Ethik-Werkstatt - Volltexte im HTML-Format - kostenlos

-->Übersicht       -->Alphabetische Liste aller Texte       -->Info zu dieser Website       -->Lexikon       -->Startseite


Das Leben

 

Das Element "Kohlenstoff" und seine besonderen Eigenschaften
Günstige Bedingungen für organisches Leben auf der Erde
Die Entstehung der verschiedenen Arten von Lebewesen
Die Entstehung des Lebens aus unbelebter Materie

                                                                                    

 

Das Element "Kohlenstoff" und seine besonderen Eigenschaften

Kohlenstoff (chemisches Symbol: C) ist ein nicht-metallisches Element, das weniger als 1% der Erdkruste ausmacht. Wenn man Lebewesen bzw. Organismen chemisch untersucht, so stellt man fest, dass alle organischen Stoffe Kohlenstoff enthalten.

Kohlenstoff ist ein besonders reaktionsfreudiges Element, es geht besonders leicht chemische Verbindungen mit anderen Elementen ein. Bisher sind mehr als 8 Millionen unterschiedliche Kohlenstoffverbindungen bekannt. Damit bildet Kohlenstoff mehr Verbindungen als alle anderen Elemente zusammen.

Kohlenstoff hat in der äußeren Schale um den Atomkern 4 Elektronen. Da die Tendenz zu einer stabilen Edelgasstruktur mit 8 Elektronen in der Außenschale besteht, gehen Kohlenstoffatome kovalente Bindungen ein, d. h. sie bilden gemeinsame Elektronenpaare mit anderen Molekülen, in erster Linie mit Wasserstoff-, Sauerstoff- und Chloratomen sowie wiederum mit Kohlenstoffatomen.

Kohlenstoffverbindungen können unter Zuhilfenahme von Wasserstoffatomen als "Brücken" zwischen den Kohlenstoffketten extrem lange Riesenmoleküle bilden.

Solche Riesenmoleküle sind geeignet, die gewaltigen Mengen an Informationen über den Bauplan des Lebewesens zu speichern, der in den Erbanlagen der Lebewesen enthalten ist. Die Nukleinsäuren, die als DNA und RNA (deutsch: DNS und RNS) die Zellteilung bewirken, sind solche Makromoleküle. Das menschliche Genom besteht aus einer ca. 2 Meter langen Kette aus mehr als 100.000 Genen, die ihrerseits wiederum aus bis zu 1000 Basen bestehen. Auch bei den Eiweißen (Proteine), die in allen Organismen eine wichtige Rolle spielen, handelt es sich um Makromoleküle, die sich aus einfacheren Aminosäuren zusammensetzen.

Andererseits lösen sich Kohlenstoffverbindungen auch verhältnismäßig leicht wieder - z. B. unter dem Einfluss bestimmter Enzyme oder Wärme. Diese Eigenschaft ist für die Zellteilung wichtig.

Kohlenstoffverbindungen sind relativ temperaturempfindlich. So werden Eiweißmoleküle durch Erwärmung über 42 ° Celsius zerstört. 

Im Unterschied zu anorganischer Materie besitzen die organischen Makromoleküle eine komplizierte räumliche Anordnung. Die großen Eiweißmoleküle sind sogar in der Lage, ihre räumliche Anordnung zu verändern.


Günstige Bedingungen für organisches Leben auf der Erde

Der Planet Erde entstand nach heutigem Wissen vor ca. 5 Milliarden Jahren zusammen mit der Sonne. Die Erde ist insofern etwas Einzigartiges im uns bekannten Kosmos, als auf ihm ein vielfältiges organisches Leben gedeiht, von den einfachsten Einzellern bis hin zu komplizierten Blütenpflanzen oder Säugetieren. Außerhalb der Erde wurde bisher kein organisches Leben entdeckt - und folglich auch kein außerirdisches intelligentes Wesen.

Für die Entstehung von Leben auf der Erde waren die
folgenden Bedingungen förderlich:

Die Erde ist nicht so groß, dass ihre gesamte Masse aufgrund der eigenen Schwerkraft glühend heiß und flüssig wird, wie das z. B. beim Planeten Jupiter der Fall ist. Die Erde ist nur so groß, dass sich auf der Erdoberfläche eine Kruste aus festen Schollen bilden konnte. Nur an einigen Stellen (Vulkane) dringt von Zeit zu Zeit flüssig-heiße Lava an die Oberfläche. 

Die Erde ist andererseits groß genug, um durch ihre Schwerkraft auch die leichten Gase (Luft) und den Wasserdampf (Wolken) an sich zu binden. Diese bilden eine schützenden Hülle, die Atmosphäre. Sie verhindert, dass  es auf der Erdoberfläche täglich extreme Temperaturschwankungen von mehr als 100 Grad Celsius gibt, wie z. B. auf dem Mond, der keine Atmosphäre besitzt. Solche Temperaturen würden das Leben rasch auslöschen, denn Lebewesen bestehen zu einem wesentlichen Teil aus hitzeempfindlichen Kohlenstoffverbindungen wie z.B. Eiweiß.

Die Atmosphäre schützt auch vor schädlicher Strahlung aus dem Weltraum. Z. B. wird die ultraviolette Strahlung durch eine Ozonschicht aufgefangen.

Der Abstand des Planeten "Erde" zum Fixstern "Sonne" ist gerade so groß, dass die Energie der Sonneneinstrahlung das Eis der Gletscher und Weltmeere zum größtrn Teil zu Wasser schmelzen lässt, ohne es jedoch so stark zu erhitzen, dass es völlig verdampft. Dabei ist von Vorteil, dass die Energie der Sonneneinstrahlung durch die tägliche Rotation der Erde auf die gesamte Erdoberfläche verteilt wird.

Dadurch wurde die Existenz der Weltmeere möglich, die mehr als 70% der Erdoberfläche bedecken und die an manchen Stellen mehr als 10 Kilometer tief sind. Die Weltmeere sind ein riesiger flüssiger Wärmepuffer und die Schwankungen der globalen Wassertemperatur sind deshalb relativ gering. Das Wasser der Meere bildete ein relativ stabiles Milieu, wie es für organisches Leben notwendig ist. Die für Eiweiß kritische Temperatur von +42 Grad Celsius wird gewöhnlich nicht überschritten.

Die ältesten bekannten Arten lebten im Wasser, weshalb hier wahrscheinlich auch das Leben entstanden ist.

Die frühesten heute bekannten fossilen Spuren organischen Lebens auf der Erde reichen bis in eine Zeit vor ca. 3,8 Milliarden Jahren zurück. Seit dieser Zeit ist die Kette der Fortpflanzung von einer Generation zur nächsten nicht mehr abgerissen.


Die Entstehung der verschiedenen Arten von Lebewesen

Während man früher von gleichbleibenden Tier- und Pflanzenarten ausging, hat sich heute in der Wissenschaft weitgehend die Auffassung durchgesetzt, dass die verschiedenen Arten aus einem Entwicklungsprozess (Evolution) hervorgegangen sind. Es sind heute ca. 2 Millionen verschiedene Arten von Lebewesen bekannt.

Für jede Art gehören die jeweils andern existierenden Arten zu ihren Umweltbedingungen. Es können sich dabei verschiedene Beziehungen zwischen den Arten bilden: von der Kooperation in Form der Symbiose über die bloße Koexistenz und Konkurrenz um Nahrung bis hin zur Feindschaft und der Nutzung anderer Arten als Nahrung.

Alle Tierarten einschließlich des Menschen benötigen als Nahrung andere Lebewesen, seien es Pflanzen oder Tiere. Dagegen sind Pflanzen durch die Photosynthese in der Lage, die von ihnen benötigten Nährstoffe aus nicht-organischen Stoffen zu bilden.

Aus dem Zusammenwirken verschiedener Arten entstehen ökologische Systeme mit bestimmten Nahrungsketten und relativ stabilen Stoffwechselkreisläufen. Ein Beispiel hierfür ist der Regenwald. 

Bekannt war immer schon, dass bei Arten, in denen es weibliche und männliche Individuen gibt, die Nachkommen keine Kopien ihrer Eltern darstellen. Diesen Umstand machten sich die Menschen seit Jahrtausenden zunutze, um durch die gezielte Auswahl der zur Fortpflanzung vorgesehenen Exemplare Tierrassen und Pflanzensorten mit bestimmten Eigenschaften zu züchten.

In ähnlicher Weise werden auch in der Natur durch einen Ausleseprozess solche Lebewesen "gezüchtet", die den jeweils herrschenden Lebensbedingungen am besten angepasst sind. Charles Darwin hat in seinem 1859 erschienenen Buch über den "Ursprung der Arten mittels natürlicher Auslese" ("The Origin of Species by Means of Natural Selection") anhand der besonderen Tier- und Pflanzenwelt der Galapagos-Inseln diesen Prozess erforscht und theoretisch erklärt.

Seine These, dass die Menschen (so wie auch die Menschenaffen) Nachkommen von Affen sind, stieß auf erbitterten Widerstand, der bei manchen Religionsgemeinschaften bis heute anhält.

Der Fortschritt der Vererbungsforschung (Genetik) ermöglichte später eine genauere Erklärung für die Entwicklung der verschiedenen Arten von Lebewesen. Motor der Entwicklung (Evolution) ist die Veränderlichkeit der Erbinformationen, die jedes Lebewesen an seine Nachkommen weitergibt. Die Erbinformationen bestehen aus einer Anordnung von Genen, dem Genom, das sich in jedem Zellkern eines Lebewesens befindet. Chemisch handelt es sich dabei um ein sehr großes Molekül der Nukleinsäure DNA (deutsch: DNS = Desoxyribonuclein-Säure). 

DNA-Moleküle ähneln in ihrer Form  einer spiralförmig gewundenen Leiter (Doppelhelix). Bildlich gesprochen können sich an diese Leiter immer weitere Leitersprossen anhängen, so dass sie immer länger wird. Das menschliche Genom z. B. ist ein mehrere Meter langes Riesenmolekül mit mehr als 100.000 aneinander gereihten Genen.

Ein Gen besteht chemisch aus einer komplexen Abfolge von nur vier verschiedenen Basen (Adenin, Guanin,Thymin und Cytosin). Die Erbinformationen sind also - bildlich gesprochen - in einer Schrift aufgezeichnet, die nur vier Buchstaben kennt.

Pro Gen sind es bis zu 1000 Basen
, die in einer bestimmten, von Gen zu Gen verschiedenen Weise angeordnet sind. Die Gene sind gewissermaßen die Worte, in denen der Bauplan des jeweiligen Lebewesens beschrieben ist und in denen die bisher erfolgreichen Überlebensstrategien festgehalten sind.

Das DNA-Molekül hat die besondere Fähigkeit, sich zu verdoppeln (Replikation). Unter dem Einfluss eines bestimmten Enzyms brechen die leiterförmigen Moleküle an den "Sprossen" in zwei Hälften auseinander. Jede der beiden Hälften bindet dann die fehlenden Bausteine in der ursprünglichen Anordnung an sich und bildet so wieder eine vollständige "Leiter". Damit gibt es nun zwei gleiche Moleküle.

Es kommt allerdings beim Kopieren der Gene auch zu Veränderungen der Erbinformationen. Zum einen kann es bei der Verdopplung des DNA-Moleküls zu "Übertragungsfehlern" (Mutationen) kommen. Zum andern haben sich zweigeschlechtliche Arten entwickelt, bei deren Fortpflanzung die Erbinformationen je zur Hälfte vom Vater und von der Mutter stammen und in jedem Nachkommen neu kombiniert werden.

Wenn die dadurch entstandenen unterschiedlichen Lebewesen dieselben Lebensräume und Nahrungsmittel zu ihrer Erhaltung benötigen, geraten sie in Konkurrenz zueinander. Es kommt zu einem Ausleseprozess zugunsten derjenigen Variante, die den jeweiligen Umweltbedingungen am besten angepasst ist ("survival of the fittest").

Durch das Zusammenwirken von Erbveränderungen und natürlicher Auslese entwickelte sich im Verlauf von ca. 3,8  Milliarden Jahren, in denen viele Billionen von Fortpflanzungen stattfanden, ein vielgestaltiges pflanzliches und tierisches Leben. Dabei entstanden im Verlauf der Evolution immer komplexere Genome.

Was für den Betrachter auf den ersten Blick als ein harmonisches System aus den verschiedensten Tier- und Pflanzenarten erscheint, ist über längere Zeiträume der Erdgeschichte betrachtet ein Prozess ständiger, für manche Arten katastrophaler Veränderungen, wobei neue Arten entstehen und sich ausbreiten, während bestehende Arten verdrängt werden und entweder in ökologischen Nischen fortbestehen oder ganz aussterben.


Die Entstehung des Lebens aus unbelebter Materie

Bemerkenswert ist, dass alle bisher bekannten Lebewesen aus Zellen bestehen, die trotz mancher Verschiedenheit einen ähnlichen Aufbau mit Zellmembran, Zellkern, Genom etc. besitzen, und dass sich alle Zellen durch ähnliche Vorgänge der Teilung vermehren. Das legt den Schluss nahe, dass alle bestehenden Arten einer einzigen Entwicklungslinie entstammen. (Eine Sonderstellung haben die Viren, die sich zu ihrer Vermehrung der Zellen fremder Lebewesen bedienen müssen. Viren werden in der Biologie deswegen nicht zu den Lebewesen gezählt.)

Da eine Zelle bereits ein äußerst komplexes System aus verschiedenen Bestandteilen (Zellmembran, Zellkern u. a.) mit unterschiedlichen Funktionen darstellt, können die Einzeller nicht die Urform des Lebens sein. Die Einzeller sind bereits das Ergebnis einer längeren Entwicklung, denn
ihre Erbanlagen bestehen bereits aus mehreren tausend Genen.

Hier sind noch viele Fragen offen. Doch schreitet die Forschung hier weiter voran. So ist es in jüngster Zeit gelungen, ein Molekül herzustellen, das die Fähigkeit besitzt, sich selbst zu reproduzieren. Derartige Moleküle, die Kopien von sich selbst herstellen und somit "fortpflanzen" können, waren vermutlich der Ausgangspunkt des Lebens auf der Erde.

***


 

Siehe auch die folgenden thematisch verwandten Texte in der Ethik-Werkstatt:
   
Weltall
   
Die 7 Welträtsel ** (40 K)

***
zum Anfang
Alphabetische Liste aller Texte
Übersicht

Ethik-Werkstatt: Ende der Seite "Das Leben"
Letzte Bearbeitung 04.08.2008 / Eberhard Wesche

Wer diese Website interessant findet, den bitte ich, auch Freunde, Kollegen und Bekannte auf die "Ethik-Werkstatt" hinzuweisen.