Ein Planet, der ein Kandidat für die Besiedlung ist, wird zweifellos Katastrophen, Kollisionen und Ereignisse auf der Ebene des Aussterbens erleben. Wenn das Leben in einer Welt überleben und gedeihen soll, muss es die richtigen inneren und Umweltbedingungen besitzen, damit es bestehen bleibt. Hier mag eine Illustration der frühen Erdumgebung furchterregend aussehen, aber das Leben hat irgendwie immer noch einen Weg gefunden. (NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER)

Wie war es, als das Leben auf der Erde begann?

Der Planet hat in irgendeiner Form fast so lange Leben gehabt, wie die Erde existiert hat.

Wenn Sie gleich nach seiner Entstehung zu unserem Sonnensystem gekommen wären, hätten Sie einen völlig fremd aussehenden Anblick gesehen. Unsere Sonne hätte ungefähr die gleiche Masse wie heute, aber nur etwa 80% so leuchtend, wie sich Sterne mit zunehmendem Alter erwärmen. Die vier inneren, felsigen Welten wären immer noch da, aber drei von ihnen würden sehr ähnlich aussehen. Venus, Erde und Mars hatten alle dünne Atmosphären, flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche und die organischen Inhaltsstoffe, die Leben entstehen lassen konnten.

Obwohl wir immer noch nicht wissen, ob das Leben jemals die Venus oder den Mars erfasst hat, wissen wir, dass zu der Zeit, als die Erde erst 100 Millionen Jahre alt war, Organismen auf ihrer Oberfläche lebten. Nachdem Milliarden von Jahren kosmischer Evolution die Elemente, Moleküle und Bedingungen hervorgebracht hatten, unter denen Leben existieren konnte, wurde unser Planet derjenige, auf dem er nicht nur tat, sondern auch gedieh. Nach bestem Wissen und Gewissen waren diese ersten Schritte wie folgt.

Eine mikrometergroße Ansicht sehr primitiver Organismen. Ob sich die ersten Organismen auf der Erde gebildet haben oder vor der Entstehung unseres Planeten entstanden sind, ist noch offen, aber Beweise sprechen für die Szenarien, in denen Leben auf unserer Welt entsteht. (ERIC ERBE, DIGITALE FARBUNG VON CHRISTOPHER POOLEY, BEIDE USDA, ARS, WWU)

Das Leben, wie wir es kennen, hat einige Eigenschaften, über die sich alle einig sind. Während das Leben auf der Erde eine Chemie auf Kohlenstoffbasis beinhaltet (die Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und viele andere Elemente wie Phosphor, Kupfer, Eisen, Schwefel usw. erfordert) und auf flüssigem Wasser beruht, können andere Kombinationen von Elementen und Molekülen sein möglich. Die vier allgemeinen Eigenschaften, die alle Leben teilen, sind jedoch wie folgt:

  1. Das Leben hat einen Stoffwechsel, in dem es Energie / Ressourcen aus einer externen Quelle für den eigenen Gebrauch gewinnt.
  2. Das Leben reagiert auf äußere Reize aus seiner Umgebung und verändert sein Verhalten entsprechend.
  3. Das Leben kann wachsen, sich an seine Umgebung anpassen oder sich auf andere Weise von seiner gegenwärtigen Form zu einer anderen entwickeln.
  4. Und das Leben kann sich vermehren und lebensfähige Nachkommen hervorbringen, die aus seinen eigenen internen Prozessen hervorgehen.
Die Bildung und das Wachstum einer Schneeflocke, eine besondere Konfiguration von Eiskristallen. Obwohl Kristalle eine molekulare Konfiguration haben, die es ihnen ermöglicht, sich selbst zu reproduzieren und zu kopieren, verbrauchen sie keine Energie und codieren keine genetische Information. (VYACHESLAV IVANOV / VIMEO.COM/87342468)

Alle vier müssen gleichzeitig vorhanden sein, damit eine Population von Organismen als lebendig betrachtet werden kann. Schneeflocken und Kristalle können zwar wachsen und sich vermehren, aber das Fehlen eines Stoffwechsels verhindert, dass sie als lebendig eingestuft werden. Proteine ​​haben zwar einen Stoffwechsel und können sich vermehren, reagieren jedoch nicht auf äußere Reize oder verändern das Verhalten je nach Begegnung. Selbst Viren, die der umstrittenste Organismus auf der Grenze zwischen Leben und Nichtleben sind, können sich nur reproduzieren, indem sie andere erfolgreich lebende Zellen infizieren und Zweifel daran aufkommen lassen, ob sie als lebend oder nicht lebend eingestuft sind.

Viele organische Materialien - chemische Verbindungen wie Zucker, Aminosäuren, Ethylformiat und sogar komplexe wie polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe - kommen im interstellaren Raum, in Asteroiden vor und waren auf der frühen Erde reichlich vorhanden. Wir haben jedoch keine Beweise dafür, dass das Leben vor der Entstehung der Erde begann.

Das frühe Sonnensystem war voller Kometen, Asteroiden und kleiner Materieklumpen, die praktisch jede Welt umgaben. Diese Periode ist historisch als spätes schweres Bombardement bekannt und soll viele der Zutaten für das Leben, aber nicht lebende Organismen selbst, auf die Erde gebracht haben. (NASA)

Stattdessen ist der Hauptgedanke, dass die Erde mit diesen Rohstoffen und vielleicht noch viel mehr geformt wurde. Vielleicht waren Nukleotide häufig; vielleicht kamen Proteine ​​und Proteinfragmente vormontiert; Vielleicht können in einer wässrigen Umgebung spontan Lipidschichten und Doppelschichten entstehen. Es wird jedoch angenommen, dass wir die richtige Umgebung brauchten, um von Vorläufern über das Leben zum tatsächlichen Leben zu gelangen.

Diese drei günstigen Planeten - Venus, Erde und Mars - hatten wahrscheinlich alle ein angemessenes Maß an Oberflächengravitation, dünne Atmosphären, flüssiges Wasser auf ihren Oberflächen und diese biochemischen Vorläufermoleküle. Das einzige, was die Erde hatte, was die anderen beiden Planeten wahrscheinlich nicht hatten, war ein Mond. Während alle drei Welten wahrscheinlich zum ersten Mal die Chance hatten, Leben zu formen, hat unser Mond uns Chancen gegeben, die die anderen Welten möglicherweise nicht hatten.

Die Erde und die Sonne, nicht so verschieden von dem, wie sie vor 4 Milliarden Jahren erschienen sein könnten. In den frühen Stadien des Sonnensystems haben Venus und Mars möglicherweise ziemlich ähnlich ausgesehen. (NASA / TERRY VIRTS)

Die Menge an Wasser auf diesen frühen Planeten war sehr wahrscheinlich genug, um Ozeane, Meere, Seen und Flüsse zu erzeugen, aber nicht genug, um sie vollständig mit flüssigem Wasser zu bedecken. Dies bedeutet, dass sie alle Kontinente und Ozeane hatten, und an der Schnittstelle der beiden gab es Gezeitenpools: Regionen, in denen Wasser auf trockenem Land stabil existieren und allen Arten von Energiegradienten ausgesetzt sein kann.

Sonnenlicht, Schatten und Nacht, Verdunstungs- und Konzentrationszyklen, poröser Flüssigkeitsfluss in Gegenwart von Mineralien und Gradienten der Wasseraktivität könnten Molekülen die Möglichkeit bieten, sich auf neuartige und interessante Weise zu verbinden. Die Auswirkungen von Gezeiten können durch den Mond verstärkt werden, aber alle diese Welten besitzen Gezeiten aufgrund der Sonne. Es gibt jedoch eine zusätzliche Energiequelle auf der Erde, die wahrscheinlich zur Entstehung des Lebens beigetragen hat und auf der Venus oder dem Mars möglicherweise nicht so spektakulär war.

Gezeitenbecken, wie die hier aus Wisconsin gezeigten, treten an der Schnittstelle von Land und großen Gewässern wie Seen, Meeren oder Ozeanen auf. Ein Pool mit den richtigen Bedingungen und Vorläufermolekülen ist ein Kandidat dafür, wo möglicherweise Leben auf der Erde entstanden sein könnte. (GOODFREEPHOTOS_COM / PIXABAY)

Dieser letztere Faktor ist die thermische Aktivität aus dem Inneren des Planeten. Am Grund der Ozeane sind hydrothermale Quellen geologische Hotspots, die sich hervorragend für die Entstehung von Leben eignen. Noch heute beherbergen sie Organismen, die als Extremophile bekannt sind: Bakterien und andere Lebensformen, die den Temperaturen standhalten können, die typischerweise die mit Lebensprozessen verbundenen molekularen Bindungen aufbrechen.

Diese Entlüftungsöffnungen enthalten enorme Energiegradienten sowie chemische Gradienten, bei denen sich extrem alkalisches Entlüftungswasser mit dem sauren, kohlensäurereichen Meerwasser vermischt. Schließlich enthalten diese Entlüftungsöffnungen sowohl Natrium- als auch Kaliumionen sowie Calciumcarbonatstrukturen, die als Vorlage für die ersten Zellen dienen könnten. Die Tatsache, dass Leben in solchen Umgebungen existiert, deutet auf Welten wie Europa oder Enceladus als potenzielle Lebensräume anderswo im heutigen Sonnensystem hin.

Tief unter dem Meer, um hydrothermale Quellen herum, wo kein Sonnenlicht eindringt, gedeiht das Leben auf der Erde immer noch. Wie man Leben aus dem Nichtleben erschafft, ist heute eine der großen offenen Fragen in der Wissenschaft. Wenn hier unten am Boden der Ozeane der Erde Leben existieren kann, besteht vielleicht auch eine Chance auf Leben in den tiefen unterirdischen Ozeanen von Europa oder Enceladus. (NOAA / PMEL VENTS-PROGRAMM)

Aber vielleicht ist der wahrscheinlichste Ort, an dem das Leben auf der Erde beginnt, der beste aller Welten: hydrothermale Felder. Vulkanische Aktivitäten finden nicht nur unter den Ozeanen statt, sondern auch an Land. Unter vulkanisch aktiven Bereichen stellen diese vulkanisch aktiven Bereiche eine zusätzliche Wärme- und Energiequelle dar, die die Temperaturen stabilisieren und einen Energiegradienten bereitstellen kann. Währenddessen ermöglichen diese Orte immer noch Verdunstungs- / Konzentrationszyklen, bieten eine begrenzte Umgebung, in der sich die richtigen Inhaltsstoffe ansammeln können, und ermöglichen einen Sonnenlicht- / Nacht-Expositionszyklus.

Auf der Erde können wir sicher sein, dass Gezeitenpools, hydrothermale Quellen und hydrothermale Felder alle verbreitet waren. Während die Vorläufermoleküle sicherlich jenseits der Erde entstanden sind, war es hier auf unserem Planeten wahrscheinlich, dass die Umwandlung von Nichtleben in Leben spontan erfolgte.

Diese Luftaufnahme des Grand Prismatic Spring im Yellowstone-Nationalpark ist eines der bekanntesten hydrothermalen Merkmale an Land der Welt. Die Farben sind auf die verschiedenen Organismen zurückzuführen, die unter diesen extremen Bedingungen leben, und hängen von der Menge an Sonnenlicht ab, die die verschiedenen Teile der Quellen erreicht. Hydrothermale Felder wie dieses sind einige der besten Kandidaten für das Leben auf der Erde. (JIM PEACO, NATIONAL PARKS SERVICE)

Im Laufe der Zeit hat sich die Erde enorm verändert, ebenso wie die lebenden Organismen auf unserem Planeten. Wir wissen nicht, ob das Leben einmal, mehr als einmal oder an unterschiedlichen Orten entstanden ist. Was wir jedoch wissen, ist, dass, wenn wir den Evolutionsbaum jedes heute auf der Erde gefundenen Organismus rekonstruieren, alle denselben Vorfahren haben.

Durch die Untersuchung der Genome der heute auf unserer Welt vorkommenden Organismen können Biologen die Zeitskala des sogenannten LUCA rekonstruieren: des letzten universellen gemeinsamen Vorfahren des Lebens auf der Erde. Als die Erde weniger als 1 Milliarde Jahre alt war, hatte das Leben bereits die Fähigkeit, Informationen zwischen DNA, RNA und Proteinen zu transkribieren und zu übersetzen, und diese Mechanismen existieren heute in allen Organismen. Ob das Leben mehrmals entstanden ist, ist unbekannt, aber es ist allgemein anerkannt, dass das Leben, wie wir es heute kennen, von einer einzigen Bevölkerung abstammt.

Rasterelektronenmikroskopbild auf subzellulärer Ebene. Während DNA ein unglaublich komplexes, langes Molekül ist, besteht es aus denselben Bausteinen (Atomen) wie alles andere. Nach unserem besten Wissen kann die DNA-Struktur, auf der das Leben basiert, sogar vor dem Fossilienbestand liegen. (PUBLIC DOMAIN IMAGE VON DR. ERSKINE PALMER, USCDCP)

Trotz der Tatsache, dass geologische Prozesse den Fossilienbestand oft über einige hundert Millionen Jahre hinaus verschleiern können, konnten wir den Ursprung des Lebens außerordentlich weit zurückverfolgen. In Sandstein wurden vor 3,5 Milliarden Jahren mikrobielle Fossilien gefunden. Graphit, der in metamorphosiertem Sedimentgestein abgelagert gefunden wurde, geht auf biogene Ursprünge zurück und stammt aus der Zeit vor 3,8 Milliarden Jahren.

In Kalkstein versteinerte Trilobiten aus dem Field Museum in Chicago. Alle vorhandenen und versteinerten Organismen können ihre Abstammung auf einen universellen gemeinsamen Vorfahren zurückführen, der vor geschätzten 3,5 Milliarden Jahren lebte. (JAMES ST. JOHN / FLICKR)

Zu noch früheren, extremeren Zeiten scheinen die Ablagerungen bestimmter Kristalle in Gesteinen aus biologischen Prozessen zu stammen, was darauf hindeutet, dass die Erde bereits vor 4,3 bis 4,4 Milliarden Jahren voller Leben war: bereits 100 bis 200 Millionen Jahre nach der Erde und Mond gebildet. Nach unserem besten Wissen existiert das Leben auf der Erde fast so lange wie die Erde selbst.

In Zirkon gefundene Graphitvorkommen, einige der ältesten Beweise für kohlenstoffbasiertes Leben auf der Erde. Diese Ablagerungen und die Kohlenstoff-12-Verhältnisse, die sie in den Einschlüssen zeigen, datieren das Leben auf der Erde auf mehr als 4 Milliarden Jahre zurück. (EA BELL ET AL, PROC. NATL. ACAD. SCI. USA, 2015)

Irgendwann auf unserem Planeten begannen in sehr frühen Stadien die Moleküle, die reichlich vorhanden sind und Vorläufer des Lebens sind, unter den richtigen Energie- und chemischen Bedingungen gleichzeitig Energie zu metabolisieren, auf die Umwelt zu reagieren, zu wachsen, sich anzupassen, sich zu entwickeln und sich zu vermehren . Auch wenn es für uns heute nicht wiederzuerkennen wäre, markiert dies den Ursprung des Lebens. In einer radikal ununterbrochenen Reihe biologischer Erfolge ist unser Planet seitdem eine lebendige Welt.

In Zirkon / Quarz eingebettete Hadean-Diamanten. Sie finden die ältesten Ablagerungen in Tafel d, die ein Alter von 4,26 Milliarden Jahren oder fast das Alter der Erde selbst anzeigen. (M. MENNEKEN, AA NEMCHIN, T. GEISLER, RT PIDGEON & SA WILDE, NATUR 448 7156 (2007))

Während Venus und Mars ähnliche Chancen hatten, machten radikale Veränderungen in der Atmosphäre der Venus sie nach nur 200 bis 300 Millionen Jahren zu einer sengenden Treibhauswelt, während der Tod des Mars-Magnetfelds dazu führte, dass ihre Atmosphäre entfernt wurde, was sie fest und fest machte gefroren. Während Asteroidenangriffe das Leben auf der Erde im gesamten Sonnensystem und in der gesamten Galaxie von der Welt abbringen können, deuten alle Beweise darauf hin, dass wir dort sind, wo es begonnen hat.

9,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall war die Erde voller Leben. Wir haben nie zurückgeschaut.

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Starts With A Bang ist jetzt auf Forbes und dank unserer Patreon-Unterstützer auf Medium neu veröffentlicht. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: Die Wissenschaft von Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.