Aufgaben 69 Evolutionsbiologie Die große Sauerstoffkatastrophe Sauerstoff entstand als Nebenprodukt der Fotosynthese. Er oxidierte zunächst reduzierende Stoffe, die auf der Erde vorhanden waren, wie zB Eisen, und häufte sich daraufhin in der Atmosphäre an. Die O2-Konzentration in der Atmosphäre stieg so bis Mitte des Präkambriums von nahezu null auf 2–3 % an (kAbb. 4). Damit wurde die reduzierende Uratmosphäre zu einer oxidierenden Atmosphäre. Für die anaeroben Prokaryoten bedeutete das eine katastrophale Umstellung: Sie konnten nun nur mehr in anaeroben Nischen überleben. Der aerobe Stoffwechsel entstand. In weiterer Folge war der Weg frei für die Evolution der Eukaryoten. Ihr Erfolg basiert also auf einer von den Cyanobakterien ausgelösten Umweltkatastrophe. Die Cyanobakterien ließen sich allerdings Zeit: Mindestens 500 Mio. Jahre benötigten sie, um der Erde ihre sauerstoffreiche Atmosphäre zu geben. Erst später, mit der Entstehung der eukaryotischen Algen und der Besiedlung des Landes durch Pflanzen, stieg der O2-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 Abb.4: Veränderung der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre von vor 4 Mrd. Jahren bis heute (a). Der schwarz umrandete Ausschnitt (vor 525 Mio. Jahren bis heute) ist in (b) vergrößert gezeigt. Zusätzlich zur Sauerstoffkonzentration (blaue Linie) ist in (b) auch der Verlauf der Kohlenstoffdioxidkonzentration dargestellt (rote Linie). Km = Kambrium, Or = Ordovizium, Si = Silur, De = Devon, Ka = Karbon, Pe = Perm, Tr = Trias, Ju = Jura, Kr = Kreide, Kä = Känozoikum. Km Or Si De Ka Pe Ju Kr Tr Kä 500 400 300 200 100 0 525 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35 Milliarden Jahre vor heute atmosphärischer O2 (%) atmosphärischer O2 (%) atmosphärisches CO2 (ppm) 2000 4000 6000 Millionen Jahre vor heute (mya) erste Eukaryoten erste Algen “Erfindung” der Fotosynthese Stoff- und Energieumwandlung Durch die Fotosynthese wurde der aerobe Stoffwechsel möglich. Auch die Zellatmung wurde von Bakterien „erfunden“. Energiereiche Verbindungen wie Glukose konnten jetzt mit Sauerstoff vollständig zu CO2 und H2O veratmet werden, wobei viel mehr Energie in Form von ATP gespeichert werden kann als bei anaeroben Vorgängen. 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. 68). Die dritte Domäne, die Eukarya, entstand 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. 70). Ansatze eines Endomembransystems 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 zu einer schutzenden Kernhulle um die Erbsubstanz (kS. 70; Abb. 5a–c). Die zunehmende Große der Zelle wurde durch ein Zytoskelett ermoglicht, das als Stutze wirkte und zellulare Bewegungen erleichterte. Aus Mikrotubuli entwickelte sich die eukaryotische Geißel. Euzyten entstanden aus Prozyten, die andere Bakterien aufgenommen und als Organellen bewahrt haben 1 W Wiederhole die geologischen Zeitalter und die darin stattfindenden wesentlichen Ereignisse mit der Zeittafel aus am Puls 6, S. 182. 2 W Fasse die für die Entwicklung des Lebens prägenden Ereignisse im Präkambrium in einem kurzen Text zusammen. 3 W/S Die heiß diskutierte Hypothese zur Panspermie 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. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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