Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

33.2: Verhältnisse auf der frühen Erde
INHALTSVERZEICHNIS

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Conditions on Early Earth
 
PROTOKOLLE

33.2: Conditions on Early Earth

33.2: Verhältnisse auf der frühen Erde

Around 4 billion years ago, oceans began to condense on earth while volcanic eruptions released nitrogen, carbon dioxide, methane, ammonia, and hydrogen into the primordial atmosphere. However, organisms with the characteristics of life were not initially present on earth. Scientists have used experimentation to determine how organisms evolved that could grow, reproduce, and maintain an internal environment.

In the 1920s, the scientists Oparin and Haldane proposed the idea that simple biological compounds could have formed on the early earth. More than 30 years later, Stanley Miller and Harold Urey at the University of Chicago tested this hypothesis by simulating the conditions of the early earth's atmosphere and oceans in a laboratory apparatus. Using electricity as an energy source, the Miller-Urey experiment generated amino acids and other organic molecules, showing that the environment of early earth was conducive to the formation of biological molecules. More recent experiments have yielded comparable results and suggest that amino acids may have formed near areas of volcanic activity or hydrothermal vents in the ocean.

Amino acids and small organic molecules may then have self-assembled to form more complex macromolecules. For instance, dripping amino acids or nucleotides into hot sand can result in the formation of the corresponding polymers, proteins, and nucleic acids, respectively. A class of macromolecules called lipids may have then formed vesicles providing a separate, internal environment. This ability to separate the inside from the outside is one of the key characteristics of life. Another characteristic of life is the possession of genetic material; RNA was likely the first heritable genetic information. Specialized vesicles, called protocells, probably contained RNA that could replicate itself. These simple protocells could also grow and evolve, setting the stage for the formation of cellular life on earth.

Die Ozeane begannen vor rund 4 Milliarden Jahren auf der Erde zu kondensieren, während Vulkanausbrüche Stickstoff, Kohlendioxid, Methan, Ammoniak und Wasserstoff in die Uratmosphäre freisetzten. Allerdings waren Organismen mit den Eigenschaften des Lebens auf der Erde zunächst noch nicht zu finden. Wissenschaftler haben durch Experimente herausgefunden, wie sich Organismen entwickelt haben, die wachsen, sich vermehren und eine innere Umwelt erhalten konnten.

In den 1920er Jahren stellten die Wissenschaftler Oparin und Haldane die Vermutung auf, dass sich einfache biologische Verbindungen auf der frühen Erde gebildet haben könnten. Mehr als 30 Jahre später testeten Stanley Miller und Harold Urey an der Universität von Chicago diese Hypothese, indem sie die Bedingungen der frühen Erdatmosphäre und der Ozeane in einem Laborgerät simulierten. Mit Hilfe von Elektrizität als Energiequelle erzeugte das Miller-Urey-Experiment Aminosäuren und andere organische Moleküle und zeigte, dass die Umgebung der frühen Erde der Bildung biologischer Moleküle förderlich war. Neuere Experimente haben vergleichbare Ergebnisse erbracht und legen nahe, dass sich Aminosäuren in der Nähe von Gebieten mit vulkanischer Aktivität oder hydrothermalen Schloten im Ozean gebildet haben könnten.

Aminosäuren und kleine organische Moleküle können sich dann zu komplexeren Makromolekülen zusammengesetzt haben. So können z.B. tropfende Aminosäuren oder Nucleotide in heißen Sand zur Bildung der entsprechenden Polymere, Proteine bzw. Nucleinsäuren geführt haben. Eine Klasse von Makromolekülen, die als Lipide bezeichnet werden, könnte dann Vesikel gebildet haben. Sie stellen dan eine separate, innere Umgebung zur Verfügung. Diese Fähigkeit, das Innere vom Äußeren zu trennen, ist eine der wichtigsten Eigenschaften des Lebens. Ein weiteres Merkmal des Lebens ist der Besitz von genetischem Material. Die RNA stellte wahrscheinlich die erste vererbbare genetische Information dar. Spezialisierte Vesikel (Protozellen) enthielten wahrscheinlich RNA, die sich selbst replizieren konnte. Diese einfachen Protozellen konnten auch wachsen und sich entwickeln und damit die Voraussetzungen für die Entstehung von zellulärem Leben auf der Erde schaffen.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter