht-Serie findet man schon Chirurgiene, in denen die isotopische Zusammensetzung des Kohlenstoffs schon mit den biogenen, mit den photosynthetisch hergestellten Kohlenhydraten
24:27
gut übereinstimmt, sogar vielleicht etwas weiter. Das wäre nicht der Anfang des Lebens. Aber das wäre dann der Zeitpunkt entweder, wo seit der Zeit ist,
24:44
ist der vorhandene Kohlenstoff mehr photosynthetisch als ursprünglich. Und das war vielleicht der Zeitpunkt, wie die photosynthese Überhand nahm. Außer der ursprüngliche reaktionsgang der photosynthese wäre auch wieder anders.
25:07
Und hätte eine andere Fraktionierung der Kohlenstoffesotope mit sich geführt. Das können wir von der Hand nicht wissen. Außer es gibt Fragen, die ich so gut beantworten werde wie ich kann,
25:27
werde ich hiermit zeitig abschließen. Und danke Ihnen.