Frühes Lebenwie die ersten Lebewesen aussahen

Alles Leben auf der Erde stammt von einem letzten gemeinsamen Vorfahren, LUCA, der vor 3,7 Milliarden Jahren lebte. Der Baum des Lebens teilte sich dann erstmals in Bakterien und Archaeen. Vor 3 Milliarden Jahren begannen Cyanobakterien, Sauerstoff freizusetzen. Vor 2,4 Milliarden Jahren enthielt die Atmosphäre Sauerstoff, und viele anaerobe Organismen starben aus. Vor 2 Milliarden Jahren verschluckte eine Zelle eine andere, ohne sie zu verdauen, und daraus gingen die Mitochondrien hervor.

Der Zeitraum dieser Ära ist „vor 3,8 Milliarden bis vor 700 Millionen Jahren“, und ihre Ereignisse reichen vom frühesten gemeinsamen Vorfahren bis zu einer weltweiten Eiszeit.

Neun Ereignisse

• Vor 3,7 Milliarden Jahren · LUCA: Der letzte gemeinsame Vorfahre allen Lebens.
• Vor 3,5 Milliarden Jahren · Bakterien und Archaeen: Der Baum des Lebens teilt sich zum ersten Mal.
• Vor 3,5 Milliarden Jahren · Stromatolithen: Mikrobenmatten hinterlassen Fossilien.
• Vor 3 Milliarden Jahren · Sauerstoffproduzierende Photosynthese: Cyanobakterien beginnen, Sauerstoff freizusetzen.
• Vor 2,4 Milliarden Jahren · Große Oxidationskatastrophe: Die Atmosphäre enthält Sauerstoff, und viele anaerobe Organismen sterben aus.
• Vor 2 Milliarden Jahren · Mitochondriale Endosymbiose: Eine Zelle verschluckt eine andere, ohne sie zu verdauen.
• Vor 1,8 Milliarden Jahren · Eukaryotische Zellen: Zellen bekommen einen Zellkern.
• Vor 1,2 Milliarden Jahren · Sexuelle Fortpflanzung: Genrekombination beschleunigt die Evolution.
• Vor 700 Millionen Jahren · Schneeball Erde: Eisschilde bedecken fast den ganzen Globus.

Der gemeinsame Vorfahre und der Baum des Lebens

Rückwärts aus heutigen Genen gerechnet, lebte der gemeinsame Vorfahre allen Lebens vielleicht nahe heißer, sauerstoffarmer, wasserstoffreicher Tiefsee-Hydrothermalquellen (Weiss et al., Nature Microbiology, 2016). Diese Studie handelt von Physiologie und Lebensraum des letzten gemeinsamen Vorfahren. Gestein in Grönland enthält möglicherweise 3,7 Milliarden Jahre alte Mikrobenstrukturen, doch diese Deutung ist noch umstritten, die Unsicherheit sollte beim Zitieren also erhalten bleiben (Nutman et al., Nature, 2016). Der Titel des Aufsatzes betont, wie schnell das Leben erschien.

Eine Änderung der Einteilung kam aus dem molekularen Vergleich: Der Vergleich ribosomaler RNA zeigte, dass das, was wir „Bakterien“ nannten, in Wirklichkeit zwei recht verschiedene Lebensformen sind, und die Archaeen wurden ein eigener Zweig (Woese und Fox, PNAS, 1977). Der Baum des Lebens wurde dann in drei Domänen neu aufgeteilt: Bakterien, Archaeen und Eukaryoten (Woese, Kandler und Wheelis, PNAS, 1990). Lokiarchaeota aus Tiefseesedimenten tragen viele Gene, von denen man einst glaubte, es gebe sie nur bei Eukaryoten (Spang et al., Nature, 2015).

Sauerstoff und eukaryotische Zellen

Der Sauerstoff in der Atmosphäre kam nicht auf einmal. Er stieg über lange Zeit, mit Rückschlägen, die „Große Oxidationskatastrophe“ sollte man also nicht als Wandel über Nacht lesen (Lyons, Reinhard und Planavsky, Nature, 2014). Mitochondrien und Chloroplasten waren einst eigenständige Bakterien, die nach dem Verschlucktwerden Teil der Zelle wurden. Diese Theorie wurde damals von mehr als einem Dutzend Fachzeitschriften abgelehnt (Lynn Margulis, veröffentlicht als Sagan, Journal of Theoretical Biology, 1967).

Sexuelle Fortpflanzung und Schneeball Erde

Fossilien einer uralten Rotalge zeigen, dass sexuelle Fortpflanzung und mehrzelliges Leben mindestens 1 Milliarde Jahre alt sind (Butterfield, Paleobiology, 2000). Gesteinsschichten in Namibia zeigen, dass die Erde vor etwa 700 Millionen Jahren möglicherweise fast völlig von Eis bedeckt war (Hoffman et al., Science, 1998).

Das Erbmaterial: die DNA-Doppelhelix

Ein einseitiger Aufsatz schlug vor, dass das Erbmaterial DNA eine Doppelhelix ist und die Basenpaarung andeutet, wie Erbinformation kopiert wird (Watson und Crick, Nature, 1953).

Die Originale lesen? Such nach diesen Titeln

• Weiss et al. (2016): The physiology and habitat of the last universal common ancestor
• Nutman et al. (2016): Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures
• Woese und Fox (1977): Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms
• Woese et al. (1990): Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya
• Spang et al. (2015): Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes
• Lyons et al. (2014): The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere
• Sagan (1967): On the origin of mitosing cells
• Butterfield (2000): Bangiomorpha pubescens n. gen., n. sp., ein Aufsatz über sexuelle Fortpflanzung, Mehrzelligkeit und die Radiation der Eukaryoten
• Hoffman et al. (1998): A Neoproterozoic snowball Earth
• Watson und Crick (1953): Molecular structure of nucleic acids: A structure for deoxyribose nucleic acid

So zeigt es das Spiel

Im Spiel hat die Ära Frühes Leben die Ressource Zellen, und ihre Generatoren sind Prokaryotenteilung, Chemosynthese, Cyanobakterien-Photosynthese und Horizontaler Gentransfer. Sie reichen von der einfachsten Zellteilung über das Leben von chemischer Energie und die Nutzung von Licht zur Sauerstoffherstellung bis zu Genen, die zwischen verschiedenen Organismen wandern.