Die Evolution des Stoffwechsels

Nach der Hypothese des Chemikers Günther Wächtershäuser entstanden die ersten Protobionten aus einer Reaktion an Pyrit:

FeS + H2S   ----------> FeS2   + H2

Diese exotherm verlaufende Reaktion begünstigte eine weitere Reaktion, die CO2 - Reduktion.

FeS + H2S + HCO3- --> FeS2 + H2O + HCOO-

Mit Fortschreiten der Reaktion setzte der wachsende Pyritkristall immer mehr Energie frei. Er wurde somit zur Energiequelle diverser chemischer Reaktionen. Dabei entstand unter anderem aktivierte Ameisen- und Essigsäure. An der Oberfläche des Kristall wurden diese negativ geladenen Teilchen festgehalten und konnten nun weiter miteinander reagieren. So entstanden immer komplexere Verbindungen, die in Wechselwirkung zueinander traten.

Aus Fettsäuren entstand nun eine Membran um den weiter wachsenden Pyritkristall und schloss diesen ein. Somit war ein abgegrenzter Reaktionsraum um eine Energiequelle geschaffen.

Als Beweis für die Hypothese spricht, dass man in Archaebakterien Pyritkristalle entdeckt hat.

Mit der Zeit sammelten sich verschiedene organische Verbindungen in den Zwischenräumen des Pyritkristalls und lagerten sich zu Makromolekülen um.

Vermutlich benutzten sogar diese Protobionten ATP als Energieträger.

Als sich der Vorrat an Pyrit erschöpfte, kam es zur ersten Energiekrise für die damaligen Lebensformen. Diese Selektion überstanden nur Protobionten, die Licht zur Gewinnung von Energie nutzen konnten.

Sie absorbierten das Licht mit Hilfe eines bestimmten Farbstoffes und konnten nun unter Ausbildung eines Elektronengefälles ATP produzieren. Dieser Prozess ist als anaerobe Photosyntese bekannt und kommt heutzutage noch in sogenannten Halobakterien vor.

Das heißt, dass in diesen Lebensformen eine Photosyntese stattfand, die ohne Elektronentransportkette und O2-Produktion ablief.

Die Ausbildung einer Elektonentransportkette war ein weiterer wichtiger Schritt und stellte einen Selektionsvorteil dar.

Der Wasserstoffspender dieser Protobionten war damals noch H2S, das in der damaligen Atmosphäre vorkam. Noch heute gibt es Schwefelbakterien, die H2S statt H2O als Wasserstoffquelle nutzen.

Der Vorrat an H2S war in der damaligen Atmosphäre stark begrenzt und somit setzte erneut eine Energiekrise ein.

Im Selektionsvorteil waren nun die Protobionten, die H2O als Protonenquelle nutzen konnten. Die Zeit der aeroben Photosyntese begann.

Ein Produkt dieser Reaktion war O2, das sich daraufhin in der Atmosphäre anreicherte. Dieser Sauerstoff war für die damaligen Lebensformen giftig, denn sie konnten nicht mit der oxidierenden Wirkung des Gases fertig werden.

Somit gab es erneut eine Krise, und nur wenige Protobionten konnten sich den neuen Bedingungen anpassen.

Mit der Zeit aber begannen diese Zellen den Sauerstoff zu nutzen. Das Zeitalter der Atmung begann, d.h. die Protobionten nutzten nun den Sauerstoff, um durch vollständige Oxidation von Nährstoffen (Glukose) Energie zu gewinnen.

Somit stieg die Energieausbeute wieder gewaltig an, was wieder zu einem Selektionsvoteil führte.

Dies war die Entstehung der ersten Prokaryonten und somit begann die Zeit der biologischen Evolution.

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