Origin and Evolution of Life on Terrestrial Planets Brack A. et al., 2010

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1 Origin and Evolution of Life on Terrestrial Planets Brack A. et al., 2010 Vera Maria Passegger Seminar zur Forschungsplattform: Astrobiologie

2 Inhalt Chemische Entwicklung Habitate Einfluss von Kometen und Meteoriten Erstes Leben Alter Extraterrestrische Einflüsse Umweltbedingungen Zusammenfassung 2

3 Chemische Entwicklung Entwicklung: Verbesserung der Selbst-Reproduktion Erhöhung der Vielfalt Komplexität der Erinnerungsmoleküle steigern Kohlenstoff dafür sehr gut geeignet ca. 110 Kohlenstoffhaltige Moleküle im interstellaren Medium gefunden 3

4 Habitate Primitive Atmosphären: CO 2, N 2, H 2 O, CO, H 2 Hydrothermale Tiefsee-Systeme: Synthese von Aminosäuren, schnelle Abkühlung im umgebenden kalten Wasser Verbindung zur Plattentektonik: tidal locking? 4

5 Einfluss von Kometen und Meteorite Kohlenstoffhaltige Komponenten von Meteoriten großer Anteil des organischen Materials ist extraterrestrischen Ursprungs Über 200 Mio. Jahre wurden ca. 2, kg Kerogen auf der Erde ausgesetzt 5

6 Einfluss von Kometen und Meteorite Infrared Space Observatory: Ähnlichkeiten zwischen interstellarem Eis und Kometeneis Entstehung der Kometen in jungen Sternscheiben Verbindung von interstellarem, Kometen- und Meteoritenstaub Einschränkungen zur Bildung des Sonnensystems Deep Impact und Rosetta: Wichtigkeit von Kometen als Quelle für organische Moleküle 6

7 Erstes Leben Zellähnliches System: Informationsmoleküle (RNA) katalytische Moleküle (Enzyme) Begrenzungsmoleküle (Membran) RNA kann als Informations- und katalytisches Molekül fungieren Annahme: RNA erstes lebendes System Synthese unbekannt RNA strukturell kompliziert: Vorgänger? 7

8 Erstes Leben Peptid Nukleinsäuren (PNA): Poly -2 aminoethyl Glycin Bildet stabile Doppelund Dreifachhelices Nachteile: Oligomer-Bildung schwieriger hydrolysiert schnell Neue Hypothese: Kombination aus mononukleare Organisationen aus Kristallinteraktionen mit Nukleinsäurebasen 8

9 Alter Sedimentgestein älter als 3,3 Mill. Jahre: Greenstone Belts in Isua Barberton Gebiet Pilara Gebiet Leben könnte 3,9 Mill. Jahre alt sein Zur Analyse: 12 C / 13 C Verhältnis, lebendes Material ist mit 12 C angereichert Biosynthese in allen Sedimenten Leben braucht einige 100 Mio. Jahre in gemäßigter thermophiler nasser Umgebung 9

10 Extraterrestrische Einflüsse UV-Strahlung kann im frühen Stadium Auswirkungen auf die Entwicklung haben und zu organischer Komplexität führen F-Sterne: höhere Raten von Mutationen UV Schutz Stickstoffbasen schlucken UV-Quanten: pentose-phosphat Grundbausteine von RNA und DNA schützen effektiv Darwin: Zusammensetzung von Exoplaneten Atmosphären zur Definition von UV-Flüssen 10

11 Extraterrestrische Einflüsse Einfluss auf biologische Entwicklung auch durch kosmische und Gamma Strahlen Während solaren Partikel Events (e -, p + ) steigt Strahlenbelastung der Erdatmosphäre um Faktor 1000 Magnetosphäre schützt lebende Systeme auf der Oberfläche 11

12 Extraterrestrische Einflüsse Dichte Atmosphäre schützt vor kosmischen Strahlen, ansonsten erreichen sekundäre Partikel den Boden Geringer Schutz bei tidal locked Planeten aufgrund kleinerer magnetischer Momente Mutationsraten steigen, Oberfläche kann sterilisiert werden 12

13 Umweltbedingungen Umgebungsbedingte Grenzen für Leben aufgrund der spezifischen Eigenschaften der chemischen Bindungen Pyrolobus fumarii lebt bei 113 C Mikroorganismen leben auch in permafrost Gebieten (Antarktis, Alpen) Unteres Temperaturlimit für bakteriellen Metabolismus: -20 C, Bildung von interzellularem Eis 13

14 Umweltbedingungen Anlagerung von hohen Salzkonzentrationen um Wasser flüssig zu halten Halophile Organismen: 1-20 % NaCl Mikroorganismen leben in ph Umgebungen von 0 12,5 Halten interzellularen ph-wert auf

15 Umweltbedingungen Organismen bei extremen Drücken von 1100 bar in Ozeanen gefunden Unterirdisch lebende Organismen in Ölfeldern und bei Bohrexperimenten entdeckt Beziehen ihre Energie von chemischen Quellen aus Flüssigkeiten, die aus tieferen Leveln hinauf wandern Prokaryoten 750m unter dem Meeresboden gefunden 15

16 Zusammenfassung Aufkommen von Leben sofort nach Bildung einer stabilen Hydrosphäre Annahme: Entwicklung von Exoplaneten nicht viel anders als Entwicklung der Erde Umweltbedingungen von Black Smokers können geschaffen werden Leben in ausreichender Komplexität kann kaum vernichtet werden 16

17 Danke für eure Aufmerksamkeit 17

18 Literaturverzeichnis Origin and Evolution of Life on Terrestrial Planets, Brack et al in_interstellar_space Hintergrund: n-earths-3637/the-planets