Wo entstanden die ersten anorganischen Verbindungen? Entstehung der ersten organischen Verbindungen auf der Erde. Der Prozess der Bildung organischer Moleküle aus anorganischen Molekülen durch lebende Organismen unter Verwendung von Energie
Der Prozess der Bildung der ersten organischen Verbindungen auf der Erde wird chemische Evolution genannt. Es ging der biologischen Evolution voraus. Die Stadien der chemischen Evolution wurden von A. I. Oparin identifiziert.
Stufe I ist nicht biologisch oder abiogen (aus dem Griechischen u, un – negatives Teilchen, bios – Leben, genesis – Ursprung). Zu diesem Zeitpunkt fanden in der Erdatmosphäre und im Wasser des Primärozeans, das mit verschiedenen anorganischen Substanzen gesättigt war, unter Bedingungen intensiver Sonneneinstrahlung chemische Reaktionen statt. Bei diesen Reaktionen könnten aus anorganischen Stoffen einfache organische Stoffe entstehen – Aminosäuren, Alkohole, Fettsäuren, stickstoffhaltige Basen.
Die Möglichkeit, in den Gewässern des Primärozeans organische Substanzen aus anorganischen zu synthetisieren, wurde in den Experimenten des amerikanischen Wissenschaftlers S. Miller und der einheimischen Wissenschaftler A. G. Pasynsky und T. E. Pavlovskaya bestätigt.
Miller entwarf eine Anlage, in die ein Gasgemisch eingebracht wurde – Methan, Ammoniak, Wasserstoff, Wasserdampf. Diese Gase könnten Teil der Primäratmosphäre gewesen sein. In einem anderen Teil der Apparatur befand sich Wasser, das zum Kochen gebracht wurde. In der Apparatur unter hohem Druck zirkulierende Gase und Wasserdampf wurden eine Woche lang elektrischen Entladungen ausgesetzt. Dadurch entstanden in der Mischung etwa 150 Aminosäuren, von denen einige Bestandteil von Proteinen sind.
Anschließend wurde die Möglichkeit der Synthese anderer organischer Substanzen, einschließlich stickstoffhaltiger Basen, experimentell bestätigt.
Stufe II – Synthese von Proteinen – Polypeptiden, die aus Aminosäuren im Wasser des Primärozeans gebildet werden könnten.
Stadium III – das Auftreten von Koazervaten (vom lateinischen coacervus – Gerinnsel, Haufen). Amphotere Proteinmoleküle können sich unter bestimmten Bedingungen spontan konzentrieren und kolloidale Komplexe bilden, die als Koazervate bezeichnet werden.
Koazervattröpfchen entstehen, wenn zwei verschiedene Proteine vermischt werden. Eine Lösung eines Proteins in Wasser ist transparent. Beim Mischen verschiedener Proteine wird die Lösung trüb und unter dem Mikroskop sind im Wasser schwimmende Tropfen sichtbar. Solche Tropfen – Koazervate – könnten im Wasser des Urmeeres entstanden sein, wo sich verschiedene Proteine befanden.
Einige Eigenschaften von Koazervaten ähneln äußerlich den Eigenschaften lebender Organismen. Beispielsweise „saugen“ sie bestimmte Stoffe aus der Umwelt auf, reichern sie selektiv an und nehmen an Größe zu. Es ist davon auszugehen, dass Stoffe im Inneren der Koazervate chemische Reaktionen eingingen.
Da die chemische Zusammensetzung der „Brühe“ in verschiedenen Teilen des Urozeans unterschiedlich war, waren die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften der Koazervate nicht gleich. Zwischen Koazervaten könnten sich Konkurrenzbeziehungen um in der „Brühe“ gelöste Stoffe gebildet haben. Allerdings können Koazervate nicht als lebende Organismen betrachtet werden, da ihnen die Fähigkeit fehlte, sich wie ihresgleichen zu vermehren.
Stufe IV – die Entstehung von Nukleinsäuremolekülen, die zur Selbstreproduktion fähig sind.
Untersuchungen haben gezeigt, dass sich kurze Nukleinsäureketten ohne Verbindung mit lebenden Organismen verdoppeln können – im Reagenzglas. Es stellt sich die Frage: Wie ist der genetische Code auf der Erde entstanden?
Der amerikanische Wissenschaftler J. Bernal (1901-1971) bewies, dass Mineralien eine große Rolle bei der Synthese organischer Polymere spielen. Es hat sich gezeigt, dass eine Reihe von Gesteinen und Mineralien – Basalt, Ton, Sand – informative Eigenschaften haben, beispielsweise kann auf Tonen die Synthese von Polypeptiden durchgeführt werden.
Offenbar entstand zunächst ein eigenständiger „mineralogischer Code“, in dem die Rolle von „Buchstaben“ Aluminium-, Eisen- und Magnesiumkationen spielten, die sich in verschiedenen Mineralien in einer bestimmten Reihenfolge abwechselten. In Mineralien kommen drei-, vier- und fünfbuchstabige Codes vor. Dieser Code bestimmt die Reihenfolge der Aminosäuren, die zu einer Proteinkette zusammengefügt werden. Dann ging die Rolle der Informationsmatrix von Mineralien auf RNA und dann auf DNA über, die sich als zuverlässiger für die Übertragung erblicher Merkmale erwies.
Die Prozesse der chemischen Evolution erklären jedoch nicht, wie lebende Organismen entstanden sind. Die Prozesse, die zum Übergang vom Nichtleben zum Leben führten, wurden von J. Bernal Biopoese genannt. Die Biopoese umfasst Stadien, die der Entstehung der ersten lebenden Organismen vorausgegangen sein müssen: das Auftreten von Membranen in Koazervaten, den Stoffwechsel, die Fähigkeit zur Selbstreproduktion, die Photosynthese und die Sauerstoffatmung.
Die Entstehung der ersten lebenden Organismen könnte durch die Bildung von Zellmembranen durch die Ausrichtung von Lipidmolekülen auf der Oberfläche von Koazervaten verursacht worden sein. Dies gewährleistete die Stabilität ihrer Form. Der Einschluss von Nukleinsäuremolekülen in die Koazervate stellte deren Fähigkeit zur Selbstreplikation sicher. Bei der Selbstreproduktion von Nukleinsäuremolekülen entstanden Mutationen, die als Material für dienten.
Auf der Basis von Koazervaten könnten also die ersten Lebewesen entstehen. Sie waren offenbar Heterotrophe und ernährten sich von energiereichen, komplexen organischen Substanzen, die im Wasser des Urmeeres enthalten waren.
Mit zunehmender Zahl der Organismen verschärfte sich die Konkurrenz zwischen ihnen, da das Nährstoffangebot im Meerwasser abnahm. Einige Organismen haben die Fähigkeit erworben, mithilfe von Sonnenenergie oder der Energie chemischer Reaktionen organische Substanzen aus anorganischen zu synthetisieren. So entstanden Autotrophe, die zur Photosynthese oder Chemosynthese fähig sind.
Die ersten Organismen waren Anaerobier und gewannen Energie durch sauerstofffreie Oxidationsreaktionen wie Fermentation. Allerdings führte das Aufkommen der Photosynthese zu einer Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre. Das Ergebnis war die Atmung, ein sauerstoffbasierter, aerober Oxidationsweg, der etwa 20-mal effizienter ist als die Glykolyse.
Das Leben entwickelte sich zunächst in den Meeresgewässern, da starke ultraviolette Strahlung schädliche Auswirkungen auf Organismen an Land hatte. Die Entstehung der Ozonschicht durch die Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre schuf die Voraussetzungen dafür, dass lebende Organismen das Land erreichen konnten.
4 Tests und 1 Abschlusstest:
Testarbeit zum Thema
„Der Ursprung des Lebens auf der Erde“
Teil A Notieren Sie die Nummern der Fragen und daneben die Buchstaben der richtigen Antworten.
1. Lebewesen unterscheiden sich von nichtlebenden Dingen:
a) die Zusammensetzung anorganischer Verbindungen; b) das Vorhandensein von Katalysatoren;
c) Wechselwirkung von Molekülen untereinander; d) Stoffwechselprozesse.
2. Die ersten lebenden Organismen auf unserem Planeten waren:
a) anaerobe Heterotrophe; b) aerobe Heterotrophe;
c) Autotrophen; d) Symbiontenorganismen.
3. Der Kern der Theorie der Abiogenese ist:
4. Die Experimente von Louis Pasteur haben bewiesen, dass es nicht möglich ist:
a) spontane Entstehung von Leben; b) die Entstehung von Lebewesen nur aus Lebewesen; c) Einbringen von „Samen des Lebens“ aus dem Weltraum;
d) biochemische Evolution.
5. Von den aufgeführten Bedingungen ist die wichtigste für die Entstehung von Leben:
a) Radioaktivität; b) das Vorhandensein von flüssigem Wasser; c) das Vorhandensein von gasförmigem Sauerstoff; d) Masse des Planeten.
6. Kohlenstoff ist die Grundlage des Lebens auf der Erde, weil. Er:
a) ist das häufigste Element auf der Erde;
b) das erste der chemischen Elemente begann mit Wasser zu interagieren;
c) hat ein niedriges Atomgewicht;
d) in der Lage, stabile Verbindungen mit Doppel- und Dreifachbindungen zu bilden.
7. Das Wesen des Kreationismus ist:
a) die Entstehung von Lebewesen aus unbelebten Dingen; b) der Ursprung von Lebewesen aus Lebewesen;
c) die Erschaffung der Welt durch Gott; d) die Einführung des Lebens aus dem Weltraum.
8. Wann begann die geologische Geschichte der Erde: a) über 6 Milliarden; b) 6 Millionen; c) vor 3,5 Milliarden Jahren?
9. Wo entstanden die ersten anorganischen Verbindungen: a) im Inneren der Erde; b) im Primärozean; c) in der Primäratmosphäre?
10. Was war die Voraussetzung für die Entstehung des Primärozeans: a) Abkühlung der Atmosphäre; b) Bodensenkung; c) das Auftreten unterirdischer Quellen?
11. Was waren die ersten organischen Substanzen, die im Wasser des Ozeans entstanden: a) Proteine; b) Fette; c) Kohlenhydrate; d) Nukleinsäuren?
12. Welche Eigenschaften hatten Konservierungsstoffe: ein Wachstum; b) Stoffwechsel; c) Reproduktion?
13. Welche Eigenschaften sind dem Probionten innewohnend: a) Stoffwechsel; b) Wachstum; c) Reproduktion?
14. Welche Art von Ernährung hatten die ersten lebenden Organismen: a) autotroph; b) heterotroph?
15. Welche organischen Substanzen entstanden mit dem Aufkommen photosynthetischer Pflanzen? : a) Proteine; b) Fette; c) Kohlenhydrate; d) Nukleinsäuren?
16.
Die Entstehung welcher Organismen schuf die Voraussetzungen für die Entwicklung der Tierwelt: a) Bakterien; b) Blaualgen; c) Grünalgen?
Teil B Vervollständigen Sie die Sätze.
1. Die Theorie, die die Erschaffung der Welt durch Gott (Schöpfer) postuliert –….
2. Pränukleäre Organismen, die keinen durch eine Hülle und Organellen begrenzten Kern haben, die zur Selbstreproduktion fähig sind – ....
3. Ein phasengetrenntes System, das wie ein offenes System mit der äußeren Umgebung interagiert, ist….
4. Der sowjetische Wissenschaftler, der die Koazervat-Theorie über den Ursprung des Lebens vorschlug – ....
Teil C Beantworten Sie die Frage.
Listen Sie die wichtigsten Bestimmungen der Theorie der KI auf. Oparina.
Warum gilt die Verbindung von Nukleinsäuren mit Koazervattröpfchen als wichtigster Schritt bei der Entstehung von Leben?
Testarbeit zum Thema „Chemische Organisation der Zelle“
Variante 1
Testen Sie „Testen Sie sich selbst“
2. Welche chemischen Elemente sind in der Zelle enthalten?
Makroelemente: a) Sauerstoff; b) Kohlenstoff; c) Wasserstoff; d) Stickstoff; e) Phosphor; f) Schwefel; g) Natrium; h) Chlor; i) Kalium; j) Kalzium; l) Eisen; m) Magnesium; n) Zink?
3. Wie hoch ist der durchschnittliche Wasseranteil in einer Zelle: a) 80 %; b) 20 %; in 1%?
Welche lebenswichtige Verbindung enthält Eisen: a) Chlorophyll; b) Hämoglobin; c) DNA; d) RNA?
Welche Verbindungen sind Monomere von Proteinmolekülen:
6. Welcher Teil von Aminosäuremolekülen unterscheidet sie voneinander: a) Radikal; b) Aminogruppe; c) Carboxylgruppe?
7. Durch welche chemische Bindung sind Aminosäuren in einem Proteinmolekül der Primärstruktur miteinander verbunden: a) Disulfid; b) Peptid; c) Wasserstoff?
8. Wie viel Energie wird beim Abbau von 1 g Protein freigesetzt: a) 17,6 kJ; b) 38,9 kJ?
9. Was sind die Hauptfunktionen von Proteinen: a) Aufbau; b) katalytisch; c) Motor; d) Transport; e) schützend; f) Energie; g) alles oben Genannte?
10. Welche Verbindungen im Verhältnis zu Wasser sind Lipide: a) hydrophil; b) hydrophob?
11. Wo Fette in Zellen synthetisiert werden: a) in Ribosomen; b) Plastiden; c) EPS?
12. Welche Bedeutung haben Fette für den Pflanzenkörper: a) Membranstruktur; b) Energiequelle; c) Thermoregulation?
13. Durch welchen Prozess entstehen organische Substanzen?
anorganisch: a) Proteinbiosynthese; b)) Photosynthese; c) ATP-Synthese?
14. Welche Kohlenhydrate sind Monosaccharide: a) Saccharose; b) Glukose; c) Fruktose; d) Galaktose; e) Ribose; e) Desoxyribose; g) Zellulose?
15. Welche Polysaccharide sind charakteristisch für Pflanzenzellen: a) Cellulose; b) Stärke; c) Glykogen; d) Chitin?
Welche Rolle spielen Kohlenhydrate in einer tierischen Zelle:
17. Was im Nukleotid enthalten ist: a) Aminosäure; b) stickstoffhaltige Base; c) Phosphorsäurerest; d) Kohlenhydrate?
18. Was für eine Helix ist ein DNA-Molekül: a) einzeln; b) doppelt?
19. Welche Nukleinsäure hat die größte Länge und das größte Molekulargewicht:
a) DNA; b) RNA?
Ergänzen Sie die Sätze
Kohlenhydrate werden in Gruppen eingeteilt………………….
Fette sind…………………
Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren heißt……………
Die Haupteigenschaften von Enzymen sind…………..
DNA erfüllt die Funktionen……………..
RNA erfüllt die Funktionen von……………..
1. Der Gehalt an vier Elementen in der Zelle ist besonders hoch: a) Sauerstoff; b) Kohlenstoff; c) Wasserstoff; d) Stickstoff; e) Eisen; e) Kalium; g) Schwefel; h) Zink; i) Schatz?
2. Welche Gruppe chemischer Elemente macht 1,9 % des Nassgewichts aus?
Zellen; a) Organogene (Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff); c) Makroelemente; b) Mikroelemente?
Welche lebenswichtige Verbindung enthält Magnesium: a) Chlorophyll; b) Hämoglobin; c) DNA; d) RNA?
Welche Bedeutung hat Wasser für das Zellleben:
5. Welche Fette sind löslich in: a) in Wasser; b) Aceton; c) Ausstrahlung; d) Benzin?
6. Wie ist die chemische Zusammensetzung eines Fettmoleküls: a) Aminosäuren; b) Fettsäuren; c) Glycerin; d) Glukose?
7. Welche Bedeutung haben Fette für den tierischen Körper: a) Membranstruktur; b) Energiequelle; c) Thermoregulierung; d) Wasserquelle; d. Alles das oben Genannte?
Wie viel Energie wird beim Abbau von 1 g Fett freigesetzt: a) 17,6 kJ; b) 38,9 kJ?
Was entsteht bei der Photosynthese: a) Proteine; b) Fette; c) Kohlenhydrate?
11. Welche Polysaccharide sind charakteristisch für tierische Zellen: a) Cellulose; b) Stärke; c) Glykogen; d) Chitin?
12. Welche Rolle spielen Kohlenhydrate in einer Pflanzenzelle: a) Aufbau; b) Energie; c) Transport; d) Bestandteil von Nukleotiden?
13. Wie viel Energie wird beim Abbau von 1 g Kohlenhydraten freigesetzt: a) 17,6 kJ; b) 38,9 kJ?
Wie viele der bekannten Aminosäuren sind an der Proteinsynthese beteiligt: a) 20; b) 23; c) 100?
In welchen Zellorganellen werden Proteine synthetisiert: a) in Chloroplasten; b) Ribosomen; c) in Mitochondrien; d) im EPS?
17. Was ist ein Nukleinsäuremonomer:
a) Aminosäure; b) Nukleotid; c) ein Proteinmolekül?
18. Zu welchen Stoffen gehört Ribose: a) Proteine; b) Fette; c) Kohlenhydrate?
19. Welche Substanzen sind in DNA-Nukleotiden enthalten: a) Adenin; b) Guanin; c) Cytosin; d) Uracil; e) Thymin; f) Phosphorsäure: g) Ribose; h) Desoxyribose?
II
. Ergänzen Sie die Sätze
1. Kohlenhydrate werden in Gruppen eingeteilt………………….
2. Fette sind…………………
3. Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren heißt……………
4. Die Haupteigenschaften von Enzymen sind…………..
5. DNA erfüllt die Funktionen……………..
6. RNA erfüllt die Funktionen von……………..
DECODER
Option 1
I a: 2-d, f, g, h, i, j, l, m; 3-a; 4GB; 5 g; 6-a; 7-6; 8-a; 9-f; 10-6; 11-v; 12-a,b; 13-6; 14-b,c,d,f; 15-a,b; 16. Jahrhundert; 17-b,c,d; 18-6; 19-a.
Option Nr. 2
1-a,b,c,d; 2-6; 3-a; 4-d; 5-b,c,d; 6-b,c; 7-d; 8-6; 9 Zoll; 10-a,b; 11. Jahrhundert; 12-a.b,d; 13-a; 14-a; 15-b; 16-b,c,d; 17-6; 18-v; 19-a.b.c,e,f,3.
1. Monosaccharide, Oligosaccharide, Polysaccharide
2. Ester von Glycerin und höheren Fettsäuren
3. Peptid
4. Spezifität und Geschwindigkeitsabhängigkeit der Katalyse hängen von Temperatur, pH-Wert, Substrat und Enzymkonzentration ab
5. Speicherung und Übermittlung erblicher Informationen
6. Messenger-RNAs transportieren Informationen über die Struktur des Proteins vom RK zum Ort der Proteinsynthese; sie bestimmen die Position von Aminosäuren in Proteinmolekülen. Transfer-RNAs transportieren die Aminosäure zum Ort der Proteinsynthese. Ribosomale RNAs sind Teil der Ribosomen und bestimmen deren Struktur und Funktion.
Testarbeit zum Thema „Struktur und Lebenstätigkeit von Zellen“
Variante 1
I. Welche Eigenschaften einer lebenden Zelle hängen von der Funktion biologischer Membranen ab:
a) selektive Permeabilität; b) Aufnahme und Speicherung von Wasser; c) Ionenaustausch; d) Isolation von der Umwelt und Verbindung mit ihr; d. Alles das oben Genannte?
2. Durch welche Teile der Membran fließt Wasser: a) Lipidschicht; b) Proteinporen?
3. Welche zytoplasmatischen Organellen haben eine Einzelmembranstruktur: a) äußere Zellmembran; b) ES; c) Mitochondrien; d) Plastiden; e) Ribosomen; e) Golgi-Komplex; g) Lysosomen?
4. Wie wird das Zellzytoplasma von der Umgebung getrennt: a) ES-Membranen (endoplasmatisches Retikulum); b) die äußere Zellmembran?
Aus wie vielen Untereinheiten besteht ein Ribosom: a) einer; b) zwei; c) drei?
Was in Ribosomen enthalten ist: a) Proteine; b) Lipide; c) DNA; d) RNA?
Welche Organellen sind nur für Pflanzenzellen charakteristisch: a) ES; b) Ribosomen; c) Mitochondrien; d) Plastiden?
Welche der Plastiden sind farblos: a) Leukoplasten; b) Chloroplasten; c) Chromoplasten?
11. Welche Organismen zeichnen sich durch einen Kern aus: a) Prokaryoten; b) Eukaryoten?
12. Welche Kernstruktur ist am Aufbau ribosomaler Untereinheiten beteiligt: a) Kernhülle; b) Nukleolus; c) Atomsaft?
13. Welche der Membrankomponenten bestimmt die Eigenschaft der selektiven Permeabilität: a) Proteine; b) Lipide?
14. Wie passieren große Proteinmoleküle und -partikel die Membran: a) Phagozytose; b) Pinozytose?
15. Welche zytoplasmatischen Organellen haben eine Nichtmembranstruktur: a) ES; b) Mitochondrien; c) Plastiden; d) Ribosomen; d) Lysosomen?
16. Welches Organell verbindet die Zelle zu einem Ganzen, transportiert Stoffe, ist an der Synthese von Proteinen, Fetten und komplexen Kohlenhydraten beteiligt: a) äußere Zellmembran; b) ES; c) Golgi-Komplex?
17. In welcher Kernstruktur findet der Aufbau ribosomaler Untereinheiten statt: a) im Kernsaft; b) im Nukleolus; c) in der Kernhülle?
18. Welche Funktion erfüllen Ribosomen: a) Photosynthese; b) Proteinsynthese; c) Synthese von Fetten; d) ATP-Synthese; d) Transportfunktion?
19. Wie ist die Struktur des ATP-Moleküls: a) Biopolymer; b) Nukleotid; c) Monomer?
20. In welchen Organellen wird ATP in einer Pflanzenzelle synthetisiert: a) in Ribosomen; b) in Mitochondrien; c) in Chloroplasten?
21. Wie viel Energie ist in ATP enthalten: a) 40 kJ; b) 80 kJ; c) 0 kJ?
22. Warum wird Dissimilation als Energiestoffwechsel bezeichnet: a) Energie wird absorbiert; b) Energie wird freigesetzt?
23. Was beinhaltet der Assimilationsprozess: a) Synthese organischer Substanzen unter Energieaufnahme; b) Zersetzung organischer Stoffe unter Energiefreisetzung?
24. Welche in der Zelle ablaufenden Prozesse sind assimilativ: a) Proteinsynthese; b) Photosynthese; c) Lipidsynthese; d) ATP-Synthese; d) Atmen?
25. In welchem Stadium der Photosynthese entsteht Sauerstoff: a) dunkel; b) Licht; c) ständig?
26. Was passiert mit ATP im Lichtstadium der Photosynthese: a) Synthese; b) Aufteilen?
27. Welche Rolle spielen Enzyme bei der Photosynthese: a) neutralisieren; b) katalysieren; c) teilen?
28. Welche Art von Ernährung hat eine Person: a) autotroph; b) heterotroph; c) gemischt?
29. Welche Funktion hat DNA bei der Proteinsynthese: a) Selbstverdopplung; b) Transkription; c) Synthese von tRNA und rRNA?
30. Was entspricht der Information eines Gens eines DNA-Moleküls: ein Eichhörnchen; b) Aminosäure; c) Gen?
31. Warum entspricht einem Triplett und RNA: a) Aminosäure; b) Eichhörnchen?
32. Was entsteht im Ribosom bei der Proteinbiosynthese: a) Protein mit Tertiärstruktur; b) Sekundärstrukturprotein; a) Polypeptidkette?
Option 2
Aus welchen Molekülen besteht eine biologische Membran: a) Proteine; b) Lipide; c) Kohlenhydrate; d) Wasser; d) ATP?
Durch welche Teile der Membran passieren Ionen: a) Lipidschicht; b) Proteinporen?
Welche zytoplasmatischen Organellen haben eine Doppelmembranstruktur: a) ES; b) Mitochondrien; c) Plastiden; d) Golgi-Komplex?
Gemüse; b) Tiere?
Wo werden ribosomale Untereinheiten gebildet, a) im Zytoplasma; b) im Kern; c) in Vakuolen?
In welchen Zellorganellen befinden sich Ribosomen?
7. Warum werden Mitochondrien als Energiestationen der Zellen bezeichnet: a) führen sie die Proteinsynthese durch; b) ATP-Synthese; c) Synthese von Kohlenhydraten; d) ATP-Abbau?
8. Welche Organellen kommen in pflanzlichen und tierischen Zellen gemeinsam vor: a) ES; b) Ribosomen; c) Mitochondrien; d) Plastiden? 9. Welche Plastiden haben eine orangerote Farbe: a) Leukoplasten; b) Chloroplasten; c) Chromoplasten?
10. Welche Plastiden speichern Stärke: a) Leukoplasten; b) Chloroplasten; c) Chromoplasten?
11. Welche Kernstruktur trägt die erblichen Eigenschaften des Organismus: a) Kernmembran; b) Kernsaft; c) Chromosomen; d) Nukleolus?
12. Welche Funktionen hat der Zellkern: a) Speicherung und Übertragung von Erbinformationen; b) Beteiligung an der Zellteilung; c) Teilnahme an der Proteinbiosynthese; d) DNA-Synthese; e) RNA-Synthese; e) Bildung ribosomaler Untereinheiten?
13. Wie heißen die inneren Strukturen der Mitochondrien: a) Grana; b) Cristae; c) Matrix?
14. Welche Strukturen werden von der inneren Membran des Chloroplasten gebildet: a) Thylakoid grana; b) stromale Thylakoide; c) Stroma; d) Cristae?
15. Welche Plastiden sind grün: a) Leukoplasten; b) Chloroplasten; c) Chromoplasten?
16. Welche Plastiden verleihen Blütenblättern, Früchten und Herbstblättern Farbe:
a) Leukoplasten; b) Chloroplasten; c) Chromoplasten?
17. Mit dem Erscheinen welcher Struktur trennte sich der Kern vom Zytoplasma: a) Chromosomen; b) Nukleolus; c) Kernsaft; d) Kernmembran?
18. Was ist die Kernhülle: a) kontinuierliche Hülle; b) poröse Hülle?
19. Welche Verbindungen sind in ATP enthalten: a) stickstoffhaltige Base; b) Kohlenhydrate; c) drei Moleküle Phosphorsäure; d) Glycerin; d) Aminosäure?
20. In welchen Organellen wird ATP in einer tierischen Zelle synthetisiert: a) Ribosomen; b) Mitochondrien; c) Chloroplasten?
21. Durch welchen Prozess in den Mitochondrien wird ATP synthetisiert: a) Photosynthese; b) Atmen; c) Proteinbiosynthese?
22. Warum wird Assimilation als plastischer Austausch bezeichnet: a) Es entstehen organische Substanzen; b) Werden organische Stoffe abgebaut?
23. Was beinhaltet der Dissimilationsprozess: a) Synthese organischer Substanzen unter Energieaufnahme; c) Zersetzung organischer Stoffe unter Energiefreisetzung?
24. Wie unterscheidet sich die Oxidation organischer Substanzen in Mitochondrien?
bei der Verbrennung derselben Stoffe: a) Freisetzung von Wärme; b) Freisetzung von Wärme und Synthese von ATP; c) ATP-Synthese; d) der Oxidationsprozess erfolgt unter Beteiligung von Enzymen; e) ohne Beteiligung von Enzymen?
25. In welchen Zellorganellen findet der Prozess der Photosynthese statt: a) in Mitochondrien; b) Ribosomen; c) Chloroplasten; d) Chromoplasten?
26. Beim Abbau welcher Verbindung wird bei der Photosynthese freier Sauerstoff freigesetzt:
a) C0 2; b) H 2 0; c) ATP?
27. Welche Pflanzen erzeugen die größte Biomasse und geben den meisten Sauerstoff ab:
a) sporentragend; b) Samen; c) Algen?
28. Welche Zellbestandteile sind direkt an der Proteinbiosynthese beteiligt: a) Ribosomen; b) Nukleolus; c) Kernmembran; d) Chromosomen?
29. Welche Kernstruktur enthält Informationen über die Synthese eines Proteins: a) DNA-Molekül; b) Nukleotidtriplett; c) Gen?
30. Aus welchen Bestandteilen besteht der Körper des Ribosoms: a) Membranen; b) Proteine; c) Kohlenhydrate; d) RNA; d) Fette?
31. Wie viele Aminosäuren sind an der Biosynthese von Proteinen beteiligt, a) 100; b) 30; in 20?
32. Wo komplexe Strukturen von Proteinmolekülen gebildet werden: a) im Ribosom; b) in der zytoplasmatischen Matrix; c) in den Kanälen des endoplasmatischen Retikulums?
Untersuchung
Variante 1:
1d; 2b; 3a, f, g; 4b; 5 B; 6a,d; 7b; 8g; 9a; 10b; 11b; 12b; 13b; 14a; 15g; 16b; 17b; 18b; 19b,c; 20b,c; 21b; 22b; 23a; 24a, b, c, d; 25b; 26 a; 27 a, b, c; 28b; 29b, c; 30a; 31a; 32c.
Option 2:
1a,b; 2a4 3b,c; 4a; 5 B; 6a,c,d,e; 7b; 8a,b,c; 9c; 10 A; 11c; 12alle; 13b; 14a,b; 15b; 16c; 17g; 18b; 19a,b,c: 20b; 21b; 22a; 23b; 24c,d; 25 V; 26b; 26b; 28a,d; 29c; 30b,d; 31c; 32c.
Testarbeit zum Thema „Reproduktion und Entwicklung von Organismen“
„Auftauen“
Wie verläuft der Lebenszyklus einer Zelle?
Welche verschiedenen Arten der postembryonalen Entwicklung gibt es?
Wie ist die Blastula aufgebaut?
Welche Funktionen erfüllen Chromosomen?
Was ist Mitose?
Was ist Zelldifferenzierung?
Wie ist die Gastrula aufgebaut?
Welche Keimblätter werden während der Embryonalentwicklung gebildet?
Nennen Sie drei russische Wissenschaftler, die einen großen Beitrag zur Entwicklung der Embryologie geleistet haben.
Listen Sie die Stadien der Embryonalentwicklung mehrzelliger Tiere auf.
Was ist embryonale Induktion?
Welche Vorteile hat die indirekte Entwicklung gegenüber der direkten Entwicklung?
In welche Zeiträume wird die individuelle Entwicklung von Organismen eingeteilt?
Was ist Ontogenese?
Welche Fakten bestätigen, dass der Embryo ein integrales System ist?
Aus welchem Chromosomen- und DNA-Satz bestehen Prophase 1 und Prophase 2 der Meiose?
Was ist die Fortpflanzungszeit?
Was ist der Chromosomen- und DNA-Satz in Metaphase 1 und Metaphase 2 der Meiose?
Wie viele Chromosomen und DNA gibt es während der Anaphase der Mitose und der Anaphase 2 der Meiose?
Listen Sie die Arten der asexuellen Fortpflanzung auf.
Listen Sie die Stadien der Embryogenese auf.
Wie viele Chromosomen und DNA gibt es in den Zellen während der Metaphase der Mitose und der Telophase der Meiose 2?
Was ist der vegetative Pol in der Blastula?
Benennen Sie die Chromosomentypen (nach Struktur).
Was sind Blastocoel und Gastrocoel?
Formulieren Sie das biogenetische Gesetz.
Was ist Zellspezialisierung?
Was ist Meiose?
Wie viele Chromosomen gibt es in den Zellen zu Beginn und am Ende der Mitose?
Was ist Stress?
Listen Sie die Phasen der Meiose auf.
Wie viele Eizellen und Spermien werden bei der Gametogenese gebildet?
Was sind Bivalente?
Wer sind Primär- und Sekundärhöhlentiere?
Was ist eine Neurula?
Aus welchen Perioden besteht die Interphase?
Welche biologische Bedeutung hat die Befruchtung?
Wie endet die zweite meiotische Teilung?
Was ist Homöostase?
Was ist Sporulation?
Was ist die biologische Bedeutung der Fortpflanzung?
Welche Bedeutung hat die Fortpflanzung in der Natur?
Was ist eine Gastrula?
Aus welchen Teilen besteht ein Vogelei?
Welche Funktionen hat eine Zygote?
Wie äußert sich die Regeneration bei hochorganisierten Tieren und Menschen?
Welche Keimblätter werden bei vielzelligen Tieren im Gastrulastadium gebildet?
Listen Sie die Phasen der Meiose auf.
Welche Stadien durchlaufen Tiere während der Entwicklung und Metamorphose?
Was ist direkte und indirekte Entwicklung?
Wie unterscheidet sich die Spaltung von der mitotischen Teilung?
Welche Stadien werden in der postembryonalen menschlichen Entwicklung unterschieden?
Was ist Amitose?
Welche Organe entwickeln sich aus dem Mesoderm im menschlichen Embryo?
Was ist der Chromosomen- und DNA-Satz in Anaphase 1 und Anaphase 2 der Meiose?
Listen Sie die Phasen der Mitose auf.
Was ist die embryonale Entwicklung eines Tieres?
Wie viele Chromosomen und DNA gibt es in Zellen in der Prophase der Mitose und in der Anaphase 2 der Meiose?
Welche Funktionen erfüllen Eizelle und Sperma?
Wie ist die Struktur eines Chromosoms?
Wie viele Chromosomen und DNA wird es in einer Zelle in der Anaphase der Mitose und in der Metaphase 1 der Meiose geben?
Was passiert mit der Zelle in der Interphase?
Listen Sie die Hauptstadien der Eibildung auf.
Was ist Regeneration?
Was ist der Chromosomen- und DNA-Satz in Telophase 1 und Telophase 2 der Meiose?
Wer hat das biogenetische Gesetz geschaffen?
Was ist Konjugation?
Was sind Crossover-Chromosomen?
Wozu führt die Überkreuzung?
Wie können wir die Unterschiede in der Eigröße zwischen Vögeln und Menschen erklären?
Wie ist die Blastula aufgebaut?
In welcher Phase der Meiose findet die Konjugation statt und was ist das?
Wie nennt man die Stadien der Oogenese?
In welcher Phase der Meiose findet Crossing Over statt und was ist das?
Welche biologische Bedeutung hat das Crossing Over?
Aus welcher Keimschicht entsteht das menschliche Herz?
Wie endet die erste meiotische Teilung?
Testen Sie „Testen Sie sich selbst“
1. Welche Art der Zellteilung geht nicht mit einer Abnahme der Chromosomenzahl einher: a) Amitose; b) Meiose; c) Mitose?
2. Welcher Chromosomensatz entsteht bei der mitotischen Teilung eines diploiden Kerns: a) haploid; b) diploid?
3. Wie viele Chromatiden befinden sich am Ende der Mitose in einem Chromosom: a) zwei; b) allein?
4. Welche Teilung geht mit einer Verringerung (Abnahme) der Chromosomenzahl in einer Zelle um die Hälfte einher: a) Mitose; 6) Amitose; c) Meiose? 5. In welcher Phase der Meiose findet die Chromosomenkonjugation statt: a) in der Prophase 1; 6) in Metaphase 1; c) in der Prophase 2?
6. Welche Fortpflanzungsmethode ist durch die Bildung von Gameten gekennzeichnet: a) vegetativ; b) asexuell; c) sexuell?
7. Welchen Chromosomensatz haben Spermien: a) haploid; b) diploid?
8. In welcher Zone während der Gametogenese findet die meiotische Zellteilung statt:
a) in der Wachstumszone; 6) in der Brutzone; c) in der Reifezone?
9. Welcher Teil des Spermas und der Eizelle ist Träger der genetischen Information: a) Membran; b) Zytoplasma; c) Ribosomen; d) Kern?
10. Die Entwicklung der Keimschicht ist mit dem Auftreten der sekundären Körperhöhle verbunden: a) Ektoderm; b) Mesoderm; c) Endoderm?
11. Aufgrund welcher Keimschicht wird die Chorda dorsalis gebildet: a) Ektoderm; b) Endoderm; c) Mesoderm?
Möglichkeit 2
1. Welche Teilung ist charakteristisch für somatische Zellen: a) Amitose; b) Mitose; c) Meiose?
2. Wie viele Chromatiden befinden sich in einem Chromosom zu Beginn der Prophase: a) eines; b) zwei?
3. Wie viele Zellen werden durch Mitose gebildet: a) 1; b) 2; c) 3; d) 4?
4. Durch welche Art der Zellteilung entstehen vier haploide Zellen:
a) Mitose; b) Meiose; c) Amitose?
Welchen Chromosomensatz hat eine Zygote: a) haploid; b) diploid?
Was entsteht bei der Oogenese: a) Spermien; b) Ei; c) Zygote?
7. Welche Art der Fortpflanzung von Organismen entstand später als alle anderen im Evolutionsprozess: a) vegetativ; b) asexuell; c) sexuell?
9. Warum wird das Stadium eines zweischichtigen Embryos Gastrula genannt:
a) sieht aus wie ein Magen; b) hat eine Darmhöhle; c) hat einen Magen?
10. Mit der Entstehung welcher Keimschicht beginnt die Entwicklung von Geweben und Organsystemen:
a) Ektoderm; b) Endoderm; c) Mesoderm?
11. Welche Keimschicht bildet das Rückenmark: a) Ektoderm; b) Mesoderm; c) Endoderm?
Untersuchung
Option 1
1c ; 2b; 3b; 4c; 5a; 6c; 7a; 8c; 9g; 10b; 11v
Option Nr. 2
1b; 2b; 3b; 4b; 5 B; 6b; 7c; 8a; 9b; 10 V; 11a.
Abschließende Prüfung
TESTARBEIT FÜR DEN KURS
„Allgemeine Biologie“ 10. Klasse
Variante 1.
Anleitung für Studierende
Der Test besteht aus den Teilen A, B, C. Für die Bearbeitung sind 60 Minuten vorgesehen. Lesen Sie jede Aufgabe und ggf. die vorgeschlagenen Antwortmöglichkeiten sorgfältig durch. Antworten Sie erst, nachdem Sie die Frage verstanden und alle möglichen Antworten berücksichtigt haben.
Erledigen Sie die Aufgaben in der angegebenen Reihenfolge. Wenn Ihnen eine Aufgabe Schwierigkeiten bereitet, überspringen Sie sie und versuchen Sie, die Aufgaben zu erledigen, deren Antworten Sie zuversichtlich finden. Sie können zu verpassten Aufgaben zurückkehren, wenn Sie Zeit haben.
Für die Erledigung von Aufgaben unterschiedlicher Komplexität werden ein oder mehrere Punkte vergeben. Die Punkte, die Sie für erledigte Aufgaben erhalten, werden summiert. Versuchen Sie, so viele Aufgaben wie möglich zu erledigen und die meisten Punkte zu erzielen.
Wir wünschen Ihnen viel Erfolg!
Zum ersten Mal gelang es dem amerikanischen Wissenschaftler Stanley Miller, organische Moleküle – Aminosäuren – unter Laborbedingungen zu gewinnen, die denen der Urerde nachempfunden waren. Dann wurden diese Experimente zu einer Sensation und ihr Autor erlangte weltweite Berühmtheit. Derzeit forscht er weiterhin an der University of California auf dem Gebiet der präbiotischen Chemie (vor dem Leben). Die Anlage, an der das erste Experiment durchgeführt wurde, war ein Kolbensystem, in dem es möglich war, eine starke elektrische Entladung bei einer Spannung von 100.000 V zu erzeugen. Miller füllte diesen Kolben mit natürlichen Gasen – Methan, Wasserstoff und Ammoniak. die in der Atmosphäre der Urerde vorhanden waren. Der Kolben darunter enthielt eine kleine Menge Wasser, was den Ozean simulierte. Die elektrische Entladung war nahezu blitzstark und Miller erwartete, dass unter ihrer Wirkung chemische Verbindungen gebildet würden, die, wenn sie ins Wasser gelangten, miteinander reagieren und komplexere Moleküle bilden würden. Das Ergebnis übertraf alle Erwartungen. Nachdem er die Anlage am Abend ausgeschaltet hatte und am nächsten Morgen zurückkam, stellte Miller fest, dass das Wasser im Kolben eine gelbliche Farbe angenommen hatte. Es entstand eine Suppe aus Aminosäuren, den Bausteinen von Proteinen. Somit zeigte dieses Experiment, wie leicht die Grundbestandteile des Lebens gebildet werden können. Alles, was benötigt wurde, war eine Mischung aus Gasen, ein kleiner Ozean und ein wenig Blitz.
Andere Wissenschaftler neigen zu der Annahme, dass sich die antike Atmosphäre der Erde von der von Miller modellierten unterscheidet und höchstwahrscheinlich aus Kohlendioxid und Stickstoff bestand. Mit diesem Gasgemisch und Millers Versuchsaufbau versuchten Chemiker, organische Verbindungen herzustellen. Allerdings war ihre Konzentration im Wasser so unbedeutend, als würde man einen Tropfen Lebensmittelfarbe in einem Schwimmbecken auflösen. Natürlich ist es schwer vorstellbar, wie in einer so verdünnten Lösung Leben entstehen könnte. Wenn der Beitrag irdischer Prozesse zur Bildung von Reserven an primärer organischer Substanz tatsächlich so unbedeutend war, woher kam er dann überhaupt? Vielleicht aus dem Weltraum? Asteroiden, Kometen, Meteoriten und sogar interplanetare Staubpartikel könnten organische Verbindungen, einschließlich Aminosäuren, transportieren. Diese außerirdischen Objekte könnten ausreichende Mengen organischer Verbindungen liefern, damit die Entstehung des Lebens in den Urozean oder ein kleines Gewässer gelangen kann. Die Abfolge und der zeitliche Abstand der Ereignisse, beginnend mit der Bildung primärer organischer Substanz und endend mit der Entstehung des Lebens als solchem, bleiben und werden wahrscheinlich für immer ein Rätsel bleiben, das viele Forscher beunruhigt, ebenso wie die Frage, was genau das ist betrachtetes Leben.
Der Prozess der Bildung der ersten organischen Verbindungen auf der Erde wird chemische Evolution genannt. Es ging der biologischen Evolution voraus. Die Stadien der chemischen Evolution wurden von A. I. Oparin identifiziert.
Stufe I– nicht biologisch oder abiogen (aus dem Griechischen u, un – negatives Teilchen, bios – Leben, genesis – Ursprung). Zu diesem Zeitpunkt fanden in der Erdatmosphäre und im Wasser des Primärozeans, das mit verschiedenen anorganischen Substanzen gesättigt war, unter Bedingungen intensiver Sonneneinstrahlung chemische Reaktionen statt. Bei diesen Reaktionen könnten aus anorganischen Stoffen einfache organische Stoffe entstehen – Aminosäuren, einfache Kohlenhydrate, Alkohole, Fettsäuren, stickstoffhaltige Basen.
Die Möglichkeit, in den Gewässern des Primärozeans organische Substanzen aus anorganischen zu synthetisieren, wurde in den Experimenten des amerikanischen Wissenschaftlers S. Miller und der einheimischen Wissenschaftler A. G. Pasynsky und T. E. Pavlovskaya bestätigt.
Miller entwarf eine Anlage, in die ein Gasgemisch eingebracht wurde – Methan, Ammoniak, Wasserstoff, Wasserdampf. Diese Gase könnten Teil der Primäratmosphäre gewesen sein. In einem anderen Teil der Apparatur befand sich Wasser, das zum Kochen gebracht wurde. In der Apparatur unter hohem Druck zirkulierende Gase und Wasserdampf wurden eine Woche lang elektrischen Entladungen ausgesetzt. Dadurch entstanden in der Mischung etwa 150 Aminosäuren, von denen einige Bestandteil von Proteinen sind.
Anschließend wurde die Möglichkeit der Synthese anderer organischer Substanzen, einschließlich stickstoffhaltiger Basen, experimentell bestätigt.
Stufe II- Synthese von Proteinen – Polypeptiden, die aus Aminosäuren im Wasser des Primärozeans gebildet werden könnten.
Stufe III– das Auftreten von Koazervaten (vom lateinischen coacervus – Gerinnsel, Haufen). Amphotere Proteinmoleküle können sich unter bestimmten Bedingungen spontan konzentrieren und kolloidale Komplexe bilden, die als Koazervate bezeichnet werden.
Koazervattröpfchen entstehen, wenn zwei verschiedene Proteine vermischt werden. Eine Lösung eines Proteins in Wasser ist transparent. Beim Mischen verschiedener Proteine wird die Lösung trüb und unter dem Mikroskop sind im Wasser schwimmende Tropfen sichtbar. Solche Tropfen – Koazervate – könnten in den Gewässern des Urmeeres entstanden sein, in denen sich verschiedene Proteine befanden.
Einige Eigenschaften von Koazervaten ähneln äußerlich den Eigenschaften lebender Organismen. Beispielsweise „saugen“ sie bestimmte Stoffe aus der Umwelt auf, reichern sie selektiv an und nehmen an Größe zu. Es ist davon auszugehen, dass Stoffe im Inneren der Koazervate chemische Reaktionen eingingen.
Da die chemische Zusammensetzung der „Brühe“ in verschiedenen Teilen des Urozeans unterschiedlich war, waren die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften der Koazervate nicht gleich. Zwischen Koazervaten könnten sich Konkurrenzbeziehungen um in der „Brühe“ gelöste Stoffe gebildet haben. Allerdings können Koazervate nicht als lebende Organismen betrachtet werden, da ihnen die Fähigkeit fehlte, sich wie ihresgleichen zu vermehren.
Stufe IV– die Entstehung von Nukleinsäuremolekülen, die zur Selbstreproduktion fähig sind.
Untersuchungen haben gezeigt, dass sich kurze Nukleinsäureketten ohne Verbindung mit lebenden Organismen verdoppeln können – im Reagenzglas. Es stellt sich die Frage: Wie ist der genetische Code auf der Erde entstanden?
Der amerikanische Wissenschaftler J. Bernal (1901-1971) bewies, dass Mineralien eine große Rolle bei der Synthese organischer Polymere spielen. Es hat sich gezeigt, dass eine Reihe von Gesteinen und Mineralien – Basalt, Ton, Sand – informative Eigenschaften haben, beispielsweise kann auf Tonen die Synthese von Polypeptiden durchgeführt werden.
Offenbar entstand zunächst ein eigenständiger „mineralogischer Code“, in dem die Rolle von „Buchstaben“ Aluminium-, Eisen- und Magnesiumkationen spielten, die sich in verschiedenen Mineralien in einer bestimmten Reihenfolge abwechselten. In Mineralien kommen drei-, vier- und fünfbuchstabige Codes vor. Dieser Code bestimmt die Reihenfolge der Aminosäuren, die zu einer Proteinkette zusammengefügt werden. Dann ging die Rolle der Informationsmatrix von Mineralien auf RNA und dann auf DNA über, die sich als zuverlässiger für die Übertragung erblicher Merkmale erwies.
Die Prozesse der chemischen Evolution erklären jedoch nicht, wie lebende Organismen entstanden sind. Die Prozesse, die zum Übergang vom Nichtleben zum Leben führten, wurden von J. Bernal Biopoese genannt. Die Biopoese umfasst Stadien, die der Entstehung der ersten lebenden Organismen vorausgegangen sein müssen: das Auftreten von Membranen in Koazervaten, den Stoffwechsel, die Fähigkeit zur Selbstreproduktion, die Photosynthese und die Sauerstoffatmung.
Die Entstehung der ersten lebenden Organismen könnte durch die Bildung von Zellmembranen durch die Ausrichtung von Lipidmolekülen auf der Oberfläche von Koazervaten verursacht worden sein. Dies gewährleistete die Stabilität ihrer Form. Der Einschluss von Nukleinsäuremolekülen in die Koazervate stellte deren Fähigkeit zur Selbstreplikation sicher. Bei der Selbstreproduktion von Nukleinsäuremolekülen entstanden Mutationen, die als Material für die natürliche Selektion dienten.
Auf der Basis von Koazervaten könnten also die ersten Lebewesen entstehen. Sie waren offenbar Heterotrophe und ernährten sich von energiereichen, komplexen organischen Substanzen, die im Wasser des Urmeeres enthalten waren.
Mit zunehmender Zahl der Organismen verschärfte sich die Konkurrenz zwischen ihnen, da das Nährstoffangebot im Meerwasser abnahm. Einige Organismen haben die Fähigkeit erworben, mithilfe von Sonnenenergie oder der Energie chemischer Reaktionen organische Substanzen aus anorganischen zu synthetisieren. So entstanden Autotrophe, die zur Photosynthese oder Chemosynthese fähig sind.
Die ersten Organismen waren Anaerobier und gewannen Energie durch sauerstofffreie Oxidationsreaktionen wie Fermentation. Allerdings führte das Aufkommen der Photosynthese zu einer Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre. Das Ergebnis war die Atmung, ein sauerstoffbasierter, aerober Oxidationsweg, der etwa 20-mal effizienter ist als die Glykolyse.
Das Leben entwickelte sich zunächst in den Meeresgewässern, da starke ultraviolette Strahlung schädliche Auswirkungen auf Organismen an Land hatte. Die Entstehung der Ozonschicht durch die Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre schuf die Voraussetzungen dafür, dass lebende Organismen das Land erreichen konnten.
Derzeit gibt es mehrere wissenschaftliche Definitionen des Lebens, die jedoch nicht alle korrekt sind. Einige von ihnen sind so breit, dass unbelebte Objekte wie Feuer oder Mineralkristalle darunter fallen. Andere sind zu eng, und ihrer Meinung nach werden Maultiere, die nicht gebären, nicht als lebend anerkannt.
Einer der erfolgreichsten definiert das Leben als ein sich selbst erhaltendes chemisches System, das in der Lage ist, sich gemäß den Gesetzen der darwinistischen Evolution zu verhalten. Das bedeutet, dass eine Gruppe lebender Individuen zunächst ähnliche Nachkommen hervorbringen muss, die die Eigenschaften ihrer Eltern erben. Zweitens müssen sich in Generationen von Nachkommen die Folgen von Mutationen manifestieren – genetische Veränderungen, die an nachfolgende Generationen vererbt werden und zu Populationsvariabilität führen. Und drittens ist es notwendig, dass ein System der natürlichen Selektion funktioniert, wodurch einige Individuen einen Vorteil gegenüber anderen erlangen und unter veränderten Bedingungen überleben und Nachkommen zeugen.
Welche Elemente des Systems waren notwendig, damit es die Eigenschaften eines lebenden Organismus aufwies? Viele Biochemiker und Molekularbiologen glauben, dass RNA-Moleküle über die notwendigen Eigenschaften verfügen. Ribonukleinsäuren sind spezielle Moleküle. Einige von ihnen können sich replizieren, mutieren und so Informationen weitergeben und könnten daher an der natürlichen Selektion teilnehmen. Zwar sind sie nicht in der Lage, den Replikationsprozess selbst zu katalysieren, obwohl Wissenschaftler hoffen, dass in naher Zukunft ein RNA-Fragment mit einer solchen Funktion gefunden wird. Andere RNA-Moleküle sind daran beteiligt, genetische Informationen zu „lesen“ und sie an Ribosomen zu übertragen, wo die Synthese von Proteinmolekülen stattfindet, an der die dritte Art von RNA-Molekülen beteiligt ist.
Somit könnte das primitivste lebende System durch RNA-Moleküle repräsentiert werden, die sich vervielfältigen, Mutationen unterliegen und der natürlichen Selektion unterliegen. Im Laufe der Evolution entstanden auf Basis der RNA spezialisierte DNA-Moleküle – die Hüter der genetischen Information – und nicht minder spezialisierte Proteinmoleküle, die die Funktion von Katalysatoren für die Synthese aller derzeit bekannten biologischen Moleküle übernahmen.
Irgendwann fand ein „lebendes System“ aus DNA, RNA und Proteinen Schutz in einem von einer Lipidmembran gebildeten Beutel, und diese Struktur, die besser vor äußeren Einflüssen geschützt war, diente als Prototyp der allerersten Zellen, aus denen sie hervorgingen zu den drei Hauptzweigen des Lebens, die in der modernen Welt durch Bakterien, Archaeen und Eukaryoten repräsentiert werden. Das Datum und die Reihenfolge des Auftretens solcher Primärzellen bleiben ein Rätsel. Darüber hinaus bleibt nach einfachen probabilistischen Schätzungen nicht genügend Zeit für den evolutionären Übergang von organischen Molekülen zu den ersten Organismen – die ersten einfachsten Organismen erschienen zu plötzlich.
Viele Jahre lang glaubten Wissenschaftler, dass es unwahrscheinlich sei, dass in der Zeit, in der die Erde ständig von großen Kometen und Meteoriten getroffen wurde, Leben entstanden und sich weiterentwickelt hätte – eine Zeit, die vor etwa 3,8 Milliarden Jahren endete. Vor Kurzem wurden jedoch in den ältesten Sedimentgesteinen der Erde im Südwesten Grönlands Spuren komplexer Zellstrukturen entdeckt, die mindestens 3,86 Milliarden Jahre alt sind. Das bedeutet, dass die ersten Lebensformen Millionen von Jahren entstanden sein könnten, bevor die Bombardierung unseres Planeten durch große kosmische Körper aufhörte. Dann ist aber ein völlig anderes Szenario möglich (Abb. 4). Organische Materie fiel aus dem Weltraum zusammen mit Meteoriten und anderen außerirdischen Objekten auf die Erde, die den Planeten seit seiner Entstehung Hunderte Millionen Jahre lang bombardierten. Heutzutage ist eine Kollision mit einem Meteoriten ein eher seltenes Ereignis, aber auch heute noch gelangen genau die gleichen Verbindungen aus dem Weltraum zusammen mit interplanetarem Material auf die Erde wie zu Beginn des Lebens.
Auf die Erde fallende Weltraumobjekte könnten eine zentrale Rolle bei der Entstehung des Lebens auf unserem Planeten gespielt haben, da nach Ansicht einiger Forscher bakterienähnliche Zellen auf einem anderen Planeten entstanden sein und dann zusammen mit Asteroiden die Erde erreicht haben könnten. Ein Beweisstück, das die Theorie der außerirdischen Ursprünge des Lebens stützt, wurde in einem Meteoriten gefunden, der die Form einer Kartoffel hat und den Namen ALH84001 trägt. Dieser Meteorit war ursprünglich ein Stück Marskruste, das dann infolge einer Explosion ins All geschleudert wurde, als vor etwa 16 Millionen Jahren ein riesiger Asteroid mit der Marsoberfläche kollidierte. Und vor 13.000 Jahren landete dieses Stück Marsgestein in Form eines Meteoriten nach einer langen Reise durch das Sonnensystem in der Antarktis, wo es kürzlich entdeckt wurde. Eine detaillierte Untersuchung des Meteoriten brachte in seinem Inneren stäbchenförmige Strukturen zutage, die versteinerten Bakterien ähnelten, was zu einer hitzigen wissenschaftlichen Debatte über die Möglichkeit von Leben tief in der Marskruste führte. Eine Beilegung dieser Streitigkeiten wird frühestens 2005 möglich sein, wenn die Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde der Vereinigten Staaten von Amerika ein Programm umsetzen wird, um ein interplanetares Raumschiff zum Mars zu fliegen, um Proben der Marskruste zu entnehmen und zur Erde zu liefern. Und wenn es Wissenschaftlern gelingt zu beweisen, dass einst Mikroorganismen auf dem Mars lebten, können wir mit größerer Sicherheit über den außerirdischen Ursprung des Lebens und die Möglichkeit einer Einschleppung von Leben aus dem Weltraum sprechen.
