am Puls Biologie 8, Schulbuch

63 Evolutionsbiologie Die große Sauerstoffkatastrophe Sauerstoff entstand als Nebenprodukt der Foto- synthese. Er oxidierte zunächst reduzierende Stoffe, die auf der Erde vorhanden waren, wie zB Eisen, und häufte sich daraufhin in der Atmo- sphäre an. Die O 2 -Konzentration in der Atmo- sphäre stieg so bis Mitte des Präkambriums von nahezu null auf 2–3% an ( k Abb. 4). Damit wurde die reduzierende Uratmosphäre zu einer oxidie- renden Atmosphäre. Für die anaeroben 1 Pro- karyoten bedeutete das eine katastrophale Um- stellung: Sie konnten nun nur mehr in anaeroben Nischen überleben. Der aerobe Stoffwechsel ent- stand. In weiterer Folge war der Weg frei für die Evolution der Eukaryoten. Ihr Erfolg basiert also auf einer von den Cyanobakterien ausgelösten Umweltkatastrophe. Der Mensch ist also nicht der erste, der eine globale Umweltkatastrophe ausgelöst hat. Die Cyanobakterien ließen sich allerdings Zeit: Min- destens 500 Millionen Jahre benötigten sie, um der Erde ihre sauerstoffreiche Atmosphäre zu geben. Erst später, mit der Entstehung der eu- karyotischen Algenund der Besiedlung des Lan- des durch Pflanzen, stieg der O 2 -Gehalt auf den heutigen Wert. Zeitweise lag er sogar deutlich darüber. Durch Fotosynthese entstand freier Sauerstoff in der Atmosphäre – eine Katastrophe für die anaeroben Zellen Stoff- und Energieumwandlung Abb. 4: Entwicklung des Sauerstoffgehalts in der Erdatmosphäre seit dem Präkambrium. Der bei der Fotosynthese anfallende Sauerstoff häufte sich sehr langsam in der Atmosphäre an. Es kam zu starken Schwankungen im Sauerstoffgehalt, verursacht durch Fotosynthese von Pflanzen und Vulkanismus. Im Karbon und Perm wurden sogar Werte von bis zu 35% erreicht, die weit über dem heutigen Niveau liegen. Sauerstoff in der Atmosphäre (Volumsprozent) Alter (Milliarden Jahre) 0 5 10 15 20 25 4 3 2 1 0 „Erfindung“ der Fotosynthese erste Eukaryoten erste Algen 30 35 heute 21% Von Prokaryoten zu Eukaryoten Die Prozyten entwickelten eine immer großere Vielfalt. Schon fruh im Prakambrium entstanden die Bacteria und Archaea als eigene Domänen (siehe S. 62). Die dritte Domäne, die Eukarya , ent- standen schließlich im Präkambrium aus diesen vergleichsweise einfachen und viel kleineren Prozyten. Das Auftreten von eukaryotischen Zellen stellt gewissermaßen eine „evolutionäre Revolution“ dar. Ein völlig neuer, größerer Zelltyp entstand aus dem Zusammenschluss von kleinen Prozyten (siehe S. 64). Ansatze eines Endomembransys- tems gab es bereits bei manchen Prokaryoten. Darunter versteht man Membranen, die Teile der Zelle umschließen, und die für den Transport und Austausch zuständig sind. Evolutionär betrachtet war es dann kein allzu komplizierter Schritt mehr zu Endozytose, Endoplasmatischem Retikulum, Vesikeln, Golgi-Apparat sowie einer schutzenden Kernhulle um die Erbsubstanz ( k Abb. 5 a–c). Die zunehmende Große der Zelle wurde durch ein Zytoskelett ermoglicht, das als Stutze wirkte und zellulare Bewegungen erleichterte. Aus Mikrotu- buli entwickelte sich die eukaryotische Geißel. Euzyten entstanden aus Prozyten, die andere Bakterien aufgenommen und als Organellen bewahrt haben Glossar 1 anaerob , vom Griechischen a(n)- für ohne und aer für Luft 2 Cyanobakterien, vom Griechischen kyanos für Blau, früher auch „Blaualgen“ genannt. Sie enthalten eine bläuliches Photosynthe- se-Pigment und erscheinen daher gelegent- lich blaugrün. Nachdem es sich aber um Prokaryoten handelt, wird der Begriff „Algen“, der für eukaryotische Gruppen verwendet wird, heute vermieden. Aufgaben W 1 Geologische Zeitskala: Wiederhole die geologischen Zeitalter und die darin statt- findenden wesentlichen Ereignisse mit der Zeittafel aus Am Puls 6, S. 164. W 2 Revolutionen im Präkambrium : Fasse die für die Entwicklung des Lebens prägen- den Ereignisse im Präkambrium in einem kurzen Text zusammen. W/S 3 Panspermie: Diese heiß diskutierte Hypothese besagt, dass das Leben nicht auf der Erde entstand, sondern aus dem Weltall auf die Erde kam. Recherchiert im Internet Datenmaterial dazu und diskutiert die Idee anhand der gefundenen Quellen. Bewertet auch die Seriosität der Quellen. Basiskonzept Stoff- und Energieumwandlung: Durch die Fotosynthese wurde der aerobe Stoffwechsel möglich. Auch die Zellatmung wurde von Bakterien „erfunden“. Energierei- che Verbindungen wie Glukose konnten jetzt mit Sauerstoff vollständig zu CO 2 veratmet werden, wobei viel mehr Energie in Form von ATP gespeichert werden kann als bei anaero- ben Vorgängen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv