Das Buch "Die Motoren des Lebens: Wie Bakterien unsere Welt bewohnten"

Published on April 26, 2016

Das Buch "Die Motoren des Lebens: Wie Bakterien unsere Welt bewohnten"

    Hallo allerseits! Wir haben eine interessante Neuheit:

    BildAlles in unserer Welt hängt von Bakterien ab. Für eine lange Zeit - fast 4 Milliarden Jahre - stand die Erde zu ihrer Verfügung. Es waren diese mikroskopisch kleinen Motoren des Lebens, die die chemische Zusammensetzung unseres Planeten veränderten und die Welt für Pflanzen, Tiere und Menschen fit machten.

    Woher kamen diese erstaunlichen Mikroorganismen? Wie sind sie angeordnet und welche Geheimnisse verbergen sich? Warum ist ein Leben ohne sie unmöglich? Und warum sind Bakterien soziale Organismen?

    Der berühmte amerikanische Ozeanograph Paul Falcovski, ein Mitglied der American Geophysical Union, der American Academy of Arts and Sciences, erzählt, wie und warum Bakterien alle Kataklysmen überstanden und sich an die sich verändernde Umwelt angepasst haben, und zeigt dem Leser, dass unsere gesamte Existenz nur aufgrund ihrer Evolution möglich wurde und sie unsere wahren Vorfahren sind und die wahren Motoren des Lebens auf der Erde.


    Hier veröffentlichen wir das Kapitel "Unbemerkte Mikroorganismen"

    Vor einigen Jahren hatte ich die Gelegenheit, an einem Forschungsschiff am Schwarzen Meer vor der türkischen Nordküste zu arbeiten. Das Schwarze Meer ist ein markantes und einzigartiges Gewässer: Es gibt keinen Sauerstoff unter der Marke von ungefähr 150 Metern. Die Aufgabe meiner Arbeit war es, photosynthetische Bakterien in der oberen 150-Meter-Schicht zu untersuchen.

    Photosynthetische Bakterien nutzen die Energie des Sonnenlichts, um neue Zellen aufzubauen. In jedem Teil der Ozeane gibt es mikroskopisch kleine photosynthetische Organismen - Phytoplankton, die Sauerstoff produzieren. Sie sind die Vorläufer höherer Pflanzen, aber sie erschienen viel früher auf der Erde. Nach ein paar Tagen Schwimmen hat das Tool, mit dem mein Forscherteam Phytoplankton (ein spezielles Fluorometer, das wir vor vielen Jahren entwickelt haben) erkannt hat, seltsame Signale aufgezeichnet, die noch keiner von uns gesehen hat. Das Signal kam aus einer ziemlich großen Tiefe - nur aus dem Teil der Wassersäule, wo es keinen Sauerstoff gibt und das Licht sehr schwach ist. Im Laufe der weiteren Arbeit stellte ich fest, dass die Organismen dieses seltsame fluoreszierende Signal emittieren, leben in einer sehr dünnen Wasserschicht - vielleicht nicht mehr als einen Meter dick. Dies waren photosynthetische Bakterien, aber im Gegensatz zu dem Phytoplankton, das im oberen Teil der Wassersäule lebt, konnten sie keinen Sauerstoff produzieren. Diese Bakterien waren Vertreter der ältesten Gruppe von Organismen, die im Verlauf der Evolution lange vor Phytoplankton aufgetaucht sind. Sie waren Reliktvertreter jener Zeit, als Sauerstoff auf unserem Planeten noch nicht erschienen ist.

    Die Arbeit am Schwarzen Meer hatte einen tiefgreifenden Einfluss auf meine Vorstellungen über die Entwicklung des Lebens auf der Erde. Bei der Entnahme von Proben aus immer tieferen Schichten der Wassersäule drehte ich mich im Geiste um und entdeckte Mikroorganismen, die einst alle Ozeane bewohnten und sich jetzt auf einen sehr kleinen Teil ihres früheren Lebensraums beschränkten. Die Organismen, die dieses seltsame fluoreszierende Signal ausstrahlten, erwiesen sich als photosynthetische grüne Schwefelbakterien - obligate Anaerobier. Mithilfe von Sonnenenergie spalten sie Schwefelwasserstoff (H2S) auf und nutzen den erzeugten Wasserstoff zur Herstellung organischer Verbindungen. Diese Organismen können bei sehr schlechten Lichtverhältnissen leben, tolerieren jedoch nicht einmal die sehr geringe Anwesenheit von Sauerstoff.

    Während der nächsten Wochen, als wir das Schwarze Meer durchquerten, um Proben in verschiedenen Teilen davon zu sammeln, beobachteten wir Schwärme von Delfinen und Fischen in den oberen Wasserschichten, aber unterhalb der 100-Meter-Marke gab es keine mehrzelligen Organismen. Das Tierleben kann nicht lange ohne Sauerstoff existieren, und hier, in einer Tiefe, ist es verschwunden. Bakterien haben das Ökosystem des Schwarzen Meeres verändert: In der oberen 100-Meter-Schicht haben sie Sauerstoff produziert, in den tieferen Schichten haben sie ihn hingegen absorbiert. So machten sie das Schwarzmeerbecken zu ihrer einzigartigen ökologischen Nische.

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    Abb. 1. Theoretische Darstellung der Verteilung von Sauerstoff und Schwefelwasserstoff (nach faulen Eiern riechendes Gas) in der oberen 300-Meter-Schicht des Schwarzen Meeres. In den Ozeanen ist dieses Gewässer einzigartig. In den meisten ozeanischen und marinen Einzugsgebieten kann Sauerstoff bis zum Grund zurückverfolgt werden. Hier, knapp unterhalb der Marke, wo nur 1% des Sonnenlichts auf die Oberfläche fällt, befindet sich eine sehr dünne Schicht photosynthetischer Bakterien, die mithilfe von Sonnenenergie Schwefelwasserstoff spalten und für ihr Wachstum nutzen. Der Metabolismus dieser Organismen ist extrem alt; Es entstand wahrscheinlich vor mehr als drei Milliarden Jahren, als die Sauerstoffkonzentration auf der Erdoberfläche noch extrem niedrig war.

    Nachdem ich fast einen Monat auf See verbracht hatte, kehrte ich schließlich in den Hafen von Istanbul zurück, wo ich anfing, türkische Teppiche zu bewundern. Der Ararat im Nordosten der Türkei ist berühmt für seine gewebten Teppiche, die die Geschichte der Arche Noah darstellen. In dieser Region hergestellte Kelims sind reich verzierte Wandteppiche mit einem Webmuster in Form von Giraffenpaaren, Löwen, Affen, Elefanten, Zebras und allerlei anderen uns bekannten Tieren. Als ich beobachtete, wie die Kaufleute ihre Waren auspackten und von dem unendlich süßen Tee tranken, den sie anboten, begann ich darüber nachzudenken, wie die Geschichte der Arche die Entstehung unserer verzerrten Sicht auf das Leben auf der Erde beeinflusste. Einerseits handelt es sich um eine Geschichte von Zerstörung und Auferstehung. Auf der anderen Seite wird erzählt, wie Gott die Menschen angewiesen hat, auf die Natur zu achten. Weder ist

    Das Wort „Evolution“ bedeutet wörtlich „Einsatz“, aber als ich beobachtete, wie der Händler seine entzückenden Teppiche vor mir ausbreitete, wurde mir klar, dass die biblische Geschichte über die Arche uns nicht den Schlüssel zum Verständnis der Entwicklung des Lebens gibt. Wurde alles Leben auf der Erde von Noah bewahrt? Ist es möglich, dass einige Organismen nicht in die Arche aufgenommen wurden? Obwohl die Geschichte der Arche tief in der westlichen Kultur verwurzelt ist, kann sie keine Informationsquelle über den Ursprung des Lebens sein. Um den Ursprung des Lebens besser verstehen zu können, brauchen wir eine andere Perspektive, die auf der Wissenschaft und insbesondere auf den Abschnitten basiert, die sich mit der Evolution von Mikroorganismen befassen.

    Wissenschaft ist in hohem Maße die Kunst, Muster in der Natur zu finden. Dies erfordert eine geduldige Beobachtung, aber wir fallen unweigerlich unter den Einfluss unserer Sinne. Der Mensch ist ein visuelles Tier, und unsere Wahrnehmung der Welt basiert hauptsächlich auf dem, was wir sehen. Und was wir sehen, hängt davon ab, welche Werkzeuge wir zur Hand haben. Die Geschichte der Wissenschaft ist eng mit der Geschichte der Erfindung neuer Werkzeuge verbunden, die es ermöglichen, Dinge aus einer anderen Perspektive zu betrachten. Paradoxerweise hängt die Erfindung neuer Werkzeuge jedoch von dem ab, was wir sehen. Wenn wir nichts sehen, lassen wir es in der Regel aus unserer Aufmerksamkeit. Ebenso blieben Mikroorganismen lange Zeit außer Sicht, insbesondere was ihre Rolle in der Evolutionsgeschichte anbelangt.

    Die ersten Kapitel der modernen Geschichte der Evolution des Lebens auf der Erde wurden hauptsächlich im 19. Jahrhundert von Wissenschaftlern geschrieben, die die fossilen Überreste von Tieren und Pflanzen untersuchten - Überreste, die sie leicht sehen konnten. Die von ihnen beobachteten natürlichen Muster berücksichtigten das mikroorganische Leben aus zwei einfachen Gründen nicht: Die Gesteine ​​enthielten keine sichtbaren fossilen Überreste von Mikroorganismen, und bei der Beobachtung lebender Organismen war es unmöglich, die Muster der mikrobiotischen Evolution leicht zu unterscheiden. Werkzeuge zum Nachweis fossiler Mikroorganismen gab es fast nicht; und in jedem Fall konnte die Rolle dieser Organismen bei der Gestaltung der Erdentwicklung nicht bewertet werden, bis in den folgenden Jahrzehnten andere, weiterentwickelte Werkzeuge verfügbar wurden. Muster der Evolution, für Tiere und Pflanzen beobachtet, wurden historisch von der Form und Größe ihrer Überreste sowie der Lage dieser Überreste in der geologischen Zeit abgeleitet. Für Mikroorganismen ist dieser Ansatz alles andere als effektiv.

    Im Allgemeinen hat die Tatsache, dass wir weder wörtlich noch im übertragenen Sinne Mikroorganismen bemerkten, unser Verständnis der Evolution über mehr als ein Jahrhundert verzerrt, und die Einbeziehung von Mikroorganismen in unser Bild der Evolution ist noch nicht vollständig abgeschlossen. Wissenschaft ist nicht nur die Kunst, Muster in der Natur zu finden (was an sich schwierig genug ist). Es erfordert die Fähigkeit, Muster zu finden, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.

    Betrachten wir jedoch zunächst kurz die Evolutionsgeschichte, wie sie im 19. Jahrhundert zu sehen war. Zu diesem Zeitpunkt entstanden viele unserer aktuellen wissenschaftlichen Konzepte zum Leben auf der Erde. Diese Ideen beruhten größtenteils auf dem, was in biblischen Geschichten über die Erschaffung der Welt verstanden werden konnte, einschließlich der Geschichte der Flut und wie Noah sich um Gottes Geschöpfe kümmerte - Geschichten, die denen ähnelten, die auf türkischen Teppichen gewebt waren.

    In den frühen 1830er Jahren berichteten der edle Gelehrte Roderick Impey Murchison und der charismatische Cambridge-Professor Adam Sedgwick, dass tief im Land Wales versteinerte Tierreste gefunden wurden. Die Fossilien sind seit mehreren Jahrhunderten bekannt, aber ihre Bedeutung war nicht ganz klar. Viele Menschen verstanden, dass dies die Abdrücke von Organismen waren, die vor langer Zeit gestorben sind, aber wie lange es her ist, konnte niemand sagen; Es blieb unklar, wie diese Drucke erhalten wurden.

    Sedgwick war einer der führenden englischen Fossilienexperten, und einer der Studenten, die an seinen Vorlesungen teilnahmen, war Charles Darwin. Im Sommer 1831 unternahm der gerade zweiundzwanzigjährige Darwin mit Sedgwick einen Ausflug nach Nordwales, um die Fossilien mit eigenen Augen zu sehen. Diese Reise hat Darwins Leben für immer verändert. Er half Sedgwik nicht nur, die Überreste von Tieren zwischen den Steinen zu suchen, sondern studierte auch die Grundprinzipien der Geologie, und diese Beobachtungsfähigkeiten dienten ihm mehr als einmal in seinem späteren Leben.

    Ähnliche Fossilien wie die von Sedgwick und Murchison in England und Wales gefundenen wurden auch in anderen Teilen Europas gefunden, wodurch sich das Klassifizierungssystem auf der Grundlage einer Reihe ähnlicher Fossilien auszubreiten begann. Oft erinnerte uns das Auftreten fossiler Tiere an die Bewohner des Ozeans - Weichtiere, Krebstiere oder Fische; Das Aussehen anderer war jedoch unglaublich bizarr - sie waren nicht wie die Bewohner moderner Ozeane. In Bezug auf den Wert dieser Fossilien waren heftige Diskussionen in vollem Gange, aber diese Entdeckungen deuteten eindeutig auf eine Reihe aufeinanderfolgender Veränderungen des Erscheinungsbildes von Tieren in den Schichten hin, die durch diese uralten marinen Sedimente gebildet wurden - von den unteren Schichten bis zu den darüber liegenden Schichten. Zu dieser Zeit die Idee, die rockt,

    Die Entdeckung fossiler Tiere in der Gesteinsmasse kann kaum als Neuigkeit bezeichnet werden. Die wohl berühmteste Erstbeschreibung fossiler Überreste stammt von dem dänischen Wissenschaftler Niels Stensen (Nicolas Steno) aus dem Jahr 1669. Er fand zwischen den Felsen in Italien Objekte, die Haifischzähnen sehr ähnlich sahen, und fragte sich, wie die fossilen Überreste, die einst Organismen gehörten, so gut konserviert werden konnten. Stensen berücksichtigte jedoch, wie sich Fossilien inmitten von Felsen befanden. Die Ablagerungen lagen in Schichten, und dem Wissenschaftler fiel ein, dass die älteren Schichten unter den jüngeren liegen sollten. Dieses Konzept, das später als Überlagerungsprinzip bezeichnet wird, ist eines der Grundgesetze der Sedimentologie. Es beeinflusste die Interpretation der Sedgwick-Fossilien mehr als hundert Jahre später stark. Stensen selbst gab schließlich die Wissenschaft auf und wandelte sich in den Schoß der Kirche, um sein Leben Gott zu widmen. Seine frühen Arbeiten über die Fossilien wurden fast völlig vergessen, und er glaubte weiterhin, dass das Leben auf der Erde seinen Ursprung hat, wie im Buch Genesis beschrieben.

    Meiner Meinung nach war die logische Schlussfolgerung, dass sich die in Gesteinen erhaltenen Überreste in einer gewissen Übereinstimmung mit der Zeitskala befinden, eine erstaunliche Einsicht, die sich jedoch nicht so leicht belegen ließ, da zu diesem Zeitpunkt noch keine grundlegenden geologischen Daten verfügbar waren. Die Aufgabe, Muster im Fossil zu identifizieren, blieb weitgehend dem großen Verstand von Charles Lyell, einem von Darwins intellektuellen Mentoren und engen Freunden, vorbehalten. Lyell, ein schottischer Anwalt, der Naturforscher wurde, wird oft als Entdecker eines neuen wissenschaftlichen Gebiets bezeichnet, das er Geologie nannte. Wie Stensen erkannte Lyell, dass das Vorkommen fossiler Überreste eine logische Folge hat. Im Gegensatz zu Stensen befasste er sich jedoch mit der Interpretation geologischer Prozesse wie Erosion, Vulkanismus und Erdbeben. mit ihrer Hilfe, um diese von ihm beobachtete Reihenfolge zu erklären. Tatsächlich war es seine Interpretation des Ortes fossiler Überreste im Gestein, die später dazu führte, dass Darwin darüber nachdachte, wie sich Organismen im Laufe der Zeit verändern. Die lebenslange Freundschaft zwischen Lyell und Darwin war ein legendäres Beispiel für wissenschaftliche Zusammenarbeit.

    Am 27. Dezember 1831 begann Darwins berühmte Reise auf dem Royal Beagle Expeditionary Vessel - einer zehn Brigaden langen Brigade mit einer Besatzung von vierundsiebzig Mann an Bord. Darwin wurde in seinem Schlafzimmer, in dem er nur sehr wenige Bücher aufbewahren durfte, in ein extrem beengtes Chaos gestürzt. Er schlief in einer Hängematte in einem 2 mal 2 m großen Raum mit einer Decke in einer Höhe von 2 m - dort war es dunkel und unangenehm, und er musste den Raum auch mit anderen teilen. Darwin nahm unter anderem den ersten Band der ersten Ausgabe von Lyells neuem Buch Principles of Geology mit, das 1830 veröffentlicht wurde, sowie sein persönliches Exemplar der King-James-Bibel. Auf Schiffen, auf denen ich arbeiten muss, habe ich die Möglichkeit, jeden Tag heiß zu duschen. Obwohl ich manchmal mit anderen Menschen in einer beengten Kabine leben muss, haben die meisten Forschungsgerichte eine Bibliothek. Angesichts der Bedingungen auf der Beagle ist es vielleicht nicht besonders verwunderlich, dass Darwin mit Blick auf die Seekrankheit versuchte, an Land zu gehen und zu Fuß beträchtliche Entfernungen zurückzulegen, um die Beagle am nächsten Bestimmungshafen zu treffen.

    Lyell übernahm die schwierige Aufgabe, der interessierten Öffentlichkeit zu erklären, wie die Überreste der gleichen lebenden Organismen in den mitteleuropäischen Alpen, in den schottischen Hügeln und auch auf den britischen Inseln gefunden werden konnten. Zunächst musste erklärt werden, wie und wann diese Überreste entstanden sind.

    Im Laufe der Jahrhunderte wurden zu diesem Thema mehrere Hypothesen aufgestellt. Einer von ihnen, der im Mittelalter erschien, erklärte, dass Gott Steine ​​erschuf, die den uns vertrauten Tieren ähnelten, um den Glauben seiner Herde zu prüfen. Egal wie absurd es auch klingen mag, eine solche Idee hat immer noch viele Anhänger, insbesondere in einigen Gebieten der Vereinigten Staaten. Die zweite Idee war, dass es in der Antike einen Vulkanausbruch gab, der Tiere von den Ozeanen an Land brachte, wo sie starben, wodurch ihre Skelette in Stein gemeißelt wurden. Die dritte Hypothese besagt, dass diese Tiere nach der großen Sintflut starben, als der Meeresspiegel sank. Und in der Tat kam Sedgwik die Idee eines diluvialen (dh überfluteten) Ursprungs organischer Überreste selbst in den Sinn. Es gab mehrere andere Hypothesen

    Lyell schlug eine revolutionäre Idee vor: Die Überreste von Meerestieren wurden in Felsen an Land gefunden, weil diese Felsen selbst vor vielen Jahren unter Wasser standen. Im Laufe der Zeit gab es ihren Aufstieg und sie waren an Land. Diese auf viele verschiedene Arten getestete Annahme stellte sich als richtig heraus, obwohl die Prozesse, die zu einem solchen Schritt führten, erst mehr als einhundert Jahre nach Lyells Tod möglich wurden. Eines der Hauptprobleme, mit denen Lyell konfrontiert war, war die Bestimmung des Alters der Erde. Wie lange ist es her?

    Das Alter der Erde wurde von James Asher, Erzbischof von Armaghsky, in seinem 1654 erschienenen Buch Annales Veteris Testamenti akribisch berechnet. Praktisch jeder gebildete britische Bürger der damaligen Zeit glaubte, dass es die genaueste Definition der Schöpfungszeit der Welt gab. Basierend auf der wörtlichen Auslegung der Bibel stellte Asher fest, dass die Erde am Sonntagabend vor dem 23. Oktober 4004 v. Chr. Gebildet wurde. äh nach dem julianischen Kalender vor etwa 6000 Jahren.

    Als Anwalt leitete Lyell die Diskussionen geschickt und amüsierte sich darüber, wie mit unlogischen und manchmal irrationalen Ideen die Existenz fossiler Tiere und ihre veränderte Erscheinung erklärt wurden. Er verstand die Macht einer argumentativen Auseinandersetzung und schrieb: „... das System der schulischen Auseinandersetzungen, das an mittelalterlichen Universitäten gefördert wurde, verursachte leider eine Angewohnheit unbegrenzter Debatten in den Menschen, weshalb sie es oft vorzogen, absurde und extravagante Positionen zu verteidigen, weil es mehr Geschick erforderte; Das Ergebnis und der Zweck solcher intellektuellen Kämpfe war nur der Sieg, aber nicht die Wahrheit. “ Doch selbst der begabteste Anwalt kann kein Argument gegen das geschriebene Wort Gottes gewinnen.

    Lyell hatte keine Ahnung, was die Gesetze der Evolution sein könnten, geschweige denn, wie die geologische Zeit gemessen werden könnte. Er entschied, dass die Theorie von Jean-Baptiste Lamarck, dass die Eigenschaften, die Tiere im Laufe ihres Lebens erworben und dann irgendwie an zukünftige Generationen weitergegeben haben, nicht schlechter als jede andere und auf jeden Fall vernünftiger als die meisten anderen sei. Tatsächlich führten Lamarcks Forschungen zu Tierarten (er war die weltweit führende Autorität für Tiere ohne Kamm, das heißt Wirbellose) zu Spekulationen darüber, dass Organismen entlang der Zeitachse aufgebaut werden können - von den einfachsten bis zu den komplexesten. Dieser Lamarck vertrat die Idee, dass sich Organismen im Laufe der Zeit auf irgendeine Weise verändern, das heißt entwickeln.

    Der Gedanke, dass die fossilen Überreste von Tieren in den Gesteinsschichten entlang der Zeitachse verteilt sind, veranlasste Darwin, das Leben auf der Erde in einem Zeitmaßstab zu reflektieren, den er sich kaum vorstellen und kaum einschätzen konnte. Wenn sich die ältesten Überreste in einer Tiefe von vielen Metern unter den anderen befinden, wie lange könnte es dauern, solche Schichten obenauf zu legen?

    Darwin war äußerst verwirrt über die frühesten Ablagerungen, die Murchison und Sedgwick entdeckt hatten. Er wusste, dass es unter den Gesteinsschichten, die Tierreste enthielten, Schichten gab, in denen es keine Reste gab, aber er konnte nicht verstehen, warum. Es schien, als ob die Chronik des organischen Lebens aus dem Nichts auftauchte; Die Entwicklung der Organismen war relativ schnell. Aber wie schnell? Und warum tauchen in den Sedimenten ohne Grund plötzlich Fischreste auf, während in den unteren Schichten nur wirbellose Organismen zu finden sind? Und wenn Sie genauer hinschauen: Warum gibt es überhaupt keine Überreste lebender Organismen? Es sah aus wie das geologische Äquivalent eines sich entfaltenden türkischen Teppichs, der die Geschichte der Arche darstellt, aber auf der Hälfte oder dem größten Teil des Teppichs befanden sich keine Tiere. Darwin musste diese Fragen zuerst für sich und dann für seine Kollegen klären. Um Antworten auf diese Fragen zu finden, musste er mit Steinen ausgehen und dafür brauchte er eine Uhr.

    Am 7. September 1859 läutete erstmals die Glocke von Big Ben auf dem Glockenturm des Parlamentsgebäudes. Diese Glockenspiele, die sich durch ihre sorgfältige Verarbeitung und außerordentliche Präzision auszeichnen, wurden zu Beginn der industriellen Revolution zum Symbol des englischen technischen Genies und der englischen Handwerkskunst. Zwei Monate nach diesem historischen Ereignis, dem 24. November, veröffentlichte John Murray III, der ehrwürdige Londoner Verleger der Albemarle Street, ein neues Buch von Charles Darwin: „Der Ursprung der Arten durch natürliche Auslese oder die Erhaltung günstiger Rassen im Kampf ums Leben ".

    Im neunten Kapitel Der Ursprung der Arten (später abgekürzter Titel des Buches) versucht Darwin, die Zeit zu berechnen, die ein ausgestorbenes Tier benötigt, um sich in den Zustand moderner Formen zu verwandeln oder zu entwickeln. Diese Aufgabe war nicht einfach. Lyell und sein Vorgänger, der schottische Arzt James Hutton, gingen davon aus, dass das Alter der Erde unendlich groß ist. Darwin konnte nicht wissen, ob diese Hypothese wahr war, aber er glaubte zweifellos, dass die Erde über 6000 Jahre alt war. Um eine realistischere Datierung zu erhalten, entwickelte er einen ziemlich interessanten, man könnte sogar sagen ziemlich innovativen Ansatz zur Messung der geologischen Zeit.

    Darwins Uhr basierte auf einem geologischen Phänomen - der Verwitterungsrate von Sedimentgesteinen, nämlich jener Art, die organische Überreste enthielt. Darwin entschied sich für Veld - eine gut untersuchte Küste von Kent, die von einer Klippe aus Kreide- und Sandsteinsedimenten ins Meer abbricht. Darwin errechnete, dass diese Formation mit einer Geschwindigkeit von ungefähr einem Zoll pro Jahrhundert verwittert war, und stellte unter Berücksichtigung der damaligen Größe der Klippe fest, dass "Veld 306.662.400 Jahre hätte brauchen müssen, um sie zu entblößen, oder eine runde Zählung von dreihundert Millionen Jahren."

    Darwin berücksichtigte nicht die Zeit, die für die Bildung der Klippe selbst erforderlich war, aber sie stellte ein unbedeutendes Detail dar. Außerdem berücksichtigte er nicht die Felsen unterhalb der Steppe, deren Anwesenheit die Klippe nur älter und möglicherweise unendlich alt machte. Lyell Die darwinistische Schätzung des Alters der Klippe war natürlich eine kühne Folgerung und beruhte, da keine anderen Einschränkungen vorlagen, zweifellos auf einem rationalen, physikalisch überprüfbaren Konzept. Die Schlussfolgerung war offensichtlich: Die Erde ist unglaublich alt - viel, viel älter als Ashers Berechnungen und viel älter als sich die meisten Menschen zu der Zeit hätten vorstellen können. Und wenn die Zeit des Lebens auf der Erde undefiniert blieb (sie ist bis heute nicht definiert), bleibt die Tatsache, dass es Gesteine ​​ohne organische Bestandteile gab, unter den darüberliegenden Schichten zurück.

    Trotzdem sind Millionen von Jahren nicht das in der Bibel angegebene Alter, und es entsprach sicherlich nicht dem, was damals in den Schulen gelehrt wurde. Natürlich verstand Darwin, dass seine Einschätzung auf Skepsis stoßen würde, aber er konnte nicht einmal erraten, was das bedeuten würde. Abgesehen von der Tatsache, dass Darwin im 17. Jahrhundert mit der biblischen Autorität der Berechnungen des Erzbischofs von Armagha in Konflikt geriet, wurde das vorgeschlagene Zeitalter der Erde von seinem damaligen Kollegen Einstein, dem Physiker William Thomson, angegriffen, der später Lord Kelvin wurde. Thomson machte sich daran, die Datierung nach den Grundprinzipien der Physik zu korrigieren.

    Thomson argumentierte, dass das Alter der Erde mit ausreichender Genauigkeit berechnet werden kann, vorausgesetzt, dass der Planet ursprünglich eine geschmolzene Masse war und anschließend abkühlte. Unter Berücksichtigung dieser Temperaturänderungen beim Eintauchen in die Erdkruste sowie der Ergebnisse seiner eigenen Experimente zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen errechnete er eine Gleichung, die zeigt, wie schnell sich die Erde auf ihren gegenwärtigen Zustand abkühlen kann. Im Jahr 1862 gab Thomson bekannt, dass die Erde etwa einhundert Millionen Jahre alt sei, obwohl er erkannte, dass diese Zahl sehr ungewiss war und zwischen zwanzig und vierhundert Millionen Jahre alt sein könnte. Im Laufe der Zeit wurde er immer kompromissloser und argumentierte, dass das Alter der Erde näher an 20 Millionen Jahren liegen sollte. Dieser von ihm berechnete Zeitrahmen schien zu kurz um der Evolution des Lebens gerecht zu werden, wie Darwin es sah. Thomson wurde einer der brutalsten Kritiker von Darwins innovativen Ideen zur Evolution - nicht weil er nicht an die Evolution als solche glaubte, sondern weil er als Physiker den Berechnungen des Erdalters nicht vertraute, die auf solchen unzuverlässigen geologischen Indikatoren wie der Verwitterungsrate basierten. . Letztendlich zwangen die Einwände von Thomson die Geologen, weiterentwickelte Modelle zur Bestimmung des Erdalters zu entwickeln. Dies dauerte jedoch fast ein weiteres Jahrhundert.

    Wenn Darwin im entferntesten Recht hatte, dann dauerte die Entwicklung des Lebens auf der Erde sehr, sehr lange - viel mehr, als sich irgendjemand vorgestellt hatte. Wie hat sich diese Entwicklung entwickelt? In einer Skizze auf der sechsunddreißigsten Seite seines Notizbuchs „B“ aus dem Jahr 1837 stellte Darwin den Stammbaum des Lebens dar, in dem er die radikale Vorstellung zum Ausdruck brachte, dass Organismen durch gemeinsame Vorfahren miteinander verbunden sind und dass diese Beziehung aufgrund ähnlicher Merkmale in ihrem Aussehen nachvollzogen werden kann. Dieses Grundkonzept war identisch mit den Ansichten von Lamarck, die er mehr als fünfzig Jahre zuvor entwickelt hatte; Darwin hatte jedoch eine andere Vorstellung davon, wie dieser Prozess ablief.

    Veränderungen in den Formen lebender Organismen waren fast nicht wahrnehmbar und, gemessen an der Dicke der Schichten, die die organischen Überreste in der geologischen Sektion trennten, traten offenbar nur sehr langsam auf. Außerdem müssten einige Organismen, die in früheren Abschnitten des Abschnitts vorkommen, ausgestorben sein, um durch neue Arten ersetzt zu werden, sonst würde die Erde mit einer zunehmenden Anzahl von Tier- und Pflanzenarten überfluten. Mit anderen Worten, nachdem der Organismus ausgestorben war, konnte er in den späteren Schichten der geologischen Sektion nicht mehr auftreten.

    Darwin verstand, dass diese herausragende, revolutionäre Idee Kritik hervorrufen würde - und das tat sie auch. Die fossilen Überreste gehörten eindeutig zu den einst existierenden Tieren und Pflanzen, aber menschliche Knochen wurden nirgendwo in den Felsen gefunden. Darwin war sich der Bedeutung der „fehlenden“ menschlichen Verbindung klar bewusst - wie Tiere, die in der geologischen Aufzeichnung gefunden wurden, mussten wir auch als Ergebnis eines Prozesses entstehen, der es einigen Organismen ermöglichte, sich für eine unbestimmte, aber ziemlich lange Zeit zu anderen zu entwickeln.

    Das Konzept der Gene und die Grundprinzipien der physischen Vererbung von Merkmalen waren zu dieser Zeit weder Darwin noch irgendjemandem bekannt. (Gregor Mendel wird seine Arbeit über die Vererbung von Merkmalen erst mehr als sechs Jahre nach der Veröffentlichung der ersten Ausgabe von The Origin of Species (Der Ursprung der Arten) im Jahr 1866 veröffentlichen.) Trotz der Verwirrung in den meisten biologischen Werken wird Darwin höchstwahrscheinlich ohne Besondere Schwierigkeiten übernahm das Grundkonzept von Lamarck, wonach Organismen umweltbedingte Zeichen erben können. Der Hauptbeitrag von Darwin selbst war die Idee, dass es in allen Formen natürliche Abweichungen gibt, die vererbt werden können. Diese Regel wurde ständig von Züchtern von Hunden und Tauben angewendet; Darwin schlug jedoch vor, dass in der Natur die Auswahl der Zeichen unter dem Einfluss der Umwelt erfolgt,

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    Abb. 2. Reproduktion von Darwins Skizze in Notizbuch "B" (zwischen 1837 und 1838). Die Grundidee ist, dass die lebenden Arten vom Aussterben abstammen, aber auch mit anderen erhaltenen Arten in Verbindung gebracht werden und den Stammbaum des Lebens bilden. Diese Skizze wurde zum Kern der Theorie der Entstehung von Arten mit konsequenten Veränderungen, die zur natürlichen Selektion führten - dem wichtigsten darwinistischen Evolutionsprozess. (Veröffentlichung mit Genehmigung der University of Cambridge, danke an Peter und Rosemary Grant. 2008, Charles Darwin Notebook Committee.)

    Selektion oder Verbesserung der Fortpflanzungsfähigkeit des Körpers oder nicht. Wenn es sich bessert, werden in diesem Fall die für einen bestimmten Lebensraum am besten geeigneten Zeichen an nachfolgende Generationen weitergegeben. Das Konzept der Artenherkunft mit Abweichungen und anschließender Selektion umfasst sechs Kapitel der „Artenherkunft“. Es war eine der herausragendsten wissenschaftlichen Ideen, die es je gab. es bleibt bis heute der kern, das verbindende prinzip der biologie.

    Das Buch "Der Ursprung der Arten" wurde mit einer einzigen Illustration am Ende versehen, die den hypothetischen Ursprung der Taxa darstellte. Diese Zeichnung war eine freie Bearbeitung der Skizze aus dem Notizbuch „B“. Seltsamerweise zeigte die Abbildung nicht eine einzige Quelle für alle Taxa, sondern viele Quellen, aus denen neue Arten hervorgingen. Der Begriff des Ursprungs im Sinne des Beginns allen Lebens war in Darwins Kopf, wurde aber in dem Buch nicht offen diskutiert.

    Mehr als zehn Jahre nach der Veröffentlichung der Origin of Species dachte Darwin in einem Brief an Joseph Hooker aus dem Jahr 1871 darüber nach, wie das Leben hätte entstehen können: „... wenn ... wir das in einem der kleinen warmen Gewässer annehmen Ammoniak- und Phosphorsäuresalze erschienen unter dem Einfluss von Licht, Wärme, Elektrizität usw. als Proteinverbindung, bereit für weitere komplexere Umwandlungen, jetzt würde sie sofort absorbiert oder zerstört. Bevor jedoch Lebewesen auftauchten, konnte dies nicht passieren. “

    Achtzig Jahre nach dieser Bemerkung ist es dem jungen Chemiker Stanley Miller und seinem wissenschaftlichen Berater, dem Nobelpreisträger Harold Yuri, gelungen, im Labor der Universität von Chicago Aminosäuren (Bausteine ​​von Proteinen) herzustellen. Sie verwendeten gasförmiges Ammoniak, Methan, Wasserstoff sowie Wasser und eine elektrische Entladung, die einen Blitzschlag simulierte. Dieses Experiment, dessen Ergebnisse im Jahr 1953 veröffentlicht wurden, gab Anlass zu der Hoffnung, dass ein Verständnis dafür, wie das Leben auf der Erde begann, unmittelbar bevorsteht. Dennoch liegt zwischen der Entstehung der chemischen Bestandteile lebender Organismen und der Entstehung dieser Organismen selbst eine ganze Kluft. Selbst in den einfachsten Organismen gleichen chemische Bestandteile mikroskopischen Mechanismen, die Stoffwechselprozesse auslösen und die Teilung von Zellen ermöglichen.

    Die einfachsten lebenden Organismen sind Bakterien - Organismen, deren Existenz Darwin zweifellos wusste; Er war sich jedoch nicht sicher, wie er sie in seine Theorie einbeziehen sollte. Tatsächlich hatte Darwin ein Mikroskop für den Beagle (neben der Bibel und Büchern über Naturgeschichte nahm er auch zwei Pistolen mit, ein Dutzend Hemden, zwei Bücher, für die er Spanisch lernen wollte, und eine Brieftasche mit Geld). Aufgrund der Tatsache, dass Mikroorganismen mit bloßem Auge keine Spuren in der geologischen Aufzeichnung hinterließen, konnte Darwin jedoch nicht wissen, dass die unter den Schichten mit unterscheidbaren organischen Überresten liegenden Schichten nicht zu der Zeit in der Erdgeschichte gehören, die der Geburt des Lebens vorausging, sondern einfach eine Zeit, in der es keine Tiere und Pflanzen gab. Selbst wenn er fossile Bakterien entdecken könnte, er würde mit ziemlicher Sicherheit nicht in der Lage sein, ihre Verbindung mit Pflanzen oder Tieren zu erfassen. Darwin, wie fast jeder Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts, wäre bis in die Tiefe seiner Seele überrascht gewesen, wenn er gewusst hätte, dass alle Pflanzen und Tiere von Bakterien abstammen, und dies geschah in der Zeit, deren Dauer im 19. Jahrhundert absolut unvorstellbar war - viel mehr als dreihundert Millionen Jahre Tatsächlich sagen die Mikroorganismen in der Bibel nichts ausdrücklich aus - es sei denn indirekt, bei der Erwähnung solcher Krankheiten wie der Pest. Es besteht kein Zweifel, dass Noah nicht vorhatte, sie mit zur Arche zu nehmen, und Sie werden ihre Bilder auf gewebten türkischen Teppichen mit der Geschichte der Großen Flut nicht sehen. dass alle Pflanzen und Tiere von Bakterien abstammen und dies zu einer Zeit, deren Dauer im 19. Jahrhundert unvorstellbar war - viel mehr als dreihundert Millionen Jahre. Tatsächlich sagen die Mikroorganismen in der Bibel nichts ausdrücklich aus - es sei denn indirekt, bei der Erwähnung solcher Krankheiten wie der Pest. Es besteht kein Zweifel, dass Noah nicht vorhatte, sie mit zur Arche zu nehmen, und Sie werden ihre Bilder auf gewebten türkischen Teppichen mit der Geschichte der Großen Flut nicht sehen. dass alle Pflanzen und Tiere von Bakterien abstammen und dies zu einer Zeit, deren Dauer im 19. Jahrhundert unvorstellbar war - viel mehr als dreihundert Millionen Jahre. Tatsächlich sagen die Mikroorganismen in der Bibel nichts ausdrücklich aus - es sei denn indirekt, bei der Erwähnung solcher Krankheiten wie der Pest. Es besteht kein Zweifel, dass Noah nicht vorhatte, sie zur Arche mitzunehmen, und Sie werden ihre Bilder auf gewebten türkischen Teppichen mit der Geschichte der Großen Flut nicht sehen.

    Trotz der Tatsache, dass wir in den 150 Jahren, die seit der Veröffentlichung von The Origin of Species vergangen sind, große Fortschritte erzielt haben, können die Wissenschaftler immer noch nicht feststellen, ob das Leben aus einem kleinen warmen Teich, einer Tiefwasser-Hydrothermalquelle oder einem anderen Ort stammt. Was hätte sie anfangen können? Wie hat es sich entwickelt? Wie haben sich Bakterien zu Pflanzen und Tieren entwickelt? Wie kam es, dass diese Organismen auf unserer Suche nach dem Ursprung und der Entwicklung des Lebens auf der Erde so lange unbemerkt blieben?

    Diese Fragen sind nicht so einfach zu beantworten, und viele Aspekte sind noch lange nicht vollständig geklärt. Dank der im letzten Jahrhundert entwickelten Tools konnten wir jedoch viel lernen. Wenn Darwin im 19. Jahrhundert ein ozeanographisches Forschungsschiff im Schwarzen Meer hätte besuchen können, wäre ihm wahrscheinlich aufgefallen, dass die Tiere nicht unter der einhundert Meter hohen Schicht im Wasser leben und dass es in den tiefen Schichten kein Leben gibt. Wenn er jedoch Mikrobiologe wäre, könnte unser Verständnis der Herkunft von Arten völlig anders sein. Obwohl Bakterien im 19. Jahrhundert bereits bekannt waren, dauerte es ein weiteres Jahrhundert, bis sie ihren Platz in unseren Vorstellungen über die Entwicklung des Lebens auf der Erde einnahmen. Wir haben sie übersehen, weil unsere Beobachtungen voreingenommen waren.

    Machen wir uns mit diesen unauffälligen Mikroorganismen vertraut und sehen, welche große Rolle sie bei der Gewährleistung der Funktionsfähigkeit dieses Planeten gespielt haben. Ohne Bakterien wären wir nicht hier.

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