Ein Planet, der für die Besiedlung in Frage kommt, wird zweifellos Katastrophen, Kollisionen und Ereignisse auf der Ebene des Aussterbens erleiden. Wenn das Leben auf einer Welt überleben und gedeihen soll, muss es die richtigen inneren und Umweltbedingungen haben, damit es bestehen bleibt. Hier mag eine Illustration der Umwelt der frühen Erde 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 Leben auf sich, fast so lange wie die Erde existiert hat.

Wenn Sie gleich nach der Entstehung zu unserem Sonnensystem gekommen wären, hätten Sie einen völlig fremd aussehenden Anblick gesehen. Unsere Sonne hätte ungefähr die gleiche Masse wie heute gehabt, aber nur ungefähr 80% so hell wie Sterne, die sich 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 könnten.

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

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

Das Leben, wie wir es kennen, hat einige Eigenschaften, denen sich alle einig sind. Während das Leben auf der Erde auf Kohlenstoff basierende Chemie 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 vorliegen möglich. Die vier allgemeinen Eigenschaften, die alle Leben teilen, lauten 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 ändert sein Verhalten entsprechend.
  3. Das Leben kann wachsen, sich an seine Umgebung anpassen oder sich auf andere Weise von seiner gegenwärtigen in eine andere Form entwickeln.
  4. Und das Leben kann sich reproduzieren und lebensfähige Nachkommen hervorbringen, die sich aus den eigenen internen Prozessen ergeben.
Die Bildung und das Wachstum einer Schneeflocke, einer besonderen Konfiguration von Eiskristallen. Obwohl Kristalle eine molekulare Konfiguration haben, die es ihnen ermöglicht, sich selbst zu reproduzieren und zu kopieren, verbrauchen sie weder Energie noch kodieren sie genetische Informationen. (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 wachsen und sich vermehren, aber ihr Mangel an Stoffwechsel verhindert, dass sie als lebendig eingestuft werden. Proteine ​​haben möglicherweise einen Metabolismus und können sich reproduzieren, reagieren jedoch nicht auf äußere Reize oder verändern das Verhalten auf der Grundlage dessen, was ihnen begegnet. Sogar Viren, die der umstrittenste Organismus auf der Grenze zwischen Leben und Nichtleben sind, können sich nur durch Infektion anderer erfolgreich lebender Zellen vermehren und Zweifel an der Einstufung als lebend oder nicht lebend aufkommen lassen.

Viele organische Materialien - chemische Verbindungen wie Zucker, Aminosäuren, Ethylformiat und sogar komplexe wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe - sind im interstellaren Raum, in Asteroiden und auf der frühen Erde in Hülle und Fülle 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 bekannt als das spätschwere Bombardement und es wird angenommen, dass viele der Zutaten für das Leben, aber nicht die lebenden Organismen selbst, auf die Erde gebracht wurden. (NASA)

Stattdessen ist der Leitgedanke, dass die Erde mit diesen Rohstoffen und vielleicht noch viel mehr geformt wurde. Vielleicht waren Nukleotide üblich; vielleicht kamen Proteine ​​und Proteinfragmente vormontiert; Vielleicht können in wässriger Umgebung spontan Lipidschichten und Doppelschichten entstehen. Um von den Vorläufern zum Leben zu gelangen, glaubte man jedoch, dass wir die richtige Umgebung brauchten.

Diese drei günstigen Planeten - Venus, Erde und Mars - hatten wahrscheinlich alle ein vernünftiges Maß an Oberflächengravitation, dünne Atmosphären, flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche und diese biochemischen Vorläufermoleküle. Das einzige, was die Erde hatte, was die anderen beiden Planeten wahrscheinlich nicht hatten, war jedoch 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 unterschiedlich wie sie vor 4 Milliarden Jahren ausgesehen haben könnten. In den frühen Stadien des Sonnensystems sahen Venus und Mars möglicherweise ziemlich ähnlich aus. (NASA / TERRY VIRTS)

Die Wassermenge 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 die Möglichkeit bieten, dass Moleküle auf neuartige und interessante Weise aneinander binden. 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 zum Ursprung des Lebens beiträgt 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)

Letzterer Faktor ist die thermische Aktivität aus dem Inneren des Planeten. Am Grund der Ozeane sind hydrothermale Quellen geologische Brennpunkte, die sich hervorragend für die Entstehung von Leben eignen. Sogar 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 Energieverläufe sowie chemische Verläufe, bei denen sich extrem alkalisches Entlüftungswasser mit dem sauren, kohlensäurereichen Meerwasser mischt. Schließlich enthalten diese Öffnungen sowohl Natrium- als auch Kaliumionen sowie Calciumcarbonatstrukturen, die als Vorlage für die ersten Zellen dienen könnten. Die Tatsache, dass das Leben in solchen Umgebungen existiert, deutet darauf hin, dass Welten wie Europa oder Enceladus heute ein potenzielles Zuhause für das Leben anderswo im Sonnensystem sind.

Tief unter dem Meer, um hydrothermische Quellen, zu denen kein Sonnenlicht gelangt, gedeiht das Leben immer noch auf der Erde. Wie man aus Nichtleben Leben schafft, ist heute eine der großen offenen Fragen in der Wissenschaft. Wenn es hier unten auf dem Grund der Weltmeere Leben geben kann, besteht möglicherweise auch die Chance, dass es Leben in den tiefen unterirdischen Ozeanen von Europa oder Enceladus gibt. (NOAA / PMEL VENTS PROGRAMM)

Aber vielleicht ist der wahrscheinlichste Ort, an dem das Leben auf der Erde beginnt, der beste aller Welten: Hydrothermalfelder. Vulkanische Aktivitäten treten nicht nur unterhalb der Ozeane auf, sondern auch an Land. Diese vulkanisch aktiven Bereiche stellen unterhalb von Süßwasserflächen eine zusätzliche Wärme- und Energiequelle dar, die die Temperaturen stabilisieren und einen Energiegradienten bereitstellen kann. Währenddessen ermöglichen diese Orte noch Verdampfungs- / 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, hydrothermische Quellen und hydrothermische Felder weit verbreitet waren. Während die Vorläufermoleküle zweifellos jenseits der Erde entstanden sind, war es wahrscheinlich, dass hier auf unserem Planeten die Umwandlung von Nichtleben in Leben spontan stattfand.

Diese Luftaufnahme der Grand Prismatic Spring im Yellowstone National Park ist eine der bekanntesten hydrothermalen Eigenschaften 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 Orte, an denen Leben auf der Erde entstanden ist. (JIM PEACO, NATIONALPARKS-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, mehrmals oder an unterschiedlichen Orten entstanden ist. Was wir jedoch wissen, ist, dass, wenn wir den Evolutionsbaum jedes heute auf der Erde vorhandenen Organismus rekonstruieren, alle denselben Vorfahren haben.

Indem Biologen die Genome der heute auf unserer Welt vorkommenden Organismen untersuchen, können sie die Zeitskala des sogenannten LUCA rekonstruieren: des letzten universellen gemeinsamen Vorfahren des Lebens auf der Erde. Als die Erde noch keine 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.

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme auf subzellulärer Ebene. Während DNA ein unglaublich komplexes, langes Molekül ist, besteht es aus den gleichen Bausteinen (Atomen) wie alles andere. Nach unserem besten Wissen kann die DNA-Struktur, auf der das Leben basiert, sogar älter sein als der Fossilienbestand. (PUBLIC DOMAIN IMAGE VON DR. ERSKINE PALMER, USCDCP)

Trotz der Tatsache, dass geologische Prozesse den Fossilienbestand oftmals über einige hundert Millionen Jahre hinaus verdecken, 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, wurde auf biogene Ursprünge zurückgeführt und stammt aus der Zeit vor 3,8 Milliarden Jahren.

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

Noch früher, in extremeren Zeiten, scheinen die Ablagerungen bestimmter Kristalle in Gesteinen von 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 Zeugnisse für das Leben auf der Erde auf Kohlenstoffbasis. Diese Ablagerungen und die Kohlenstoff-12-Verhältnisse, die sie in den Einschlüssen aufweisen, datieren das Leben auf der Erde auf mehr als 4 Milliarden Jahre. (E A BELL ET AL, PROC. NATL. ACAD. SCI. USA, 2015)

Irgendwann auf unserem Planeten begannen die Moleküle, die im Überfluss vorhanden und Vorläufer des Lebens sind, unter den richtigen energetischen 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 von biologischen Erfolgen 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, A. A. NEMCHIN, T. GEISLER, R. T. PIDGEON und S. A. WILDE, NATURE 448 7156 (2007))

Während Venus und Mars möglicherweise ähnliche Chancen hatten, wurde die Atmosphäre der Venus nach nur 200 bis 300 Millionen Jahren durch radikale Veränderungen zu einer glühenden Treibhauswelt, während das Marsmagnetfeld durch den Tod seiner Atmosphäre zerstört wurde, wodurch sie fest und stabil wurde gefroren. Während Asteroidenangriffe erdgebundenes Leben außerhalb der Welt durch das Sonnensystem und die Galaxis schicken können, deuten alle Beweise darauf hin, dass wir dort sind, wo es angefangen 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 aufgelegt. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: The Science of Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.