Enstehung des Lebens: Biodiversität und Evolution PDF

**[Biodiversität und Evolution ]** **[Enstehung des Lebens ]** [Stammbaum des Lebens] - 3 Domänen des Lebens (Eukrayoten, Bakterien, Archaea-Bakterien) - Gemeinsamer Ursprung: LUCA (Last Universal Common Ancestor) [Ursprung des Lebens] Theorien: - Chemische Evolution -\> Bedingungen auf...

**[Biodiversität und Evolution ]** **[Enstehung des Lebens ]** [Stammbaum des Lebens] - 3 Domänen des Lebens (Eukrayoten, Bakterien, Archaea-Bakterien) - Gemeinsamer Ursprung: LUCA (Last Universal Common Ancestor) [Ursprung des Lebens] Theorien: - Chemische Evolution -\> Bedingungen auf der Erde bildeten die Bausteine des Lebens - Leben aus dem All -\> organische Verbindungen auf Meteoriten; welche auf die Erde kommen könnten [Moleküle des Lebens] - Wasser (70 Gewichtsprozent Wasser) - Ionen und kleine Moleküle - Makromoleküle -\>etwa 50% Proteine (Polypeptide), Nucleinsäuren, Kohlenhydrate (Polysaccaride: Strukturmoleküle oder Energiespeicher), Lipide (bspw. Zellmembran) - - Wo kommt das ganze Wasser her? - Noch nicht vollständig geklärt - Z. T. als Wasserdampf aus Magma ausgedampft - Z. T. von Kometeneinschlägen, wasserreichen Asteroiden - Später: Schwefelbakterien tragen zur Wasserbildung bei [Miller-Urey-Experimente] - Chemische Evolution: Bildung von organischen Bestandteilen aus anorganischen Bestandteilen, bis hin zu Organismen (Oparin und Haldane 1892-1964) - Experiment (Miller, Urey 1953) - Simulierung der frühen Erde - Kolben Wasser; Verdampfung in die "Atmosphäre"; Blitze als Energielieferant zum Wasserdampf -\> wieder Wasser hinzugegefügt ("Urozean") - Kreislauf -\> Entstehung von organischen Molekülen/Elementen -\> Aminosäuren und Kohlenwasserstoffe -  - Experiment mit Vulkanausbruch 1953 -\> Entstehung von mehr verschiedenen Aminosäuren und höhere Masse - [RNA-Welt und Protozellen] - Abiotische Bildung von Aminosäuren, Nukleotiden, Zuckern, Fettsäuren - Bildung von RNA ( Ribose, Basen und Phosphat bilden sich zusammen) - RNA hat katalytische Eigenschaften: Ribozyme -\> Replikation; Bildung von katalytischen Proteinen - Kopie von RNA zu doppelsträngiger DNA (stabiler)-\> DNA als Erbinformationsspeicher; RNA für Proteinsynthese genutzt - Bildung von Protozellen aus Liposomen - Spontane Bildung von Liposomen in Wasser; durch hydrophile und hydrophobe Eigenschaften - Bilden der Doppelschicht - Leben vor LUCA: wahrscheinlich in Form von Protozellen, welche wesentliche Komponenten des heutigen Lebens enthielten - LUCA-\> Durchsetzung zu unserem gemeinsamen Vorfahren in seinem Ökosystem\ -\> bereits ATP-Synthase, Teile des Citratzyklus und Glykolyse, einfaches Immunsystem - LECA: Vorfahre der Eukaryoten  [Endosymbiontentheorie] Eukaryot -\> Membranen um Zelorganellen und hohe Kompartimentierung Endosymbiontentheorie: serielle Symbiose: -\> Aufnahme von Prokaryoten durch anderen Prokayrot (wahrscheinlich Vorfahre der Archaea) führt zu Zellorganellbildung; Endosymbiose -\> Entstehung von Eukaryoten - Einpackung der DNA durch Einfaltung der Zellmembran - Aufnahme eines anaeroben, heterotrophen Prokaryots -\> Bildung von ATP durch Aufnahme von organischen Verbindungen (Mitchondrien) - Aufnahme von photosynthetisch aktiven (Cyano-)Bakterien (Plastide) - [Geschichte der Erde: die Erde beeinflusst die Evolution und umgekehrt] - Entstehung der Erde: vor 4,6 Milliarden Jahren - Ediacardium: Wirbellose, Algen - Kambische Explosion im Kambrium ( Zunahme der Vielfalt von Tierstämmen) - Ordovizium: unter Sauerstoffbedingung Landgang von Pflanzen, Algen, Pilzen und Tieren - Mesozoikum: Kreidezeit; Entstehung Blütenpflanzen; Aussterben der Dinosaurier - Antrpophozähn: Menschen formen auf einer noch nie da gewesenen Skala die Erde mit -  Physikalische Veränderungen - Plattentektonik und Kontinentaldrift\ -\> Ursprungskontinent Pangea; Plattendrift und Auftrennung - Kontinentaldrift: starker Vulkanismus und Gebirgsbildung - Meerespiegelentwicklung -\> Absacken des Meerespiegels führte im Laufe der Zeit zu mehreren Masseaussterben (Vulkanismus -\> Kälteperiode-\> Pole zugefroren -\> Meeresspiegel sinkt) - Sauerstoffgehalt in Veränderung -  **[Stammbäume ]** [Wie entstehen und wie liest man Stammbäume?] -  - Entstehung - Morphologischer Stammbaum Suche nach gemeinsamen „abgeleiteten Merkmalen" (Synapomorphien), die evolutionär jüngere Gruppen auszeichnen [Homologe und analoge Merkmale] Homologe Merkmale -\> Gleichheit in Struktur/Bauart oder Morphologie von bestimmten Merkmalen und Körperstrukturen aufgrund gleicher Abstammung\ (divergente Entwicklung: auseinanderentwickeln) Analoge Merkmale -\> Gleichheit in Struktur/Bauart oder Morphologie von bestimmten Merkmalen aufgrund von evolutiven Faktoren und konvergenter Entwicklung (Aufeinanderzuentwicklung)\ (Konvergente Entwicklung als Anpassung an gleiche/ähnliche Lebensbedingungen)  [Gemeinsamer genetischer Code ] - Analayse von Verwandschaft durch gemeinsame DNA-Abschnitte des genetischen Codes - Grudlage der Divergenz und Diversifizierung durch Mutationen (Deletionen/Insertionen) im DNA-Strang - Schätzung der Zeitpunkte phylogenetischer Verzweigungen - „Molekulare Uhren" erlauben die ungefähre Datierung von phylogenetischen Verzweigungen. - Wichtig dabei: Eichung der molekularen Uhren durch Fossilfunde **[Biodiversität und ökologische Nischen]** **Ökologische Nische**: die Gesamtheit der biotischen und abiotischen Umweltfaktoren, innerhalb derer eine Art überleben kann. **Allopatrie**: nicht überlappende geographische Verbreitung verschiedener Populationen oder Arten **Sympatrie**: überlappende geographische Verbreitung verschiedener Populationen oder Arten -- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -Merkmalsverschiebung als indirekter Beleg für (ehemaliges) Konkurrenzwirken -\> unterschiedliche Reccourssennutzung und "einnischen" als Konkurrenzvermeidung -- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- [Nischenbesetzung als Ressourcennutzung ] Besetzung und Wiederbesetzung gleicher Nischen: konvergente Entwicklung bei Tieren und Pflanzen; auch zeitlich stark versetzt möglich  [Entwicklung der Biodiversität, Katastrophen der Erdgeschichte ] [Erste große Katastrophe: Sauerstoff] - Erste Entwicklung von sauerstoffabgebenden Cyanobakterien durch Fotosynthese vor ca. 2500 Mio Jahren - Erste aerobe Bakterien erst vor 2000 Mio Jahren - Erster entstehender Sauerstoff sofort in Verbindungen mit Eisen gelagert -\>Entstehung Eisenoxid (Bändererze) - Erschöpfung des zweiwertigen Eisens -\> Anstiegen des Sauerstoffs auf 0,2-0,5 % - Toxische Wirkung von Sauerstoff auf bis dahin anaerobe Lebewesen - Explosion des Tierreichs -\> mehr Sauerstoff in der Luft als heute -\> Insektenboom [Entwicklung von Biodiversität] - 5 Masseaussterben der Erde; 6tes Masseausterben heute durch den Menschen - Größtes Masseaussterben am Ende des Perms (96% mariner Tierarten ausgestorben) - Diversität sinkt mit Massesterben; nicht jede Art einer Familie muss betroffen sein; - Ende der Kreidezeit; Aussterben der Dinosaurier - Meteoriteneinschlag -\> 180 km Krater vor Yucata; Ablagerung von Irdium in Gesteinschichten der Kreidezeit - Vulkanische Aktivität -\> riesige Basaltschichten **Evolution: Änderung in den erblichen Merkmalen einer Population über Generationen** (Darwin) [Variabilität als Grundlage für (natürliche) Selektion ] - **Variation** zwischen Individuen bezüglich einer Eigenschaft oder Merkmalsausprägung - **Fitnessunterschiede:** Zusammenhang zwischen Ausprägung von Merkmalen und dem Reproduktionserfolg - **Vererbung der Merkmalsausprägung** von Eltern auf Nachkommen [Natürliche und künstliche Selektion] - Selektion der Merkmalsauspägung durch den Menschen - Kohlesorten, Hunderassen [Genotyp und Phänotyp ] - Phänotyp: die Menge aller Merkmale eines Organismus: morphologische und physiologische Eigenschaften, bei Tieren auch Verhaltensmerkmale - Genotyp: die Gesamtheit der Gene eines Organismus. - Gen -\> codierender DNA-Abschnitt; Allele -\> Varianten/Versionen eines Gens - Diploide Organismen (doppelter Chromosomensatz) können zwei verschiedene Allele eines Gens besitzen. [Evolutionsbegriff] - Bestimmte Häufigkeit (Frequenz) der verschiedenen Allele eines Gens einer Population - Veränderung der Häufigkeiten der Allelfrequenzen über Generationen auf Populationsebene -\> Evolution - Evolutionsfaktoren [Allele und Verschiebung von Allelfrequenzen durch Selektion oder genetische Drift (Zufall)]\ -\> genetischer Drift; zuvölliger Vorgang der die Häufigkeitsverteilung der Gene in einer Population beeinflusst; durch beispielsweise Naturkatastrophen; kleiner Teil der Allele bleibt erhalten (genetischer Flaschenhalseffekt) -\> neue Allele -\> Mutation [Evolution von Antibiotika-Resistenzen und Sars-COV-2 ] - Schnelle Generationszeiten von Bakterien -\> Antibiotika Resistenz nimmt zu mit dem Überleben von resistenten Bakterien -\> Vermehrung und Gentransfer -\> Entstehung von mulitresistenten Bakterien