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Das Leben

Die Entfaltung des Lebens auf der Erde 1

Die Welt der Prokaryoten
(Bakterien und Archaeen)

Zeichnung von Prokaryoten- und Eukaryotenzellen

Prokaryoten (Bakterien und Archaeen, links) waren die ersten Lebewesen auf der Erde; die Entstehung der Eukaryoten (rechts eine Pflanzenzelle) schuf die Basis für die Entstehung höheren Lebens. Die Abbildung ist nicht maßstäblich, Eukaryotenzellen sind etwa 10-15.000 Mal so groß wie Prokaryotenzellen. Abbildungen aus wikipedia, siehe >> hier und >> hier.

Heute gliedert sich das Leben auf der Erde in drei große Bereiche: Die Bakterien, die Archaeen und die Eukaryoten, zu denen Pflanzen, Pilze und Tiere gehören. Die Archaeen wurden erst im Jahr 1977 von dem amerikanischen Mikrobiologen Carl Woese entdeckt, der damals erkannte, dass die Organismen, die man bis dahin alle für Bakterien gehalten hatte, aus zwei grundverschiedenen Abstammungslinien bestehen, den „echten Bakterien“ und den Archaeen (das Wort stammt vor griechischen archaĩos, uralt, ursprünglich). Gemeinsam ist beiden, dass sie aus einer einzigen Zelle bestehen und ihre DNS nicht in einem Zellkern eingeschlossen ist (diese Gemeinsamkeiten stellen sie als "Prokaryoten" den Eukaryoten gegenüber); die Unterschiede zwischen Bakterien und Archaeen liegen vor allem in der Zellmembran, der RNA-Sequenz in der kleinen Untereinheit der Ribosomen und im Stoffwechsel, sind also selbst im Mikroskop äußerlich nicht zu erkennen, was ihre späte Entdeckung erklärt. Diese Unterschiede könnten aber wichtige Hinweise auf die Entstehung des Lebens geben: Sie dürften erst nach der Aufspaltung eines ursprünglichen gemeinsamen Vorfahrens (LUCA, von engl. last universal common ancestor) entstanden sein, während Gemeinsamkeiten wie die chemiosmotische Kopplung zur Energiegewinnung, das Enzym ATP-Synthase und die Nutzung des Moleküls ATP als universelle Energiewährung, Ribosomen als Orte der Proteinherstellung sowie das Erbmolekül DNS bereits bei LUCA anzutreffen gewesen sein dürften.

Die Archaeen rufen heute großes Interesse hervor, denn sie besiedeln – neben Meeren, Süßwasserseen und Böden – auch zahlreiche extreme Lebensräume, etwa heiße Quellen oder konzentrierte Säuren und Salzlösungen. Dort kommen sie unter Bedingungen vor, die denen auf der Erde zu Beginn des Lebens nahe kommen; und daher hoffen die Forscher, durch ihre Untersuchung Hinweise auf das frühe Leben auf der Erde zu erhalten. Heute sieht man – vor allem durch die verbesserte Kenntnis der Vorgänge auf biochemischer Ebene – die Prokaryoten ohnehin ganz anders als noch vor einigen Jahren: Die Archaeen werden neben den Echten Bakterien und den Eukaryoten (siehe >> unten) als eine der drei fundamentalen “Domänen” des Lebens eingestuft (>> mehr); den drei großen Reichen der Vielzeller (Pflanzen, Tieren und Pilzen) stehen mehrere Dutzend Reiche der Bakterien gegenüber, die sich untereinander und von Pflanzen, Tieren und Pilzen ebenso stark voneinander unterscheiden wie Pflanzen, Tiere und Pilze.

Zeichnung eines Prokaryoten

Bakterienzelle. Das Erbmaterial DNS ist bei Bakterien nicht in einem Zellkern eingeschlossen. Abbildung von Mariana Ruiz Villarreal, aus wikipedia commons, >> Abb. Prokaryot (abgerufen 23.7.2008), Public Domain

Wie aber ist aus diesen bescheidenen Ursprüngen die heutige Vielfalt des Lebens entstanden? Die Antwort lautet: Darwinsche Evolution. Charles Darwin veröffentlichte im Jahr 1859 das wohl wirkungsmächtigste Buch in der Geschichte der Biologie: „Die Entstehung der Arten“. Dieses Buch ist noch heute die Grundlage für alle Erklärungen der Veränderung von Lebewesen und der Entstehung neuer Arten. Was Darwin damals nicht kennen konnte, waren die genetischen Grundlagen für diese Vorgänge; diese wurden ab den 1930er und 40er Jahren durch Theodosius Dobzhansky, Ernst Mayr und andere in Darwins Theorie eingearbeitet, wodurch die moderne „synthetische Evolutionstheorie“ entstand (siehe Seite Die Evolution). Darwin wusste, dass alle Individuen einer Art sich voneinander unterscheiden und dass diese Unterschiede erblich sind (was die Grundlage der Tier- und Pflanzenzucht ist; Darwin war Taubenzüchter); und dass in der Natur ein Überschuss an Nachwuchs produziert wird. Die Zahl der Individuen nimmt aber nicht im gleichen Maß zu, nur ein Teil des Nachwuchses überlebt also. Wer überlebt, war nach Darwin nicht rein zufällig: vielmehr übernahmen selektive Kräfte der Natur wie die Umweltbedingungen oder das Nahrungsangebot die Rolle des Züchters in der Tier- und Pflanzenzucht – die Auswahl der „besten“ Exemplare. Daher sprach Darwin von natürlicher Auslese. Die Ursache der anfänglichen Veränderungen wurde später von den Genetikern entdeckt: Es sind kleine Veränderungen („Mutationen“) an der DNS, die durch Kopierfehler oder Umwelteinflüsse entstehen. Entscheidend für unsere Überlegungen: Sobald in den ersten Vorstufen des Lebens RNS und Proteine so zusammenwirkten, dass Reaktionen hiervon gesteuert wurden und die Steuerung auch in Tochterzellen überging (also „erblich“ wurde), begann diese natürliche Selektion. Neue Arten können dann entstehen, wenn eine „Reproduktionsgemeinschaft“ (gemeint sind alle Organismen, die Erbmaterial untereinander austauschen) getrennt wird: dann kann die natürliche Auslese in unterschiedliche Richtungen führen. Meist geschieht dies durch räumliche Trennung der Organismen (die Biologen nennen dies „geographische Artbildung“), die Trennung kann aber auch durch eine Spezialisierung an bestimmte Umweltfaktoren erfolgen („sympatrische Artbildung“). Aus den Schloten der Hydrothermalquellen dürften beispielsweise immer wieder Lebensformen ins Meer gespült worden sein. Wahrscheinlich hatten sie hier keine Überlebenschance, da es ihnen im Meer an Energiequellen mangelte. Anders könnte aber die Lage am Meeresboden gewesen sein: Hier gab es Wasserstoff und Kohlendioxid, wenn auch weniger als an den Schloten. So könnte sich die Biosphäre in der Erdkruste unter dem Ozean entwickelt haben (ein Lebensraum, der erst vor wenigen Jahren erforscht und entdeckt wurde: Selbst im Tiefengestein der Erde bis in eine Tiefe von über 3.000 Metern leben Bakterien und Pilze, >> mehr).

Während der ersten 1,5 Milliarden Jahre
bestand das Leben auf der Erde ausschließlich
aus Bakterien und Archaeen.

Die ersten 1,5 Milliarden Jahre nach der Entstehung des Lebens gab es auf der Erde nur Bakterien und Archaeen, und sie sollten das Leben noch mehr als eine weitere Milliarde Jahre dominieren. Bakterien und Archaeen sind beide sehr klein und nur in Ausnahmefällen mit dem bloßen Auge zu erkennen; aber sie kommen in riesigen Zahlen vor und können sich sehr schnell vermehren. In dem riesigen Zeitraum, in dem sie das Leben auf der Erde alleine bestimmten, konnten Bakterien und Archaeen ungezählte Möglichkeiten biochemischer Reaktionen „ausprobieren“ – aus den Lösungen, die die natürliche Selektion überstanden, und die vor allem auf 20 Aminosäuren und aus diesen gebildeten ein- bis zweihundert Eiweißstrukturen beruhen, die die anderen Reaktionen katalysieren, besteht das Leben im wesentlichen noch heute. Spätere Lebensformen sollten die biochemischen Lösungen, die die Bakterien erfunden hatten, kombinieren; aber kaum noch Neues hinzufügen (siehe Seite Der Weg zum vielzelligen Organismus). In dieser Zeit entstand die oben beschriebene enorme biochemische Vielfalt der Bakterien, die insbesondere früh "gelernt" haben, das Grundprinzip der Redoxreaktion mit vielen anderen, auch anorganischen Elektronenspendern wie Schwefelwasserstoff oder zweiwertigem Eisen durchzuführen, was überhaupt erst das Leben jenseits von dauerhaften Wasserstoffquellen möglich gemacht hat und heute noch bedeutet, dass sie auch Gestein, Gase und viele Chemikalien "fressen" können. Bakterien und Archaeen sind ganz ohne Zweifel ein “Erfolgsmodell” der Evolution: Bakterien und Archaeen, auch solche aus der sauerstofffreien Frühzeit der Erde, machen auch heute schätzungsweise mehr als die Hälfte aller Biomasse auf der Erde aus. Bakterien sie spielen eine zentrale Rolle in vielen Lebensvorgängen: Unter anderem leben sie im Pansen von Rindern und Kühen, wo sie Zellulose aus Gras abbauen und damit die Nährstoffe den Tieren erst zugänglich machen; sie reinigen unser Wasser; besorgen die Verrottung organischer (und vieler anderer) Abfälle; erzeugen Vitamine in unserem Darm und holen den Stickstoff aus der Luft, den die Pflanzen sonst nicht verwerten könnten. Ihre große Stärke scheint die schnelle Fortpflanzung zu sein: Wenn genug Nahrung vorhanden ist, können sich manche Arten alle 20 Minuten verdoppeln. Ein winziges Bakterium könnte theoretisch in zwei Tagen mehr Biomasse erzeugen, als die ganze Welt wiegt... (praktisch kann dies natürlich nie passieren, da es dafür nicht genug Nahrung gibt).

Leben oder nicht Leben? - Viren

Vermutlich bereits mit den ersten Bakterien und Archaeen entwickelten sich die VViren, die noch hundertfach kleiner sind als Bakterien: Viren bestehen eigentlich nur aus Erbmaterial und einer Proteinhülle, verfügen aber nicht über einen eigenen Stoffwechsel (weshalb sie im engeren Sinne nicht als Lebewesen gelten). Sie können sich aber an Zellen “andocken” und ihr Erbmaterial in diese injizieren, worauf es dann sozusagen das Kommando in der Zelle übernimmt und neue Viren produziert. Über die Entstehung der Viren gibt es verschiedene Hypothesen: So könnten sie Reste der ersten selbstreplizierenden Moleküle sein, die nach der Entstehung der ersten Zellen zu “Parasiten” wurden; sie könnten eine Schwundstufe ehemaliger Lebewesen sein (z.B. von Parasiten, die alle überflüssigen Elemente verloren haben) oder aber sie könnten “selbstständig” gewordene RNS-Moleküle der Wirtszelle sein. Einige Viren sind Krankheitserreger (Grippe, Pocken, AIDS, ...), viele Viren schaden jedoch nicht. Im menschlichen Erbgut findet sich ein erheblicher Anteil von Erbsubstanz, die offenbar von Viren abstammt, die die Keimzellen infiziert hatten. Manche dieser Gene haben inzwischen sogar Funktionen im menschlichen Körper übernommen, so ist ein Virengen an der Herstellung des menschlichen Blutfarbstoffs Hämoglobin beteiligt. Auch können Viren gelegentlich genetisches Material von einer Art auf eine andere übertragen; mit ihrer Hilfe können Gene also Artgrenzen überwinden.

Eine der wichtigsten Erfindungen der Bakterien, und die erste Erfindung des Lebens, die die ganze Welt verändern sollte, war die Fotosynthese. Sie sollte dafür sorgen, dass aus dem rötlichen Planeten vor zweieinhalb Milliarden Jahren der blau-grüne Planet wurde, den wir heute alle von Satellitenfotos kennen.

Die Erfindung der wichtigsten chemischen Reaktion der Welt:
Die Fotosynthese

Die ersten Bakterien gewannen Energie, wie auf der Seite Die Entstehung des Lebens dargestellt, aus organischen Stoffen oder aus einfachen chemischen Verbindungen (solche Organismen nennt man chemotroph – wörtlich "chemische Ernährung"). Heute steckt hinter dem Leben auf der Erde vor allem die Energie des Sonnenlichts. Die Umwandlung des Sonnenlichts in nutzbare chemische Energie (mehr zu den Energieformen) und gleichzeitig die Umwandlung anorganischen Kohlendioxids in die organischen Kohlenstoffverbindungen des Lebens erfolgt durch die Fotosynthese (und Lebewesen, die diese beherrschen nennt man phototroph – wörtlich Ernährung durch Licht). Die Fotosynthese – genauer die oxygene Fotosynthese – war eine geniale Erfindung: aus den reichlich vorhandenen Ausgangstoffen Wasser und Kohlendioxid sowie Sonnenlicht entstehen Energie und Zucker; Zucker, die die Ausgangsstoffe für alle weiteren Reaktionen des Lebens sind. Mit dieser Fotosynthese stand dem Leben eine so reichliche Energiequelle zur Verfügung, dass sich die Produktivität der Biosphäre um mindestens den Faktor 1.000 erhöhte (20): die Fotosynthese ist fraglos die wichtigste chemische Reaktion der Welt.

Die oxygene Fotosynthese ist aber ein komplexer Vorgang, und es ist eine spannende – und noch nicht vollständig gelöste – Frage, wie die Evolution so etwas hervorbringen kann. Im Kern wird bei der Fotosynthese Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, Wasserstoff oxidiert und die dabei freigesetzten Elektronen genutzt, um einerseits die universale Energiequelle des Lebens, das Molekül ATP, und das Reduktionsmittel NADPH zu erzeugen, das wiederum Kohlendioxid zu organischen Kohlehydraten (dem Zucker) reduziert(eine detaillierte Darstellung finden Sie auf der Seite Die Fotosynthese). Schon das Zerlegen von Wasserstoff in Sauerstoff ist eine großartige Leistung, die uns technisch noch nicht gelungen ist: Alle technischen Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser kosten mehr Energie, als sie ergeben. (Wenn wir dereinst lernen, was die Natur seit Milliarden Jahren kann – Wasserstoff mit Sonnenenergie aus Wasser zu gewinnen – wäre die Lösung unserer Energieprobleme absehbar… – aber das ist ein anderes Thema). Die Natur hat hierzu einen Katalysator erfunden, der mit minimalem Energieeinsatz Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen kann, den “sauerstoffproduzierenden Komplex”. An der Oxidation des Wasserstoffs und dem anschließenden Transport der freigesetzten Elektronen bis hin zur Erzeugung des Reduktionsmittels NADPH sind zwei Fotosysteme beteiligt, die ihr Redoxpotenzial unter Lichteinwirkung ändern können. Fotosystem II wirkt als Oxidationsmittel, Fotosystem I als Reduktionsmittel. Es muss, wenn dieser Vorgang mit Licht angetrieben werden soll, zwei Fotosysteme geben, denn ein System kann nicht gleichzeitig ein starkes Oxydations- als auch Reduktionsmittel sein. Aber wie konnte die Evolution so ein komplexes System hervorbringen?

Der Vorläufer: Fotosynthese ohne Freisetzung von Sauerstoff

Die Erfinder der oxygenen Fotosynthese, bei der Wasser als Elektronenquelle dient, sind die Cyanobakterien (früher blaugrüne Algen genannt). Älter als diese ist die heute ebenfalls noch vorkommende anoxygene Fotosynthese – bei dieser werden andere, leichter als Wasser zu oxidierende Ausgangstoffe als Elektronenquelle genutzt, etwa Schwefelwasserstoff oder reduzierte Eisen-Ionen. Auch in den Bakterien, die zur anoxgenen Fotosynthese fähig sind, kommen Fotosysteme vor: entweder ein Fotosystem, das dem Fotosystem I ähnelt (dann wir auch von anoxygener Photosynthese des Typs I gesprochen, oder ein Fotosystem, das dem Fotosystem II ähnelt (anoxygene Photosynthese Typ II). Aber bei ihnen kommen nie beide Fotosysteme zusammen vor. Das Fotosystem I ähnelnde System dient in den Bakterien ebenfalls als Reduktionsmittel und erzeugt NADPH, das andere Fotosystem erzeugt ATP. Beide Fotosysteme nutzen dazu die Energie des Sonnenlichts (darum heißen sie ja auch Fotosysteme). Das ist chemisch kein großes Kunststück – die Färbung aller Pigmente beruht darauf, dass Elektronen durch Lichtstrahlung angeregt werden, und die Pigmentgruppe, zu der Chlorophyll gehört, wurde sowohl im Weltall gefunden als auch im Labor unter den Bedingungen der Erdfrühzeit hergestellt. Die Strukturen von Fotosystem I und II ähneln sich derart, dass es als gesichert gilt, dass beide aus einem gemeinsamen Vorläufer entstanden sind. Die spannendste Frage an dieser Stelle ist: Wie kamen die Lebewesen, die ja möglicherweise an Tiefseequellen entstanden waren, an Licht? Eine denkbare Antwort sind die geologischen Vorgänge der Plattentektonik: Die Bewegung der ozeanischen Krustenplatten bewegte den Meeresboden in Richtung der Kontinente; bei der Subduktion wurden Teile abgehobelt und an die Kontinente angelagert. Dabei gelangten sie in küstennahe Flachwasserbereiche, in denen es Sonnenlicht gab. Die anoxygenen Formen der Fotosynthese, der Umwandlung von Licht in chemische Energie, die mit nur einem Fotosystem auskamen, setzten – da ja kein Wasser gespalten wurde – noch keinen Sauerstoff frei (daher auch die Bezeichnung anoxygen - ohne Sauerstoffbildung).

Die Entstehung der modernen Fotosynthese?

Damit die heute verbreitete oxygene Fotosynthese entstehen konnte, mussten erst noch Fotosystem I und II zusammenkommen, und wie dies geschehen ist, wissen die Forscher noch nicht. Ein viel diskutierte Hypothese ist die des britischen Biochemikers John Allen: Er vermutet, dass es einst Bakterien gegeben habe, die in instabilen Umwelten zeitweise sowohl Fotosystem I – zur Verarbeitung von Schwefelwasserstoff und den Aufbau von organischer Substanz – als auch Fotosystem II – in schlechten Zeiten, um mit Hilfe von Elektronen ATP zur Erhaltung des Organismus zu erzeugen. Damals, als noch keine Ozonschicht in der Atmosphäre die energiereiche UV-Strahlung abschirmte, war die energiereiche Strahlung aber auch zerstörend. Glücklicherweise gab es im Wasser der Urozeane aber auch viel Mangan, und Mangan absorbiert UV-Strahlung, wobei ein Elektron freigesetzt wird. Lebewesen, die Mangan aufnahmen, waren vor UV-Strahlung besser geschützt; die Elektronen würden aber das Fotosystem II mit den freigesetzten Elektronen „verstopfen“. Die Lösung: Wenn es eine Struktur gegeben hätte, die Fotosystem II und I über einen Elektronentransport verbinden könnte, wären wir fast bei der Fotosynthese … Fast, denn Mangan muss ja noch als Elektronenlieferant durch Wasser ersetzt werden. Ein möglicher Weg wurde 2006 durch die Aufklärung der Struktur des „sauerstoffproduzierenden Komplexes“ aufgezeigt: in seinem Herzen erhält er ein Mangancluster mit vier Manganatomen. Möglicherweise wurden also einst die manganhaltigen Mineralien in das Fotosystem II eingelagert; und diese konnten – wie heute der Komplex – wenn sie ihre Elektronen unter Lichteinwirkung abgegeben hatten Wasser zerlegen und sich so ihre Elektronen „zurückholen“. Fest in einen Enzymkomplex eingebunden, wurde dieser Mechanismus erblich; und damit hätten wir, einen plausiblen Weg zur Fotosynthese. Bisher ist all dies nur eine Hypothese, aber eine, die zeigt, dass komplexe Reaktionen wie die Fotosynthese durch einfache Schritte entstehen können, also durchaus mit der Evolution erklärbar sind.

Die Fotosynthese wurde zur wohl wichtigsten chemischen Reaktion in der Natur, da Sonnenlicht auf der Erde reichlich vorhanden ist. Damit konnte die Fotosynthese bald zum vorherrschenden Weg werden, wie in der Natur organische Substanz aufgebaut wird (mehr dazu YY hier). Die zur Fotosynthese fähigen phototrophen Organismen, einige Bakterien und die meisten Pflanzen, bilden gemeinsam mit den chemotrophen Bakterien, die nach wie vor chemische Energie nutzen, aber im Energiehaushalt nur eine kleine Rolle spielen, die Primärproduzenten – auf ihrer Leistung beruhen alle anderen Lebensprozesse (mehr dazu >> hier). Noch heute wird etwa die Hälfte des Luftsauerstoffs von Bakterien erzeugt (und beruht die Erzeugung der anderen Hälfte im Grunde auf “eingewanderten Bakterien", siehe >> hier); und auch die fossilen Brennstoffe, die die Industrielle Revolution ausgelöst haben und bis heute unsere Gesellschaft maßgeblich versorgen, sind im Grunde durch die Fotosynthese gespeicherte Sonnenenergie.

Noch heute wird etwa die Hälfte des Luftsauerstoffs von Bakterien erzeugt

Die Fotosynthese ist vielleicht schon vor 3,8 Milliarden Jahren entstanden (>> hier), wahrscheinlich vor über 3 Milliarden Jahren und mit ziemlicher Sicherheit gab es sie spätestens vor 2,7 Milliarden Jahren. Für eine Entstehung der Photosynthese vor über drei Milliarden Jahren sprechen die ältesten Stromatolithen; aber sicher ist die Photosynthese dort erst vor 2,7 Milliarden Jahren, so alt sind fossile Cyanobakterien (21; spätestens damals begann auch die Freisetzung von Sauerstoff ins Meerwasser, mehr dazu >> hier). Die australische Geobiologin Nora Noffke hat zudem in mehr als 3 Milliarden Jahre alten fossilen Mikrobenmatten, wie sie noch heute an tropischen Stränden vorkommen, für biologische Ursprünge typische Isotopenmuster gefunden; bei Mikrobenmatten in Sandstein, fällt es schwer, sich eine andere Energiequelle als Licht vorzustellen. Dazu passt, dass eine erste Sauerstoffanreicherung in der Atmosphäre möglicherweise bereits vor über drei Milliarden Jahren erfolgte (siehe >> hier). Sauerstoff war der “Abfall”, der bei der Fotosynthese entstand, und er sollte die Welt verändern. Vorher enthielt die Erdatmosphäre und das Wasser nur Spuren von freiem Sauerstoff (der beispielsweise aus Wasser stammt, das durch die starke UV-Strahlung der Sonne in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wurde), sie war reduzierend. Damit haben auch die Ausgangsstoffe der anaeroben Atmung (die etwa Nitrat als Empfänger der Elektronen genutzt hat) nur in sehr begrenzter Menge zur Verfügung gestanden. In einer sauerstoffreichen Welt konnten sich diese viel stärker ansammeln, und damit konnte nicht nur die neue aerobe Atmung zur Energieversorgung des Lebens beitragen, sondern auch die "alte" anaerobe Atmung leistete einen deutlich größeren Beitrag.

Die aerobe Zellatmung ist eine Art “chemische Verbrennung” der Nahrungsmittel (was nebenbei auch erklärt, warum der Energieinhalt von Nahrungsmitteln in der alten Wärmeeinheit “Kalorie” (>> mehr) angegeben wird):

  • Aerobe Zellatmung: Glucose (C6H12O6)  + Sauerstoff (6 O2)
    -> Kohlendioxid (6 CO2) + Wasser (6 H2O) + Energie (38 ATP)

Die Alternative, die Gärung, liefert im Vergleich viel weniger Energie:

  • Gärung: Glucose (C6H12O6) -> Ethanol (2 C2H5OH) + Kohlendioxid (2 CO2) + Energie (2 ATP)

Die aerobe Zellatmung ist chemisch gesehen die Umkehrung der Fotosynthese; letztlich wird Sonnenenergie also durch die Fotosynthese (bei der ebenfalls ATP entsteht) und die Zellatmung in den universellen chemischen Energieträger des Leben, ATP, umgewandelt. Im Vergleich zur Gärung entstehen dabei 38 ATP statt 2 ATP, also 19 Mal so viel Energie alleine aus der Verbrennung der Nahrungsmittel. Damit das Leben die Zellatmung aber in großem Umfang nutzen konnte, musste sich aber erst genug Sauerstoff in Meerwasser und Atmosphäre ansammeln, was vor 2,7 Milliarden Jahren geschah (Die Geschichte des Lebens auf der Erde). Dann hatte diese Art von Energiegewinn aber Folgen für das Leben auf der Erde: Es stand genug Energie zur Verfügung, komplexere Lebensformen auszubilden – Eukaryoten und später innerhalb dieser Gruppe vielzellige Organismen, deren Entwicklung ohne die zusätzliche Energie, die frei verfügbarer Sauerstoff bedeutete nicht möglich gewesen wäre.

Diese Seite in aller Kürze ...

Bereits früh in der Geschichte des Lebens differenzierten sich zwei der drei heutigen Domänen des Lebens heraus: die Archaeen und Bakterien. Diese "Prokaryoten" sind einzellige, in der Regel mit bloßem Auge nicht sichtbare Lebewesen ohne Zellkern, sie waren 1,5 Milliarden Jahre lang die einzigen Lebensformen auf der Erde und eine weitere Milliarde Jahre vorherrschend. In dieser Zeit entwickelten sie eine ungeheure biochemische Vielfalt, die es ihnen unter anderem erlaubt, von Gestein und von Gasen zu leben. Sie haben auch die Fotosynthese "erfunden" und mit dem hierbei freigesetzten Sauerstoff die Erde tief greifend verändert und sich damit selbst große Energiemengen zugänglich gemacht. Noch heute machen Archaeen und Bakterien wohl mehr als die Hälfte der Biomasse auf der Erde aus.

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Teil 2: Die Eukaryoten entstehen 

© Jürgen Paeger 2006 - 2017

Zur Bedeutung von ATP siehe >> hier.

"Verbrennung" ist insofern nur halb richtig, als ein Teil der Verbindungen in Lebewesen auch als Baustoff genutzt wird.