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<blockquote data-quote="H2SO4" data-source="post: 91630" data-attributes="member: 2506"><p>In der Umgebung der Sterne und in ihren äußeren Atmosphären herrschen Bedingungen, die es zulassen, dass sich Elemente zu Verbindungen zusammenlagern. Wasser (H2O), Kohlenmonoxid (CO), Methan (CH4), Cyan (CN) oder Ammoniak (NH3) sind nur einige wenige Beispiele. In den großen Molekülwolken gar findet man bis zu 90 verschiedene Moleküle, die meisten von ihnen zählt man sogar zu den organischen Verbindungen (Verbindungen des Kohlenstoffs). Eine wichtige Rolle in der kosmischen Synthese von Verbindungen spielen alte Sterne, die das Rote- Riesen- Stadium erreicht haben: Sie schleudern winzige, nur 1/10 Mikrometer große Silikatkörnchen ins All. Diese begeben sich jetzt auf eine lange Reise und haben Hunderte von Millionen Jahre Zeit, chemische Reaktionen durchzuführen. Es sind die kleinsten Laboratorien im Universum! Aber wie könnte so etwas funktionieren?</p><p></p><p>Interplanetarischer Staub Solch ein Staubkörnchen erzählt uns noch heute von den Anfängen unseres Sonnensystems. Nur 1/10 so groß wie ein menschliches Haar, besteht dieses Körnchen aus Silikaten und trägt Kohlenstoffverbindungen mit sich. Dieses hier wurde eingefangen von einem extrem hochfliegenden U2- Flugzeug. NASA's STARDUST- Mission hat 2004 den Schweif des Kometen Wild 2 durchflogen und 2006 erfolgreich eine Fülle von weiteren Proben dieses interplanetarischen Staubes zur Erde gebracht.</p><p></p><p>Bevor die Silikatkörnchen den Bereich des Sterns endgültig verlassen, überziehen sie sich mit einer Eisschicht aus gefrorenem Wasser, Methan und Ammoniak, Verbindungen, die man in der Sternumgebung findet. Nun beginnt ihre lange Reise, und für ewige Zeiten passiert nichts. Aber irgendwann nähert sich unser Körnchen einem anderen Stern und wird mit dessen UV- Strahlung konfrontiert. Durch die so zugeführte Energie können sich die Moleküle aufspalten und sogenannte Radikale bilden, recht reaktionsfreudige Molekülgruppen wie z.B. OH, CH3 oder NH2. Wieder der Kälte des Weltraums ausgesetzt, sind sie recht inaktiv, können aber in den langen Zeiträumen der Reise langsam zur Oberfläche wandern. Unser Körnchen kommt wiederum in den Bereich eines anderen Sterns, oder es stößt in einer Molekülwolke mit anderen Partikeln zusammen. Es erwärmt sich dabei und die Radikale reagieren heftig miteinander! CH3 und NH2 bilden jetzt Methylamin, CH3NH2, und OH und CH3 lagern sich zu Methanol (Methylalkohol) CH3OH zusammen. Unser Mikrolabor hat seine ersten Synthesen vollzogen!</p><p></p><p>Doch schon wieder ist unser Silikatkörnchen der Weltraumkälte ausgesetzt, die Reaktionen frieren ein. Aber irgendwann, nach Äonen, wird es durch ein Ereignis erneut erwärmt, die Reaktionen setzen wieder ein und am Ende ist das winzige Körnchen mit einer bunten Mischung aus verschiedensten organischen und anorganischen Verbindungen überzogen. Wir finden Formaldehyd H2CO, Blausäure HCN, Verbindungen des Phosphors (der später sehr wichtig wird für die Bildung der DNS) wie CP oder CN und viele andere mehr. Ja, man hat sogar nachweisen können, dass der meiste Kohlenstoff im Weltraum in Form sogenannter polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe gebunden ist, bereits recht großer Moleküle.</p><p></p><p>Kohlenstoff</p><p></p><p>Kohlenstoff mit seinen 4 Außenelektronen ist prädestiniert für die Bildung langkettiger oder ringförmiger Moleküle, die aus Hunderttausenden von Atomen bestehen können. Er stellt die Basis der organischen ("belebten", im Gegensatz zur "unbelebten" anorganischen) Chemie dar, weil kein anderes chemisches Element in der Lage ist, eine solche Vielfalt von Verbindungen einzugehen. Wir kennen heute mehrere Hunderttausend verschiedene organische Verbindungen, die neben dem (häufigsten) Wasserstoff (H) auch Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Phosphor (P), Schwefel (S) und viele andere mehr enthalten können. Einige Namen sind Ihnen sicher geläufig: Aminosäuren, Proteine, Vitamine, Desoxiribonukleinsäure (DNS), Hämoglubin (eine Verbindung mit Eisen, der rote Blutfarbstoff), Chlorophyll (das "Grün" der Pflanzen)...man könnte Tausende weitere natürlichen Ursprungs aufzählen. Unzählige synthetisch erzeugte organische Verbindungen verschönen, erhalten oder verlängern unser Leben in Form von Farben, Kunststoffen, Medikamenten. Es würde den Rahmen dieser Seite völlig sprengen, wollte man diese Vielfalt näher beschreiben!</p><p></p><p>Vielfach wurde in der Science Fiction- Literatur beschrieben, wie auch in Fachkreisen ernsthaft diskutiert, dass Leben auch auf einer komplexen Siliziumchemie basieren könnte.</p><p></p><p>Doppelhelix der DNA Vielleicht in Kombination mit Ammoniak (NH4OH), nach Wasser dem zweitbesten Lösungsmittel. Dazu muss man aber bedenken, dass Silizium längst nicht in der Lage ist, dermaßen komplexe Verbindungen aufzubauen wie der Kohlenstoff. Erwähnt sei hier die DNA (siehe nebenstehende Skizze) als Träger der Erbinformation, ohne die eine Fortpflanzung bzw. Vervielfältigung von Individuen kaum denkbar wäre. Silizium kann solch komplexe Strukturen kaum bilden, und schon gar nicht in der fast unübersehbaren Vielfalt wie der Kohlenstoff! Es ist noch nicht einmal denkbar, dass "primitivstes" Leben in Form von Einzellern aus Silizium gebildet werden könnte.</p><p></p><p>Das Reiseziel - vom Körnchen zum Kometen?</p><p></p><p>Unser Staubkörnchen hat jetzt eine Reise von Hunderten Millionen Jahren hinter sich gebracht. Möglich, dass es jetzt in eine interstellare Gas- und Staubwolke gelangt, in der sich bereits Myriaden anderer Silikatkörnchen aus allen Teilen der Galaxie eingefunden haben. Im Zentrum dieser Wolke hat sich inzwischen ein Protostern gebildet, der auch schon von einer protoplanetaren Staubscheibe umgeben ist. Unser Körnchen wird, wie Milliarden andere auch, vielleicht von einem Kometen eingefangen und damit zu einem regelrechten Impfkeim.</p><p></p><p>Ein Kometeneinschlag ist ein gravierendes Ereignis Eines Tages fällt dieser Komet auf einen Planeten und bringt mit seiner Fracht neben Wasser eine Fülle von fertigen organischen Verbindungen auf die Oberfläche. Die präbiotische ("Vorlebens"-) Phase des Planeten ist initiiert! Im Laufe der Zeit fängt der Planet immer mehr Kometen ein. Man konnte ausrechnen, dass in der Frühphase unseres Planeten alles Wasser durch ein Bombardement aus solchen "schmutzigen Schneebällen", wie man Kometen auch nennt, herangeschafft wurde. </p><p></p><p>Allerdings werden große Körper wie Kometen, die leicht einen Durchmesser von 1000 [Km] erreichen können, bei ihrem Aufprall völlig zerstört, so dass auch die organischen Moleküle den Absturz nicht "überleben". Kleinere Meteoriten bis zu einigen Gramm Masse verglühen in der Atmosphäre, bei größeren aber werden nur die äußeren Schichten stark erhitzt, so dass die innere "Fracht" unzerstört erhalten bleibt. Feiner Staub (Mikrometeorite), wie unser Körnchen und der auch im Kometenschweif zu finden ist (die Erde durchkreuzt mehrmals jährlich solche Schweife, die wir dann als Meteoritenschauer sehen), schwebt jedoch unbeschadet zur Erdoberfläche. So könnte auch unser Körnchen einfach auf die Erde gelangt sein, immerhin rieseln noch heute täglich rund 8 Tonnen solchen Staubes auf unseren Planeten herunter. Auf diese Weise konnte schon in der Frühzeit des Planeten dessen Oberfläche leicht mit 1 Milliarde Tonnen oder mehr organischen Materials geimpft werden. Er ist inzwischen schon soweit abgekühlt, dass Wasser zu Meeren kondensieren kann.</p><p></p><p>Komet Hale-BoppKometen, wie hier Hale- Bopp, haben entscheidende Einflüsse auf die Entwicklung des Lebens genommen. Sicher hatten sie einen großen Beitrag geleistet, die Oberfläche unseres Planeten allein durch ihre Schweife mit organischer Materie zu versorgen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit haben sie auch alles Wasser zur Erde geschafft. Auch in späteren Zeiten, als das Leben bereits weit vorangeschritten war, nahmen diese kosmischen Bomben Eingriffe in die Entwicklung.</p><p></p><p>Beginn des Lebens</p><p></p><p>Während dieser Abkühlphase regnet es wahrhaft sintflutartig, die Atmosphäre ist mit Luftfeuchtigkeit geschwängert wie in einer Waschküche. In den Regentropfen löst sich der größte Teil des Kohlendioxids der Atmosphäre, welches später mit dem Kalzium der Gesteinsoberfläche die unlöslichen Kalksedimente bildet. Durch diese Auswaschung bleibt dem Planeten ein mörderischer Treibhauseffekt, wie wir ihn etwa von der Venus kennen, erspart.</p><p></p><p>Mitten in dieses Szenario lädt der Komet seine kosmische Fracht ab, entweder direkt durch Einschlag oder in Form von Meteoriten oder Mikrometeoriten. Neben der Impfung des Planeten mit diesem organischen Material wirkt aber vielleicht noch ein anderer Mechanismus. In der feuchtwarmen frühen Atmosphäre finden sich Methan, Ammoniak und Wasserstoff, und es gewittert heftig! Schon vor etwa 50 Jahren hat man (Stanley Miller, siehe weiter unten) eine solche Uratmosphäre im Labor erzeugt und sie elektrischen Entladungen ausgesetzt. Dabei entstanden recht schnell verschiedene organische Verbindungen, unter anderem Aminosäuren, Bestandteile der Proteine. In den Meeren, vielleicht auch in Seen, Bachläufen oder sogar Pfützen, die alle für eine konstante Temperatur sorgen und Schutz vor der wilden Atmosphäre bieten, vollzieht sich jetzt das Wunder. Organische Moleküle lagern sich zu größeren Strukturen und Verbänden zusammen und beginnen, sich selbst zu reproduzieren. Es sind gerade 700 Millionen Jahre vergangen, nachdem der Planet sich gebildet hat (eine im kosmischen Maßstab lächerlich kurze Zeitspanne), und schon beginnen die ersten einzelligen Organismen - Bakterien - mit der Eroberung des Planeten. Das Leben nimmt seine unaufhaltsame Entwicklung. Eingestehen müssen wir uns allerdings bis heute, dass wir nicht das Geringste darüber wissen, welche Umstände den vielen verschiedenen Molekülen das einhauchte, was wir Leben nennen. </p><p></p><p>Das Miller- Experiment</p><p></p><p>Stanley Miller führte 1953 folgendes Experiment durch:</p><p></p><p>Miller- Experiment In einen Glaskolben, der mit Methan, Ammoniak und Wasserstoff gefüllt war, leitete er Wasserdampf ein und setzte diese künstliche, der irdischen Uratmosphäre nachempfundene Mischung elektrischen Entladungen von 60 000 Volt aus. In einer Kühlfalle sammelte er die entstandenen Reaktionsprodukte und analysierte nach einigen Tagen die erhaltene Mischung. Er fand unter anderem folgende Zusammensetzung:</p><p></p><p>Diverse Carbonsäuren 13.0%</p><p>Glycin 1.05%</p><p>Alanin 0.85%</p><p>Glutaminsäure Spuren</p><p>Asparaginsäure Spuren</p><p>Valin Spuren</p><p></p><p>sowie weitere Verbindungen. Je nach Zusammensetzung seiner Uratmosphäre erhielt er eine Fülle von Aminosäuren, Kohlenhydrate, Fettsäuren usw. Damit war klar, dass aus einfachen anorganischen Molekülen komplexe organische Verbindungen entstehen können, die durchweg eine wichtige Rolle im Aufbau des Lebens spielen.</p><p></p><p>Neuere Experimente unter ähnlichen Bedingungen von Carl Sagan zielten daraufhin ab, die Atmosphäre des Saturnmondes Titan zu simulieren, weil diese bereits einige organische Verbindungen enthält. Neben Stickstoff als Hauptbestandteil findet man in dieser Atmosphäre Blausäure (HCN, aus 5 Molekülen dieser Verbindung kann man Guanin oder Adenin synthetisieren, zwei Purinbasen, welche als Leitersprossen in der Doppelhelix Verwendung finden), weiterhin einige % Methan und in Spuren Äthan, Propan, Acetylen, Methylacetylen, Cyanacetylen, Dicyanacetylen und CO und CO2.</p><p></p><p>In seinen Versuchen fand Sagan 59 verschiedene Substanzen, darunter 27 Nitrile sowie Polyene, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe und Aminosäuren.</p><p></p><p>Weitere Laborarbeiten unternahm Francois Raulin (Paris). Nach seinen Erkenntnissen könnte sich die präbiotische Chemie in zwei Stufen aufteilen:</p><p></p><p>1. In einer aus Methan, Stickstoff und Wasserdampf bestehenden Uratmosphäre bilden sich leicht durch die UV- Bestrahlung und elektrische Entladungen (Blitze) reaktive organische Moleküle wie Nitrile (RCN, R= Radikal, eine beliebige reaktive Gruppe) und Aldehyde (RCHO).</p><p></p><p>2. Im Wasser der Ozeane, in Seen oder Pfützen reagieren diese Vorläufersubstanzen weiter zu Aminosäuren, Purinbasen und Zucker.</p><p></p><p>Ein wenig Chemie</p><p></p><p>Die Aminosäuren (richtiger heißen sie Aminocarbonsäuren) können z.B. entstehen aus einem Aldehyd, Ammoniak und Blausäure:</p><p></p><p>Synthese von Aminosäure</p><p></p><p>Diese Reaktionen finden technisch Anwendung in der so genannten Strecker- Synthese.</p><p></p><p>Aminosäuren mit der allgemeinen Struktur H2N-RCH-COOH bilden unter Wasserabspaltung Proteine:</p><p></p><p>(n)H2N-RCH-COOH ---> (n) -HN-RCH-CO-HN-RCH-CO- + (n) H2O</p><p></p><p>Von diesen Aminosäuren finden lediglich 20 verschiedene im irdischen Leben Verwendung. In Meteoriten konnte man dagegen 90 Aminosäuren nachweisen, von denen 8 im irdischen "Einsatz" sind.</p><p></p><p>Stickstoffhaltige Basen gehen auf eine Polymerisation von Nitrilen (R-CN) in wässriger Lösung zurück. Hier können sich aus HCN die Purinbasen Adenin und Guanin bilden, während aus dem Cyanacetylen</p><p>HC2 - CN Pyrimidbasen wie Cytosin, Uracil und Thymin entstehen.</p><p></p><p>Purine</p><p></p><p>Zucker können aus Aldehyden dargestellt werden. So könnte aus dem in der "Ursuppe" vorhandenen Formaldehyd HCHO (einer Verbindung, die man bereits in den großen Staub- und Gaswolken beobachtet) Ribose und die Desoxiribose entstehen:</p><p></p><p>Ribose- MolekülSchon 1861 (Butlerow) bzw. 1886 (Loew) konnte man aus einer Calciumhydroxidlösung mit Paraformaldehyd bzw. Formaldehyd ohne großen Aufwand bei Raumtemperatur eine "süßliche Verbindung" synthetisieren. Die einfachsten Zucker sind Monosaccharide, Pentosen wie die Ribose, Glucose oder Fructose. Nebenstehend ist die Struktur des</p><p>(D (-)) Ribose- Moleküls dargestellt.</p><p></p><p>Ersetzt man eine oder mehrere OH- Gruppen durch H, so spricht man von Desoxizuckern, wie der Desoxiribose, die am Aufbau der Desoxiribonucleinsäure (DNS) beteiligt ist.</p><p></p><p>Diese Zucker (S) bilden mit den stickstoffhaltigen Basen (B) die Grundbausteine, welche mit der Phosphorsäure H3PO4 (p) so genannte Nukleotide mit der Struktur (pSB) bilden. Diese Nukleotide lagern sich leicht zu Ketten zusammen:</p><p></p><p>Nukleotidkette</p><p></p><p>Nun ist der Weg nicht mehr weit bis zur Doppelhelix der DNS! In dieser sind zwei Nukleotid- Ketten durch Paare der stickstoffhaltigen Basen miteinander verbunden, man sagt, die Basen stellen die Sprossen einer Leiter dar. Folgender Ausschnitt aus der DNS verdeutlicht dies:</p><p></p><p>Ausschnitt aus DNS</p><p>Hier sind zwei Ketten durch Basenpaare B B miteinander verbunden. Diese Paare dienen quasi als Sprossen in der Leiter der Doppelhelix.</p></blockquote><p></p>
[QUOTE="H2SO4, post: 91630, member: 2506"] In der Umgebung der Sterne und in ihren äußeren Atmosphären herrschen Bedingungen, die es zulassen, dass sich Elemente zu Verbindungen zusammenlagern. Wasser (H2O), Kohlenmonoxid (CO), Methan (CH4), Cyan (CN) oder Ammoniak (NH3) sind nur einige wenige Beispiele. In den großen Molekülwolken gar findet man bis zu 90 verschiedene Moleküle, die meisten von ihnen zählt man sogar zu den organischen Verbindungen (Verbindungen des Kohlenstoffs). Eine wichtige Rolle in der kosmischen Synthese von Verbindungen spielen alte Sterne, die das Rote- Riesen- Stadium erreicht haben: Sie schleudern winzige, nur 1/10 Mikrometer große Silikatkörnchen ins All. Diese begeben sich jetzt auf eine lange Reise und haben Hunderte von Millionen Jahre Zeit, chemische Reaktionen durchzuführen. Es sind die kleinsten Laboratorien im Universum! Aber wie könnte so etwas funktionieren? Interplanetarischer Staub Solch ein Staubkörnchen erzählt uns noch heute von den Anfängen unseres Sonnensystems. Nur 1/10 so groß wie ein menschliches Haar, besteht dieses Körnchen aus Silikaten und trägt Kohlenstoffverbindungen mit sich. Dieses hier wurde eingefangen von einem extrem hochfliegenden U2- Flugzeug. NASA's STARDUST- Mission hat 2004 den Schweif des Kometen Wild 2 durchflogen und 2006 erfolgreich eine Fülle von weiteren Proben dieses interplanetarischen Staubes zur Erde gebracht. Bevor die Silikatkörnchen den Bereich des Sterns endgültig verlassen, überziehen sie sich mit einer Eisschicht aus gefrorenem Wasser, Methan und Ammoniak, Verbindungen, die man in der Sternumgebung findet. Nun beginnt ihre lange Reise, und für ewige Zeiten passiert nichts. Aber irgendwann nähert sich unser Körnchen einem anderen Stern und wird mit dessen UV- Strahlung konfrontiert. Durch die so zugeführte Energie können sich die Moleküle aufspalten und sogenannte Radikale bilden, recht reaktionsfreudige Molekülgruppen wie z.B. OH, CH3 oder NH2. Wieder der Kälte des Weltraums ausgesetzt, sind sie recht inaktiv, können aber in den langen Zeiträumen der Reise langsam zur Oberfläche wandern. Unser Körnchen kommt wiederum in den Bereich eines anderen Sterns, oder es stößt in einer Molekülwolke mit anderen Partikeln zusammen. Es erwärmt sich dabei und die Radikale reagieren heftig miteinander! CH3 und NH2 bilden jetzt Methylamin, CH3NH2, und OH und CH3 lagern sich zu Methanol (Methylalkohol) CH3OH zusammen. Unser Mikrolabor hat seine ersten Synthesen vollzogen! Doch schon wieder ist unser Silikatkörnchen der Weltraumkälte ausgesetzt, die Reaktionen frieren ein. Aber irgendwann, nach Äonen, wird es durch ein Ereignis erneut erwärmt, die Reaktionen setzen wieder ein und am Ende ist das winzige Körnchen mit einer bunten Mischung aus verschiedensten organischen und anorganischen Verbindungen überzogen. Wir finden Formaldehyd H2CO, Blausäure HCN, Verbindungen des Phosphors (der später sehr wichtig wird für die Bildung der DNS) wie CP oder CN und viele andere mehr. Ja, man hat sogar nachweisen können, dass der meiste Kohlenstoff im Weltraum in Form sogenannter polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe gebunden ist, bereits recht großer Moleküle. Kohlenstoff Kohlenstoff mit seinen 4 Außenelektronen ist prädestiniert für die Bildung langkettiger oder ringförmiger Moleküle, die aus Hunderttausenden von Atomen bestehen können. Er stellt die Basis der organischen ("belebten", im Gegensatz zur "unbelebten" anorganischen) Chemie dar, weil kein anderes chemisches Element in der Lage ist, eine solche Vielfalt von Verbindungen einzugehen. Wir kennen heute mehrere Hunderttausend verschiedene organische Verbindungen, die neben dem (häufigsten) Wasserstoff (H) auch Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Phosphor (P), Schwefel (S) und viele andere mehr enthalten können. Einige Namen sind Ihnen sicher geläufig: Aminosäuren, Proteine, Vitamine, Desoxiribonukleinsäure (DNS), Hämoglubin (eine Verbindung mit Eisen, der rote Blutfarbstoff), Chlorophyll (das "Grün" der Pflanzen)...man könnte Tausende weitere natürlichen Ursprungs aufzählen. Unzählige synthetisch erzeugte organische Verbindungen verschönen, erhalten oder verlängern unser Leben in Form von Farben, Kunststoffen, Medikamenten. Es würde den Rahmen dieser Seite völlig sprengen, wollte man diese Vielfalt näher beschreiben! Vielfach wurde in der Science Fiction- Literatur beschrieben, wie auch in Fachkreisen ernsthaft diskutiert, dass Leben auch auf einer komplexen Siliziumchemie basieren könnte. Doppelhelix der DNA Vielleicht in Kombination mit Ammoniak (NH4OH), nach Wasser dem zweitbesten Lösungsmittel. Dazu muss man aber bedenken, dass Silizium längst nicht in der Lage ist, dermaßen komplexe Verbindungen aufzubauen wie der Kohlenstoff. Erwähnt sei hier die DNA (siehe nebenstehende Skizze) als Träger der Erbinformation, ohne die eine Fortpflanzung bzw. Vervielfältigung von Individuen kaum denkbar wäre. Silizium kann solch komplexe Strukturen kaum bilden, und schon gar nicht in der fast unübersehbaren Vielfalt wie der Kohlenstoff! Es ist noch nicht einmal denkbar, dass "primitivstes" Leben in Form von Einzellern aus Silizium gebildet werden könnte. Das Reiseziel - vom Körnchen zum Kometen? Unser Staubkörnchen hat jetzt eine Reise von Hunderten Millionen Jahren hinter sich gebracht. Möglich, dass es jetzt in eine interstellare Gas- und Staubwolke gelangt, in der sich bereits Myriaden anderer Silikatkörnchen aus allen Teilen der Galaxie eingefunden haben. Im Zentrum dieser Wolke hat sich inzwischen ein Protostern gebildet, der auch schon von einer protoplanetaren Staubscheibe umgeben ist. Unser Körnchen wird, wie Milliarden andere auch, vielleicht von einem Kometen eingefangen und damit zu einem regelrechten Impfkeim. Ein Kometeneinschlag ist ein gravierendes Ereignis Eines Tages fällt dieser Komet auf einen Planeten und bringt mit seiner Fracht neben Wasser eine Fülle von fertigen organischen Verbindungen auf die Oberfläche. Die präbiotische ("Vorlebens"-) Phase des Planeten ist initiiert! Im Laufe der Zeit fängt der Planet immer mehr Kometen ein. Man konnte ausrechnen, dass in der Frühphase unseres Planeten alles Wasser durch ein Bombardement aus solchen "schmutzigen Schneebällen", wie man Kometen auch nennt, herangeschafft wurde. Allerdings werden große Körper wie Kometen, die leicht einen Durchmesser von 1000 [Km] erreichen können, bei ihrem Aufprall völlig zerstört, so dass auch die organischen Moleküle den Absturz nicht "überleben". Kleinere Meteoriten bis zu einigen Gramm Masse verglühen in der Atmosphäre, bei größeren aber werden nur die äußeren Schichten stark erhitzt, so dass die innere "Fracht" unzerstört erhalten bleibt. Feiner Staub (Mikrometeorite), wie unser Körnchen und der auch im Kometenschweif zu finden ist (die Erde durchkreuzt mehrmals jährlich solche Schweife, die wir dann als Meteoritenschauer sehen), schwebt jedoch unbeschadet zur Erdoberfläche. So könnte auch unser Körnchen einfach auf die Erde gelangt sein, immerhin rieseln noch heute täglich rund 8 Tonnen solchen Staubes auf unseren Planeten herunter. Auf diese Weise konnte schon in der Frühzeit des Planeten dessen Oberfläche leicht mit 1 Milliarde Tonnen oder mehr organischen Materials geimpft werden. Er ist inzwischen schon soweit abgekühlt, dass Wasser zu Meeren kondensieren kann. Komet Hale-BoppKometen, wie hier Hale- Bopp, haben entscheidende Einflüsse auf die Entwicklung des Lebens genommen. Sicher hatten sie einen großen Beitrag geleistet, die Oberfläche unseres Planeten allein durch ihre Schweife mit organischer Materie zu versorgen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit haben sie auch alles Wasser zur Erde geschafft. Auch in späteren Zeiten, als das Leben bereits weit vorangeschritten war, nahmen diese kosmischen Bomben Eingriffe in die Entwicklung. Beginn des Lebens Während dieser Abkühlphase regnet es wahrhaft sintflutartig, die Atmosphäre ist mit Luftfeuchtigkeit geschwängert wie in einer Waschküche. In den Regentropfen löst sich der größte Teil des Kohlendioxids der Atmosphäre, welches später mit dem Kalzium der Gesteinsoberfläche die unlöslichen Kalksedimente bildet. Durch diese Auswaschung bleibt dem Planeten ein mörderischer Treibhauseffekt, wie wir ihn etwa von der Venus kennen, erspart. Mitten in dieses Szenario lädt der Komet seine kosmische Fracht ab, entweder direkt durch Einschlag oder in Form von Meteoriten oder Mikrometeoriten. Neben der Impfung des Planeten mit diesem organischen Material wirkt aber vielleicht noch ein anderer Mechanismus. In der feuchtwarmen frühen Atmosphäre finden sich Methan, Ammoniak und Wasserstoff, und es gewittert heftig! Schon vor etwa 50 Jahren hat man (Stanley Miller, siehe weiter unten) eine solche Uratmosphäre im Labor erzeugt und sie elektrischen Entladungen ausgesetzt. Dabei entstanden recht schnell verschiedene organische Verbindungen, unter anderem Aminosäuren, Bestandteile der Proteine. In den Meeren, vielleicht auch in Seen, Bachläufen oder sogar Pfützen, die alle für eine konstante Temperatur sorgen und Schutz vor der wilden Atmosphäre bieten, vollzieht sich jetzt das Wunder. Organische Moleküle lagern sich zu größeren Strukturen und Verbänden zusammen und beginnen, sich selbst zu reproduzieren. Es sind gerade 700 Millionen Jahre vergangen, nachdem der Planet sich gebildet hat (eine im kosmischen Maßstab lächerlich kurze Zeitspanne), und schon beginnen die ersten einzelligen Organismen - Bakterien - mit der Eroberung des Planeten. Das Leben nimmt seine unaufhaltsame Entwicklung. Eingestehen müssen wir uns allerdings bis heute, dass wir nicht das Geringste darüber wissen, welche Umstände den vielen verschiedenen Molekülen das einhauchte, was wir Leben nennen. Das Miller- Experiment Stanley Miller führte 1953 folgendes Experiment durch: Miller- Experiment In einen Glaskolben, der mit Methan, Ammoniak und Wasserstoff gefüllt war, leitete er Wasserdampf ein und setzte diese künstliche, der irdischen Uratmosphäre nachempfundene Mischung elektrischen Entladungen von 60 000 Volt aus. In einer Kühlfalle sammelte er die entstandenen Reaktionsprodukte und analysierte nach einigen Tagen die erhaltene Mischung. Er fand unter anderem folgende Zusammensetzung: Diverse Carbonsäuren 13.0% Glycin 1.05% Alanin 0.85% Glutaminsäure Spuren Asparaginsäure Spuren Valin Spuren sowie weitere Verbindungen. Je nach Zusammensetzung seiner Uratmosphäre erhielt er eine Fülle von Aminosäuren, Kohlenhydrate, Fettsäuren usw. Damit war klar, dass aus einfachen anorganischen Molekülen komplexe organische Verbindungen entstehen können, die durchweg eine wichtige Rolle im Aufbau des Lebens spielen. Neuere Experimente unter ähnlichen Bedingungen von Carl Sagan zielten daraufhin ab, die Atmosphäre des Saturnmondes Titan zu simulieren, weil diese bereits einige organische Verbindungen enthält. Neben Stickstoff als Hauptbestandteil findet man in dieser Atmosphäre Blausäure (HCN, aus 5 Molekülen dieser Verbindung kann man Guanin oder Adenin synthetisieren, zwei Purinbasen, welche als Leitersprossen in der Doppelhelix Verwendung finden), weiterhin einige % Methan und in Spuren Äthan, Propan, Acetylen, Methylacetylen, Cyanacetylen, Dicyanacetylen und CO und CO2. In seinen Versuchen fand Sagan 59 verschiedene Substanzen, darunter 27 Nitrile sowie Polyene, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe und Aminosäuren. Weitere Laborarbeiten unternahm Francois Raulin (Paris). Nach seinen Erkenntnissen könnte sich die präbiotische Chemie in zwei Stufen aufteilen: 1. In einer aus Methan, Stickstoff und Wasserdampf bestehenden Uratmosphäre bilden sich leicht durch die UV- Bestrahlung und elektrische Entladungen (Blitze) reaktive organische Moleküle wie Nitrile (RCN, R= Radikal, eine beliebige reaktive Gruppe) und Aldehyde (RCHO). 2. Im Wasser der Ozeane, in Seen oder Pfützen reagieren diese Vorläufersubstanzen weiter zu Aminosäuren, Purinbasen und Zucker. Ein wenig Chemie Die Aminosäuren (richtiger heißen sie Aminocarbonsäuren) können z.B. entstehen aus einem Aldehyd, Ammoniak und Blausäure: Synthese von Aminosäure Diese Reaktionen finden technisch Anwendung in der so genannten Strecker- Synthese. Aminosäuren mit der allgemeinen Struktur H2N-RCH-COOH bilden unter Wasserabspaltung Proteine: (n)H2N-RCH-COOH ---> (n) -HN-RCH-CO-HN-RCH-CO- + (n) H2O Von diesen Aminosäuren finden lediglich 20 verschiedene im irdischen Leben Verwendung. In Meteoriten konnte man dagegen 90 Aminosäuren nachweisen, von denen 8 im irdischen "Einsatz" sind. Stickstoffhaltige Basen gehen auf eine Polymerisation von Nitrilen (R-CN) in wässriger Lösung zurück. Hier können sich aus HCN die Purinbasen Adenin und Guanin bilden, während aus dem Cyanacetylen HC2 - CN Pyrimidbasen wie Cytosin, Uracil und Thymin entstehen. Purine Zucker können aus Aldehyden dargestellt werden. So könnte aus dem in der "Ursuppe" vorhandenen Formaldehyd HCHO (einer Verbindung, die man bereits in den großen Staub- und Gaswolken beobachtet) Ribose und die Desoxiribose entstehen: Ribose- MolekülSchon 1861 (Butlerow) bzw. 1886 (Loew) konnte man aus einer Calciumhydroxidlösung mit Paraformaldehyd bzw. Formaldehyd ohne großen Aufwand bei Raumtemperatur eine "süßliche Verbindung" synthetisieren. Die einfachsten Zucker sind Monosaccharide, Pentosen wie die Ribose, Glucose oder Fructose. Nebenstehend ist die Struktur des (D (-)) Ribose- Moleküls dargestellt. Ersetzt man eine oder mehrere OH- Gruppen durch H, so spricht man von Desoxizuckern, wie der Desoxiribose, die am Aufbau der Desoxiribonucleinsäure (DNS) beteiligt ist. Diese Zucker (S) bilden mit den stickstoffhaltigen Basen (B) die Grundbausteine, welche mit der Phosphorsäure H3PO4 (p) so genannte Nukleotide mit der Struktur (pSB) bilden. Diese Nukleotide lagern sich leicht zu Ketten zusammen: Nukleotidkette Nun ist der Weg nicht mehr weit bis zur Doppelhelix der DNS! In dieser sind zwei Nukleotid- Ketten durch Paare der stickstoffhaltigen Basen miteinander verbunden, man sagt, die Basen stellen die Sprossen einer Leiter dar. Folgender Ausschnitt aus der DNS verdeutlicht dies: Ausschnitt aus DNS Hier sind zwei Ketten durch Basenpaare B B miteinander verbunden. Diese Paare dienen quasi als Sprossen in der Leiter der Doppelhelix. [/QUOTE]
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