Evolution der Biosphäre

Transkript

1 Evolution der Biosphäre Komplex II Was ist Leben? Entstehung und frühe Evolution des Lebens Vielfalt und Komplexität earliest reptile earliest bird earliest mammal Fakten und Theorien Vorbemerkung: Fakten, Forschung, Wissenschaft, Glauben Prof.Dr. J.W. Schneider / Dr. O. Elicki

2 1. Einleitung im Kambrium bei 540 Ma reiche Tier- und Pflanzenwelt in Ozeanen alle Tierstämme vorhanden, auch Vorfahren der Vertebraten erstmals Skelett tragende Mehrzeller explosive Zunahme von Bauplänen und Organismengruppen Wende Vendium/Kambrium markantester Schnitt in biologischer Evolution = Kambrische Explosion Ursachen? (nach molecular clock Differenzierung wichtigster Organismengruppen bereits vor 1,2 Mrd. a)

3 1. Frage: Erdalter + Zeitraum für Entstehung des Lebens 1/10 Erdgeschichte Isotopenalter von Gesteinen: Meteorite 6,0-6,5 Mrd. a Magmatite 4,5 4,0 Mrd. a Sedimente 3,9 3,5 Mrd. a Erdalter ca Mrd. Erdalter auf 5 Mrd. gesetzt - von Beginn Kambrium bis heute nur 1/10 der Erdgeschichte - 9/10 der Erdgeschichte für Evolution bis zur Organismenwelt des Kambrium zur Verfügung (Mensch 5 Ma 1/1000 Erdzeit)

4 2. Frage: Wie kam es in diesen 9/10 Erdzeit zur Entstehung des Lebens? Die Fakten: Fossilien und Sedimente 3,8 Mrd. A Isua-Quarzit Grönland - umstrittene Cyano- und Archaebakterien - δ 13 C-Werte als Hinweis auf biotische Isotopenfraktionierung

5 älteste Organismenfunde Gunflint Fm.(2 Mrd. a) Bitter Springs Fm. (0,85 Mrd. a) Belcher Gr. (2 Mrd. a) N-Australien (1,5 Mrd. a) Roper Gr. (2 Mrd. a) Bitter Springs Fm. (0,85 Mrd. a)

6 Stromatolithe - Biomatten-Sequenzen - 3,5 Mrd. a erste Stromatolithe im Apex-Chert, W-Australien δ 13 C-Werte des Kerogens (Chemofossil!) aus den Sedimenten photoautotrophe Organismen früharchaisch bereits O 2 -Photosynthese

7 Stromatolithe - O 2 -Produktion Hydrosphäre - Atmosphäre Hamersley, W-Australien Itabirite gebänderte marine Eisenerze (banded iron formations BIF s) weit verbreitet von 3,3 bis 1,8 Mrd. a kein freier O 2 in Atmosphäre, wenig O 2 in den Meeren 2,3 Mrd. a Laterite auf Basalten in S-Afrika mit typischer Struktur rezenter Laterite in Tropen Bildung durch org. Säuren aus Zersetzung org. Substanz bei Anwesenheit von O 2 1,8 Mrd. A erste Rotsedimente (z.b. Dala-Sandstein, Skandinavien) um 2 Mrd. a freier O 2 in Atmosphäre

8 Schneeball Erde: Lagerstätten Itabirite gebänderte Hämatit-Quarz-Gesteine Banded Iron Formations - BIFs BIF-Genesemodell Entwicklung Atmosphäre O 2 -freie Atmosphäre O 2 -Produktion in den Ozeanen BIF-Genesemodell Snowball Earth

9 3. Bio-Events frühe Metazoen-Evolution Th. Voigt

10 3.1. Faunen im Präkambrium Zytoplasma Prokaryoten Fauna Nucleoid dominant: Eubakterien, Cyanobakterien, Capsula Zellwand zytoplasmische Membran Ribosomen Pilii Flagella Ediacara Fauna Balken: 1 cm dominant: Vendobionten, Echinodermen-Vorformen, Arthropoden-Vorformen,... (rd Ma)

11 die Gärten von Ediacara um 600 Ma Mawsonites Ediacara Fauna Charniodiscus - früheste mehrzellige Organismen (Metazoa) als Körperfossilien, bis 1 m lang Tierniveau in der Evolution der Organismen - Ernährungsweise diskutabel: Filtrierer? Detritus-Fresser? Räuber? oder chemoautotroph? photoautotroph?

12 1.Biomineralisations- Event small shelly Faunen U. Kambrium calcitische Skelette entstehen Entgiftung Speicher Schutz Stabilisierung Motorik Lithosphäre: biogene Karbonat-Sedimente

13 2. Biomineralisations- Event U. Kambrium Chitin-Skelette entstehen Entgiftung Speicher Schutz Stabilisierung Motorik Biosphäre: komplexere Nahrungsketten mit effektiveren Räuber-Beute-Beziehungen

14 Räuber/Beute-Beziehungen: schneller, stärker, effizienter Wettbewerb Beschleunigung der Evolution erste Jäger - Anomalocaris

15 Vom mat ground zum mix ground Recycling von Nährstoffen Präkambrium Kambrium tote org. Substanz bzw. Abbauprodukte im Sediment begraben keine Rückführung in den Kreislauf tote org. Substanz bzw. Abbauprodukte werden durch Bioturbation in den Kreislauf zurückgeführt effektiveres Recycling

16 5. Grundprobleme des Überganges abiotische/biotische Evolution 1. Frage: Was ist Leben? Minimalorganismus Stoffwechsel Kompartimentierung Anpassung 8 Säulen Katalyse Regulation Reproduktion Wachstum genet. Programm

17 Entstehung und frühe Evolution des Lebens Vier Schritte auf dem Weg zum Leben Bildung organischer Moleküle Acetylen Alanin Bildung von Molekülsystemen Selbstorganisation der Molekülsysteme Peptid natürliche Auslese Julia-Menge Alanin

18 Bildung organischer Molekülsysteme... an Kristallmatrizen... z.b. Tonminerale, Calcit, Pyrit Entstehung organischer Polymere, Peptide Aminosäure-Ketten vom Fließband

19 Frühe Evolution Biosphäre: Zusammenfassung Konsolidierung der Erde: ~ 4,6 Mrd. a feste Kruste / freies Wasser: ~ 4,4 Mrd.a älteste Gesteine: ~ 3,96 Mrd.a älteste Fossilien (Cyanos): ~ 3,5 Mrd.a signifikanter freier Sauerstoff: ~ 2 Mrd.a älteste nachgew. Eukaryota: ~ 1,4 Mrd.a älteste nachgew. Vielzeller: ~ 580 Ma Ediacara Fauna Kambrische Explosion: Ma 1. Biomineralisationsereignis Calcit-Skelette: ~ 540 Ma 2. Biomineralisationsereignis Chitin-Skelette: ~ 520 Ma

20 Paläontologie = Systemwissenschaft