Dokument: Probing the origin of microbial cells in a geochemical context
| Titel: | Probing the origin of microbial cells in a geochemical context | |||||||
| Weiterer Titel: | Probing the origin of microbial cells in a geochemical context | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=72483 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20260319-133732-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Schwander, Loraine [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. William F. Martin [Gutachter] Prof. Dr. Martin Lercher [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Dissertation, Thesis, Serpentinization, Origin of microbes | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Wie das Leben entstanden ist, ist nach wie vor ein höchst umstrittenes Thema. Heutige
Hypothesen zur Entstehung des Lebens lassen sich grob in zwei Gruppen unterteilen: Genetik- zuerst und Stoffwechsel-zuerst. Genetik-zuerst-Theorien gehen davon aus, dass das Leben mit selbstreplizierender RNA begann, die sich auf der jungen Erde unter reduzierenden Bedingungen aus Cyanid- und Nitrilchemie entwickelte. Stoffwechsel-zuerst-Theorien schlagen vor, dass Kohlenstoff und Stickstoff durch Reaktionen in die präbiotische Chemie eintreten, die auch heute noch in der Biochemie vorkommen. Die zentrale Annahme der Stoffwechsel-zuerst-Theorien ist, dass nicht-enzymatische, metallkatalysierte Reaktionen ausgehend von Kohlenstoffdioxid (CO2) ausreichten, um protometabolische Netzwerke zu bilden und zu erhalten. Die beiden Theorien haben grundlegende Uneinigkeiten. Sie stimmen jedoch darin überein, dass das Leben mit CO2 begann, das als Hauptkohlenstoffquelle für alles heutige Leben auf der Erde essenziell ist. Wasser und CO2 wurden vor etwa 4,5 Milliarden Jahren durch den Mondformenden Einschlag leicht verfügbar. Bei diesem Ereignis vaporisierte ein Teil des Erdmantels und hinterließ eine Dampfatmosphäre. Wasser regnete aus und bildete die Ozeane. CO2 löste sich über einige Millionen Jahre in den Ozeanen und wurde für geochemische Prozesse wie die Serpentinisierung verfügbar. Serpentinisierung ist ein Prozess, der in alkalischen hydrothermalen Quellen wie denen im Lost City Hydrothermalfeld auftritt. Diese Quellen waren auf der frühen Erde wahrscheinlich häufiger und sind ein vielversprechender Ort für die Entstehung des Lebens in Stoffwechsel-zuerst-Theorien. Sie boten die notwendigen Bedingungen: Energie und Elektronen aus molekularem Wasserstoff (H2), aus CO2 gewonnene organische Stoffe, Metallkatalysatoren, Nährstoffe, Temperatur- und pH-Gradienten sowie Kompartimentierung. Bei der Serpentinisierung reagiert Wasser mit ultramafischem Gestein zu Mineralen und H2. Dabei lagern sich native Metalle (Fe0, Ni0, Co0) in der Quelle ab. In Gegenwart nativer Metalle kann das entstehende H2 CO2 zu organischen Molekülen wie Pyruvat, Acetat und Formiat reduzieren. Diese Moleküle bilden das Rückgrat des ältesten Stoffwechselwegs: des Acetyl- CoA-Stoffwechselwegs. Die ältesten lebenden Mikroben, Methanogene und Acetogene, gewinnen ihre Energie und ihren Kohlenstoff aus H2 und CO2 über den Acetyl-CoA-Stoffwechselweg. Dies ist der einzige Stoffwechselweg, der Energieproduktion und Kohlenstofffixierung in einem Prozess kombiniert. Dieser Prozess kann im Labor mithilfe von Metallkatalysatoren, CO2, H2 und H2O abiotisch nachgebildet werden. Der Weg von diesen einfachen Reaktionen über den letzten universellen gemeinsamen Vorfahren (LUCA) zu freilebenden Zellen ist unglaublich komplex.How life originated is still a highly controversial topic. Today, hypotheses about the origin of life can be roughly divided into two hypotheses: genetics-first and metabolism-first. Genetics-first theories assume life began with self-replicating RNA that evolved on the early Earth with reducing conditions from chemistry containing cyanide and nitrile moieties. Metabolism-first theories propose that carbon and nitrogen enter prebiotic chemistry through reactions that are still found in biochemistry today. The central assumption in metabolism-first is that non-enzymatic, metal-catalyzed reactions starting from carbon dioxide (CO2) were sufficient to create and obtain protometabolic networks. The two theories have fundamental disagreements. However, they agree that life began with CO2, which is essential for all life on Earth today as the main source of carbon. Water and CO2 were made readily available about 4.5 billion years ago by the Moon-forming impact. During this event, part of the young Earth’s mantle evaporated, leaving behind a steam atmosphere. Water rained out and formed the oceans. CO2 dissolved into the oceans over a few million years and made available for geochemical processes such as serpentinization. Serpentinization is a process that occurs in alkaline hydrothermal vents like those in the Lost City hydrothermal field. These vents were probably more abundant on early Earth and are a promising place for the origin of life in metabolism-first theories. They provided the necessary conditions: energy and electrons from molecular hydrogen (H2), organics derived from CO2, metal-catalysts, nutrients, temperature and pH gradients, and compartmentation. During serpentinization, water reacts with ultramafic rock to form minerals and H2. In the process, native metals (Fe0 , Ni0, Co0) are deposited in the vent. In the presence of native metals, the H2 generated can reduce CO2 into organic molecules, such as pyruvate, acetate and formate. These molecules are the backbone of the most ancient metabolic pathway: the acetyl-CoA pathway. The oldest living microbes, methanogens and acetogens, obtain their energy and carbon from H2 and CO2 via the acetyl-CoA pathway. It is the only metabolic pathway that combines energy production and carbon fixation into one process. This process can be abiotically recreated in the lab using metal-catalysts, CO2, H2 and H2O. Getting from these simple reactions to free-living cells via the last universal common ancestor (LUCA) is incredibly complex. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Botanik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 19.03.2026 | |||||||
| Dateien geändert am: | 19.03.2026 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 30.09.2025 | |||||||
| Datum der Promotion: | 20.02.2026 |
