Supernova
ist das kurzzeitige, helle Aufleuchten eines massenreichen Sterns am ende seiner Lebenszeit durch eine Explosion, bei welcher der ursprüngliche Stern selbst vernichtet wird
Die Leuchtkraft des Sterns nimmt dabei millionen- bis milliardenfach zu, er wird für kurze Zeit so hell wie eine ganze Galaxie.
Urknall
stellare Nukleosynthese, die hauptsächnlich auf Kernfusion, in Sternen (Supernoven) enstehen
Entstehung schwerster Elemente in Supernovae
viel Energie wird dazu benötigt, bei 8 Sonnenmassen schreitet die Kontraktion sehr schnell voran, der Stern implodiert
bei dieser Verdichtung wird eine große Menge an Gravitationsenergie freigesetzt mit Erhöhunng der Temperatur und sorgt damit für eine explosionsartige Ausweitung der möglichen Kernreaktionen im gesamten Sternvolumen. Diese Masse wird in den interstellaren Raum geschleudert.
Enstehung der Elemente
primordinale Nukleosynthese: kurz nach dem Urknall enstehen leichte Elemente
alte Sterne beinhalten nur ganz geringe Mengen der Metalle
jüngere Sterne enthalten größere Mengen der Metalle
H und He(<Li) enstehen:
durch H- und He-Gaswolken bildeten sich durch Anziehungskräfte erste Sterne. In diesen Sternen enstanden durch Fusionsprozesse scherere Elemente bis zur Masse 60 Eisen und Nickel. Hier endet die positive Energiebilanz der Fusionsreaktionen. Elemente mit größeren Massenzahlen als 60 können ohne stellare Brennprozesse nicht mehr entstehen!
Danach enstehen die nächst häufigsten Grundstoffe im Universum Kohlenstoff, Neon, Natrium und Magnesium gefolgt von Sauerstoff, Silicium, Phosphor und Schwefel
Enstehung der Sonne
vor 4,6 Mrd. Jahren
ein leuchtender Himmelskörper formt sich aus einer riesigen Gaswolke. Um ihn kreisen zahllose Gesteinsbrocken
Enstehung der Erde
vor 4,5 Mrd. Jahren
Brocken klumpen zu Planeten-Vorläufern zusammen - darunter die junge Erde, die noch glühend heiß ist
Mond geht auf
4,5 Mrd. Jahren
Aus Regen wird ein Meer
4,2 Mrd. Jahren
Erdvulkane speien Gase aus, darunter Wasserdampf
Planet kühlt ab ➡️ Wolken ➡️ es regnet viele Millionen Jahre lang
weltumspannender Urozean
Entwicklung des Lebens
Kontinente formen sich
Mikroben entwickeln die Photosynthese
Aus Erbgut wird vielschichtigeres Leben
Genetische Zufälle
Die Erde friert ein
Entwicklung zwahlreicher Tierarten
Spezies bevölkern das Land
Entwicklung der Dinosauerier
Dinosaurier sterben und neue Arten entstehen
Entwicklung von Primaten zum Menschen
Ursprung des Sonnensystems
Milliarden kleine Himmelskörper und Staubteilchen umschwirren die Sonne. Im Laufe von einigen zehntausend Jahren haben sich einige von ihnen zu größeren Gesteins- und Eisbrocken verklumpt, zum Teil einige hundert Kilometer groß. Aus einem dieser Körper wird nach vielen Millionen Jahren die Erde entstehen
weder kugelförmig noch blau, stabilisierender Mond fehlt, Erde torkelt durchs All
kahl und extrem heiß ➡️ Dauerbeschuss vagabundierender Gesteinsbrocken, Meere aus Lava ➡️ nimmt Gestalt eines glühenden Balls an
Planet wächst, Schwermetalle wie Eisen und Nickel wandern in die Tiefe und bilden den gewaltigen Erdkern
Erde rotiert wesentlich schneller als heute, wird erst durch den Mond gebremst
Der Crash
70 Mio Jahre nachdem die Sonne zum ersten Mal aufleuchtet ➡️ Kollision
Himmelskörper (Masse des Mars) kracht mit 36 000km/h in den Planeten
schräge Aufprall ➡️ Teile des Erdmantels werden weggerissen und ins All geschleudert ➡️ Gesteinswolke umkreist die Erde
Wolke kühlt ab ➡️ Partikel werden geordneter und formen sich zu einer Scheibe ➡️ verklumpen zu größeren Brocken, dem Mond, der von der Erdanziehung auf einer dauerhaften Umlaufbahn gehalten wird
Erdkruste
Boden der Erde
10-20km Dicke oder Tiefe
aus eher festem, spröden Gestein
danach langsam ein fließender Übergang in den Erdmantel
Erdmantel
ab 30km Tiefe wird das Gestein durch hohen Druck und immer stärker ansteigende Temperaturen plastischer und verformbarer. Noch bis 120km Tiefe kann das Gestein aber auch spräde bleiben. Zusammen mit der Erdkruste wird dieser Bereich auch als Lithosphäre bezeichnet.
obere Mantelbereich
120 - 660km Tiefe
Asthenospäre
untere Mantelbereich
= Übergangszone
2900km tief
2700 Grad Celsius
Motor der die Oberfläche unserer Erde in ständiger bewegung hält
Konvektionsbewegungen
im Erdmantel
ähnlich wie Lava Lampe
in größeren Tiefen erhitzt sich Gesteinsmaterial im Erdinneren
steigt auf zur Erdkruste
kühlt dabei ab
versinkt wieder
Kontinentalplatten bewegen sich dadurch
Drift der Kontinente
Auffaltung von Gebirgen
Vulkanausbrüche
Äußere Erdkern
D-Schicht:
Grenzschicht zwischen unterem Erdmantel und äußerem Erdkern
200km dick
in 3000km Tiefe
5000 Grad Celcius
Gestein wird flüssig
besteht aus Nickel und Eisen
elektrisch leitend
Erdmagnetfeld
reicht bis in 5150km Tiefe
Innerer erdkern
3,5 Millionen bar Druck und 5000 Grad Celcius
Nickel und Eisen ➡️ feste rotierende Metallkugel
Mittelpunkt der Erde: in 6378km Tiefe
Hitze durch radioaktiven Zerfall von Elementen
Motor für die Bewegungen im Erdinneren, für Erdbeben, Vulkanausbrüche
Enstehung der Erde - Aus Regen wird ein Meer
Enstehung der Erde - Entwicklung des Lebens
4 Mrd. Jahren
erste lebende Zellen in den steinernden Wänden von kaminartigen Schloten in der Tiefsee
Nachfahren dieser Mikroben: Bakterien und Archaeen
Enstehung der Erde - Kontinente formen sich
3,1 Mrd. Jahren
Magma drängt aus dem Erdinneren an die Oberfläche und türmt sich nach und nach zu Inseln und schließlich zum ersten Kontinekt auf
Enstehung der Erde - Mikroben entwickeln die Photosynthese
2,7 Mrd. Jahre
winzige Einzeller lernen, das Licht der Sonne einzufangen und können mit dessen Energie nun organsiche Verbindungen herstellen. Dieses Prinzip werden später die Pflanzen nutzen
Enstehung der Erde - Aus Erbgut wird vielschichtigeres Leben
2 Mrd. Jahren
spezielle Mikroben (Eukaryoten) verpacken ihr Erbgut in einem Zellkern, ein entscheidender Schritt aud dem Weg zu vielschichtigeren Lebewesen
Enstehung der Erde - Genetische Zufälle
1,2 Mrd. Jahre
aus Eukaryoten entwockeln sich durch genetische Zufälle mehrzellige Wesen. Sie sind die urahnen aller Pflanzen und Tiere
Enstehung der Erde - Die Erde friert ein
720 Mio. Jahren
Das Klima wandelt sich dramatisch: Ein Eispanzer bedeckt zweitweilig fast den ganzen Planeten
Enstehung der Erde - Entwicklung zwahlreicher Tierarten
540 Mio. Jahren
nach dem Ende der Eiszeit
Vertreter fast aller Stämme die es heute gibt
Enstehung der Erde - Spezies bevölkern das Land
460 Mio. Jahren
Pflanzen und Tieren gelingt es erstmals im Trockenen zu überleben, immer neue Spezies bevölkern die Landmassen
Enstehung der Erde - Entwicklung der Dinosauerier
230 Mio Jahren
dominieren mehr als 160 Mio. Jahre das Land
Enstehung der Erde - Dinosaurier sterben und neue Arten entstehen
66 Mio. Jahren
Asteroideneinschlag
Stunde der Säugetiere
Enstehung der Erde - Entwicklung von Primaten zum Menschen
49 Mio Jahren
Affenähnliche, intelligente Tiere entwickeln sich
pflegen ihren Nachwuchs intensiv
entfernte Vorfahren der Spezies Mensch
Zeitepochen der Erde
Hadaikum
C-Isotopie mit Hinweis auf Leben
chemische Evolution
Archaikum
Mikroorganismen Fossilien
Archaeen, Bakterien
O2 in der Atmosphäre
Cyanobakterien
Photosynthese
Proterozoikum
frühe Eukaryoten
Phanerozoikum
Vielzeller
Känozoikum
Elemente - Pflanze
Wasser
80-85% bei Pflanze
70% bei Tieren und Bakterien
Nährstoff
Lösungsmittel: für Zellstreckung, Turgor
Pflanze verliert 90% Wasser aufgrund der Transpiration
Gewicht einer Pflanze kommt durch die Assimilation von CO2 aus der Atmosphäre (NICHT von Wasser oder Mineralstoffen)
Pflanzen benötigen dazu noch 9 Makro- und 8 Mikronährstoffe
essentielle 17 Elemente
für Wachstum von Samen
➡️ Pflanzen-Lebenszyklus
Mikronährstoffe Pflanze
werden in sehr geringen Konzentrationen benötigt
8 Mikronährstoffe:
Eisen
Chlor
Kupfer
zink
Mangan
Molybdän
Bor
Nickel
Defizit kann Pflanze schwächen oder umbringen
Makronährstoffe Pflanze
werden in großen Mengen benötigt
9 Makronährstoffe
Kohlenstoff
Wasserstoff
Sauerstoff
Stickstoff
Schwefel
Phosphor
Kalium
Calcium
Magnesium
Enstehung des Lebens - Theorie 1: Am Anfang war der Ur Ozean
Enstehung des Lebens - Theorie 2: Ursuppe
Enstehung des Lebens - Theorie 3: Kometen als Lebensspender
kosmische Evolution
Murchison-Meteorit: Teile davon wurden in Wasser übergeführt und es zeigen sich, dass in diesem Wasser Biomoleküle wie AS, Nucleotidbasen und Zucker zu finden waren, die im Gestein gewesen sein müssten
Entstehung des Universums, Materie, Raum und Zeit
vor 13,7 Milliarden Jahren
Chemischer Bau:
Wasser (H2O) = Sauerstoff + 2x Wasserstoff (“Diwasserstoffmonoxid”)
das Molekül ist gewinkelt (105 Grad)
Sauerstoff zieht die freien Elektronen an sich ➡️ ausgeprägte Partialladungen ➡️ Dipol
Sauerstoffatom in der Mitte der Pyramide, H-Atome an den gegenüberloiegenden Ecken ebenso wie die freien Elektronenpaare des Sauerstoffs
Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen
elektrische Dipolkräfte
Van-der-Waals-Kräfte
Wasser - Funktion
universelles Lösungsmittel
Substrat im Zellstoffwechsel
strukturelle Funktion
Wachstumswasser
Transpirationswasser
Eigenschaften des Lebens
Bewegung
Energiewandel
Stoffwechsel
Wachstum
Vermehrung
Enstehung des Lebens - Sauerstoff
Chemische Evolution
Abiogenese
Enstehung von Lebewesen aus organischen und anorganischen Molekülen auf der Urerde
im Hädaikum vor ca. 4 Milliarden Jahren
RNA-Welt / Amyloid-Welt
erstes Biomolekül auf der Erde
Ära nach der Abiogenese, in der RNA dominierte
Protobiont:
Vorläufer der (einzelligen) Lebwesen
Lipidmembran, Proteine, Nukleinsäuren, einfache Energiegewinnung und Informationsübertragung
vor 4 Milliarden Jahren: anaerob, hyperthermophil
halophil
chemolithoautotroph
LUCA
Last Universal Common Ancestor
hypothetischer Zell-Urvorfahr
im Archaikum
hypothetische letzte gemeinsame Stammform aller heutigen zellulären Organismenarten
Urlebewesen LUCA - 3500 Mio Jahre
Chemische Evolution - 4000 Mio Jahre
Enstehung des Mondes - 4500 Mio Jahre
Enstehung der Erde - 4600 Mio Jahre
Zelltheorie
Alles Lebendige besteht aus Zellen und alle Zellen entstehen aus bereits existierenden Zellen
Grundeinheiten des Lebens
Zellenentstehung: Protozelle
Enstehung des ER
frühe Procyte
hat keine Membranen (außer Plasmamembran)
Plasmamembran faltet sich nach innen
weitere Einstülpungen bilden ER (= abgetrenntes Kompartiment)
Endosymbionten Theorie
endocytotisch aufgenommenes aerobes Bakterium
Mitochondrium
endocytotisch aufgenommenes photosynthetisches Cyanobakterium
genetisches Material des aufgenommenen Cyanobakteriums gelangt in Zellkern, Photosyntheseaktivität bleibt erhalten
Plastid-Chloroplast
Evolution - Defintiton
(Weiter) Entwicklung, Umwandlung, Höherenentwicklung
Sonnensystem (4,6)
Erde (4,5)
Wasser auf der Erde (4 - 3,8)
Leben (3,5), Prokaryota, Eukaryota Einzeller (1,5)
Mensch (2,5 - 1,5 Mio Jahren)
biologische Evolution
stammesgeschichtliche Entwicklung der Organismenarten
erstes Leben auf der erde (vor ca. 3,5 Milliarden Jahren) ➡️ Prokaryota/LUCA
Biologie - Meilensteine
Evolutionstheorie
Darwin
1859
Vererbungslehre
Mendel
1865
Isolation DNA-Molekül
Miescher
1871
Doppelhelix-Struktur der DNA
Watson, Crick, Wilkins, Franklin
1953
Human Genome Project
Entschlüsselung des menschlichen Genoms
2003
gemeinsame Abstammung
alle lebewesen sind miteinander verwandt
Selektion
Lebewesen passen sich den Umweltbedingungen an
Charles darwin
homologe Strukturen
Homologie
grundsätzliche Übereinstimmung von Organen, Organsystemen, Körperstrukturen, physiologischen Prozessen und Verhaltensweisen zweier Taxa aufgrund ihres gemeinsamen evolutionären Ursprungs
Analogie
Ähnlichkeit der Strukturen von Organen, Proteinen, Genen oder Verhaltensweisen
stammesgeschichtlich unabhängig enstanden
kovergente Evolution (Kovergenz)
Gregor Mendel
Vererbung
Züchtungsversuche an einer Vielzahl von Pflanzen 1871
Kreuzungsexperimente
zwei Informationen in der DNA
dominat
Mendelsche Regeln
Uniformitätsregel
Nachkommen reinerbiger Vorfahren (F1)
alle sehen gleich aus
Hybriden/Bastarde
Spaltungsregel
daurrauffolgende Generationen
bei dominant-rezessiver Vererbung im Verhältnis 3:1 aufgespalten
Unabhängigkeitsregel
besagt dass zwei P-Merkmale unabhängig voneinander an die F1 vererbt werden
Evolution DNA
1953: Doppelhelix Struktur der DNA
Francis Crick und James Watson
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