Erdgeschichte

• Universum: 13,8 Mrd. Jahren

• Sonnensystem: 4,6 Mrd. Jahren

• Erde: 4,54 Mrd. Jahren

Entstehungsprozess:

1. Gravitativer Kollaps

2. Durch Drehbewegung: Akkretion der protoplanetaren Scheibe

3. Zündung der Kernfusion → Solares Brennen (H → He)

4. Akkretion der Planeten

5. Differenzierung der Planeten (nach Frostlinie)

1. Hadaikum (vor 4,6 Mrd.)

2. Archaikum (vor 4 Mrd.)

3. Proterozoikum (vor 2,5 Mrd.)

4. Phanerozoikum (vor 542 Mio.)

• Entstehung der Erde

• Mondentstehung (4,53 Mrd.)

• Abkühlung der Erde → Minerale kristallisieren aus

• Durch Abkühlung entstehen Ozeane → Förderung der Präbiotischen Chemie → Bildung von organischen Molekülen bis hin zur Protozelle

• Late Heavy Bombardment (Starke Meteoriten- und Asteroideneinschläge)

• Erzeugt Gezeiten (wichtig für Ursprung des Lebens) → Gezeiten könnten erste chemische Evolution gefördert haben → Landbesiedelung

• Stabilisierung der Erdachse (23,5°) durch seine Gravitation → gleichmäßiges Klima statt extreme Klimaschwankungen wegen schwankender Erdachse

• last universal common ancestor

• kein erstes Lebewesen, sondern der letzte gemeinsame Vorfahre aller heutigen Lebewesen

• Eigenschaften:

  • DNA/RNA als Erbmaterial

  • Proteine & Enzyme für Stoffwechsel

  • Lipidmembran zur Abgrenzung

  • Komplexer Stoffwechsel mit Enzymen

  • Leben in einer heißen Umgebung

• Frühe, primitive Zellstruktur, die noch kein echtes Leben darstellt

• nur RNA als Erbgut und kein bzw. sehr einfachen Stoffwechsel sowie Replikationssystem

• Form der Symbiose, bei der ein Organismus in einem anderen lebt und von ihm profitiert

Beispiele

• 1. Endosymbiose (Entstehung der Mitochondrien)

• urzeitlicher heterotropher Prokaryot nimmt ein aerobes Bakterium (wahrscheinlich ein α-Proteobakterium) auf

• 2. Endosymbiose (Entstehung der Chloroplasten)

• Eine eukaryotische Zelle mit Mitochondrien nimmt zusätzlich ein Cyanobakterium auf

• hier stammen die ältesten Gesteine (Metamorphes Magmatisches Gestein) → wichtig, weil für uns Biosignaturen zu finden

• ersten einzelligen Organismen treten auf (Bakterien, Archaeen), anaerobe Lebensformen

• Bildung der ersten Kontinente

• Anfänge der Photosynthese durch cyanobakterielle Organismen

1. Kohlenstoff-Isotope in Gesteinen (ca. 3,8 Mrd. J.)

   1. Sedimente mit ungewöhnliche Verhältnis von C-Isotopen → deuten auf biologische Prozesse

2. Stromatolithische Biosignatur (3,7 Mrd. J.)

   1. fossile Überreste von Mikrobenmatten, die durch Cyanobakterien gebildet wurden

3. Mikrofossile Biosignatur (3,5 Mrd. J.): winzige, röhrenförmige Strukturen in alten Sedimenten aus Australien

• Bildung von kontinentaler Kruste oberhalb des Meeresspiegels durch geologische Prozesse wie Plattentektonik, Vulkanismus

• Verwitterung durch CO2-reichen Regen: CO2 aus Atmosphäre bildet Kohlensäure, die sauren Regen erzeugt → chemische Verwitterung von Gesteinen → Gesteine zerbrachen und setzt Mineralien frei (Ca, Mg)

• CO2-Sequestration durch Ablagerung von Carbonat: Ca- und Mg Ionen in Gewässer reagieren mit CO2 aus Atmosphäre und bilden Carbonate

→ Prozess stabilisert u.a. Klima und reguliert CO2-Gehalt in der Atmosphäre

• phototropher Stoffwechsel: Photosynthese, Lichtenergie zur Synthese von organischen Verbindungen

• methanogener Stoffwechsel: z.B. von Archaeen verwendet, nutzen CO2 und H2, um durch anaerobe Prozesse Methan zu produzieren

• mathanotroph: Bakterien oder Archaeen nutzen CH4 als Energiequelle, indem sie es oxidieren

• heterotroph: Organismen beziehen ihre Energie und Kohlenstoffverbindungen aus anderen organischen Materialien, brechen organische Verbindungen ab um ATP zu produzieren

Photosynthese-Reaktionsgleichung

• CO2 + H2O + Lichtenergie → Glukose + Sauerstoff

Rolle: Oxygene Photosynthese

• Basis für Sauerstoffanreicherung in der Atmosphäre

• Massenaussterben vieler anaeroben Organismen durch O2-Vergiftung (Great Oxygenation Event)

• Sauerstoff, der durch Cynobakterien produziert wurde, reagiert mit dem Methan und oxidierte es zu CO2 → Eiszeit, da verminderter Treibhauseffekt)

• ermöglicht Entstehen von aeroben Organismen → Einschließlich Eukaryoten und später multizelluläre Organismen

• Huronische Eiszeit → Snowball Earth

• Great Oxygenation Event:

  • Cynobakterien produzierten Sauerstoff durch Photosynthese → Anreicherung von O₂ in der Atmosphäre

  • Ozonschicht entsteht → wahrscheinlich größtes Massenaussterben der Erdgeschichte (anaerobe Organismen)

• Entwicklung von Eukaryoten (Entwicklung komplexerer Zellen mit Zellkern & Organellen durch Endosymbiose)

• Entwicklung von Metazoa (vielzellige Tiere) = Einzeller begannen sich zu kolonialen und vielzelligen Organismen zu organisieren

Evolution der Eukaryoten

• Epi-Symbiose (außen)

  • Form der Symbiose, bei der ein Organismus auf der Oberfläche eines anderen Organismus lebt und in einer wechselseitigen Beziehung zu ihm steht

  • Ein Cyanobakterium lebt außerhalb eines frühen eukaryotischen Vorläufers und produziert Sauerstoff durch Photosynthese

  • Wird NICHT aufgenommen, Eukaryot mit Mitochondrium, verwendet O2 von Cyanobakterium und profitiert davon

• Endo-Symbiose (innen)

  🔹 1. Endosymbiose (Entstehung der Mitochondrien)

  • urzeitlicher heterotropher Prokaryot nimmt ein aerobes Bakterium (wahrscheinlich ein α-Proteobakterium) auf

  • Das aufgenommene Bakterium hilft bei der Zellatmung und entwickelt sich zu einem Mitochondrium

  🔹 2. Endosymbiose (Entstehung der Chloroplasten)

  • Eine eukaryotische Zelle mit Mitochondrien nimmt zusätzlich ein Cyanobakterium auf

  • Das Cyanobakterium betreibt Photosynthese und entwickelt sich zu einem Chloroplasten

• Kraftwerk der Zelle

• jedes Mitochondrium hat eine gefaltete Membran für eine gesteigerte Oberfläche → Steigerung der ATP-Produktion erfordert mehr Membranoberfläche

Kambrische Explosion (541 Mio. Jahren)

• In dieser Zeit kam es zu einer dramatischen Zunahme der Artenvielfalt, wobei viele Tierstämme zum ersten Mal in der Fossilienaufzeichnung auftauchten

• Tiere mit ersten harten Schalen und Gliedmaßen

• Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre und in den Ozeanen (z.B. durch Fotosynthese durch Cyanobakterien

  • höherer O2-Gehalt könnte die Entwicklung von größeren und aktiveren Tieren begünstigt haben, da mehr O2 für Stoffwechsel und Fortbewegung

• Biologisches „Wettrüsten“ (Mobilität, Prädation)

  • Wettrüsten durch neue Überlebensstrategien (Schalen, Panzer), Evolution neuer Körperstrukturen

• Entwicklung der Ozon-Schicht (Schutz vor UV-Strahlung)

  • Schutz vor schädlicher ultravioletter (UV) Strahlung der Sonne → möglicherweise Anstieg von Landbesiedelung