Einleitung

Zusammenfassung

Die Entstehung, Entwicklung und das Fortbestehen von Leben auf unserem Planeten ist eng mit der Existenz der Sonne als unikale Quelle freier Energie verknüpft. Der Energiefluß von der Sonne zur Erde überdeckt zwar fast den gesamten Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung, genutzt wird von den Organismen jedoch nur ein sehr geringer Teil. Dieser reicht vom Ultravioletten (UV) bis in den Nahen InfraRoten (NIR) Spektralbereich. Im Verlauf der Evolution des Lebens auf der Erde unterlag zudem ihre Rolle einem Wandel (Abb. 0.1). Während der präbiotischen Evolution spielte die hochenergetische UV-Strahlung eine entscheidende Rolle bei der abiogenen Synthese erster biologischer Bausteine. Bei Entstehen der Erde vor etwa 4,6 ∙ 10⁹ Jahren bestand die Erdatmosphäre hauptsächlich aus Edelgasen und Wasserstoff. Die darauf folgende Sekundäratmosphäre enthielt neben Ammoniak und Methan auch Wasserstoff und Wasser in Form von Wasserdampf. Diese Ammoniak-MethanWasser-Atmosphäre konnte ungehindert von der Sonnenstrahlung, einschließlich ihrer kurzwelligen Anteile (λ<200 nm) durchdrungen werden. Im Resultat enstanden molekularer Sauerstoff und erste organische Verbindungen. Von besonderer Bedeutung in diesem Stadium der Erdgeschichte ist die photodissoziative Freisetzung von Sauerstoff aus Wasser. Dieser Prozeß stellte zum einen die einzige Sauerstoffquelle dar, andererseits entstand dabei aber nicht genug Sauerstoff für die Herausbildung einer Ozon-Schicht, die die hochenergetische UV-Strahlung hätte absorbieren können. Damit war es möglich, daß unter anaeroben Bedingungen und Nutzung von UV-Strahlung als Energiequelle in präbiotischen Prozessen organische Moleküle entstehen konnten, die die Hauptbestandteile biologisch relevanter Moleküle bilden: Zucker, Aminosäuren, Nukleoside, Nukleotide und Peptide. Somit waren alle Voraussetzungen für die Entstehung von sich selbst reproduzierenden Biopolymeren vorhanden. Dennoch vergingen nochmals ungefähr 10⁹ Jahre, bevor sich ein genetischer Apparat herausbildete. Die Entstehung dieser komplizierten Strukturen erforderte eine weitestgehende Abschirmung der Biopolymere gegen UV-Strahlung (vgl. Abb. 0.2 und Kapitel 1). Zum Schutz dieser informationstragenden Moleküle vor der Photodestruktion durch UV-Strahlung, entwickelten die Organismen unterschiedlichste Schutz- und Reparatur-Mechanismen. Damit trat auch eine endgültige Änderung im Wirkungsspektrum der UV-Strahlung ein. Während sie in den frühen Epochen der Erdentwicklung ausschließlich als Energielieferant diente, nahm ihre Bedeutung als notwendiger Umweltfaktor der Biosphäre im Verlauf der biologischen Evolution immer mehr zu.