Abiogenese

@Rao
@emanon

Lassen wir die Kacke mal links liegen und widmen uns stattdessen mal der Frage, ab wann es sinnvoll ist, von Stoffwechsel und Stoffwechselendprodukten zu sprechen. Dann klären sich einige Missverständnisse vielleicht von selbst.

Stoffwechsel ist zunächst mal nur die Umsetzung von einem Ausgangsstoff mit einem Hilfsstoff zu einem Endprodukt, das dann entweder als Ausgangsstoff für einen weiteren Stoffwechselvorgang zur Verfügung steht oder in dieser Form dann ausgeschieden bzw. an die Umgebung abgegeben wird.

Je nach Reaktionsart können aus mehreren Ausgangsstoffen ein Endprodukt oder aus einem Ausgangsstsoff mehrere Endprodukte hervorgehen. Zwischen diesen beiden Möglichkeiten eröffnet sich eine Spanne von weiteren Möglichkeiten, bei denen aus mehreren Ausgangsstoffen mehrere Endprodukte hervorgehen.

Stoffwechsel findet also stets in einem abgrenzbaren Gebiet statt, das man als Reaktionsraum bezeichnen kann. In Lebewesen sind diese Reaktionsräume über Membranen voneinander abgegrenzt, um einander ausschließende Reaktionen voneinander abzuschirmen und auf räumliche Distanz zu halten. Vor der Entstehung der Lebewesen müssen diese Reaktionsräume ebenfalls in einem abgegrenzten Raum vorgelegen haben, da sie sich anderenfalls durch den Druck der chemischen Verhältnisse in der Umgebung aufgelöst hätten.

Wichtig ist hierbei, dass der Entropiesatz hier seine richtende Kraft entfaltet. Ein Reaktionsraum stellt für sich genommen bereits einen geordneten Zustand dar, in dem dann die betreffenden Reaktionen entsprechend geordnet ablaufen. Die chemischen Gleichgewichte stellen sich dort so ein, dass der Reaktionsablauf mit einer höheren Wahrscheinlichkeit in eine bestimmte Richtung ablaufen als es in der freien wässrigen Lösung der Fall wäre.

Also muss der Reaktionsraum von dieser Umgebung zumindest zu einem gewissen Grad abgeschirmt sein, damit sich die Reaktionsgleichgewichte nicht in eine Richtung verschieben, die dann die Reaktion unmöglich werden lässt. Das bedeutet, dass die Entropie im Reaktionsraum niedriger ist als die Entropie in der Umgebung. Auf diese Weise haben wir bereits auf dieser elementaren Stufe ein Fließgleichgewicht, wo Ausgangsstoffe in den Reaktionsraum einströmen und Endprodukte ausgeschieden werden.

Der chemische Gleichgewichtszustand wird dadurch nicht erreicht, da die Entropie als Folge des Energiegewinns auf einem niedrigeren Level verbleibt als es der Fall wäre, wenn sich die Bedingungen des Reaktionsraums den Umgebungsbedingungen angleichen würde. Wir haben also hier bereits ein chemisches Nichtgleichgewicht als Resultat eines Stoffwechsel-Fließgleichgewichts, welches sich über den anhaltenden Zustrom von energiereichen Ausgangsstoffen so lange aufrecht erhält wie der Zustrom anhält.

Wegen der noch fehlenden Selbstregulation kann man diesen Zustand aber nicht als lebendig bezeichnen. Es ist analog zur Kerzenflamme, wo Sauerstoff und Paraffin ständig in die Flamme strömen und sich dort im Zuge der Verbrennung zu CO2 und Wasserdampf umsetzen - nur dass hier der Reaktionsraum ein Plasma in einer gasförmigen Umgebung ist. In den ursprünglichen Reaktionsräumen der Abiogenese haben wir bevorzugt mineralische Untergründe, die sich mit einer Vielzahl von Hohlräumen strukturieren.

Wenn wir also von Stoffwechsel sprechen, sprechen wir immer auch von abgegrenzten Reaktionsräumen, in denen sich diese Reaktionen vollziehen. Es ist also nicht sinnvoll, den Stoffwechsel auf einzelne Moleküle zu reduzieren, da wir hier zwar Reaktionsgleichungen aufstellen können, aber nichts darüber aussagen können, woher die Ausgangsstoffe kommen und wohin die Endprodukte gelangen. Wir müssen hier die Umgebung mit einbeziehen, um sinnvoll von Stoffwechsel zu sprechen.

Rao schrieb:Das beginnende Leben, RNA oder was sonst, hat sich aus der Ursuppe das herausgepickt, was brauchbar war, was sich chemisch binden ließ für die eigene Vermehrung, und dabei blieb zwangsläufig viel übrig, was ungenießbar war, dieses Zeug sammelte sich im Lauf der Zeit ringsum an, hat zweifellos häufig die laufenden Prozesse abgewürgt und damit das Proto-Leben gleich mit, aber in manchen Fällen hat sich so eine Schutzhülle aus Abfall vielleicht auch als nützlich erwiesen, die RNA (oder was es sonst war) lebte in ihrem Müll-Tönnchen wie Diogenes, guckte nur vorne heraus wie so ein Einsiedlerkrebs und hat sich an diesem Ende weitervermehrt, während der Rest von ihr gut geschützt im eigenen Dreck lag.

Jetzt zu diesem etwas lang geratenen Satz, in dem sehr viel miteinander vermengt wird, was eigentlich getrennt voneinander zu erörtern ist. "Das beginnende Leben" wäre hier also als Stoffwechselsystem zu bezeichnen, wo ein oder mehrere Reaktionsräume miteinander über verschiedene Reaktionen und Zwischenprodukte gekoppelt sind und ein zusammengehöriges Ganzes bilden.

"RNA oder was sonst" ist ein Molekül bzw. eine Ansammlung von Molekülen, die - wenn man sie isoliert betrachtet - keinen Stoffwechsel vollziehen, sondern allenfalls in ein Stoffwechselsystem eingebunden sind, wo sie dann ihren Beitrag leisten, wenn aus Ausgangsstoffen Endprodukte werden. Und Moleküle können sich nichts "herauspicken", sondern sie reagieren entweder mt einem einströmenden Ausgangsstoff oder sie reagieren nicht damit.

"was brauchbar war" kann immer nur das gewesen sein, was sich im Stoffwechsel umsetzen ließ. Die Brauchbarkeit entscheidet sich immer erst hinterher, wenn sich erweist, dass das Stoffwechselsystem nach wie vor funktionsfähig ist und nicht kollabiert ist. Von Vermehrung oder gar Fortpflanzung kann auf diesem elementaren Level der Entwicklung noch gar keine Rede sein. Hier war erst mal vordringlich, dass das System überhaupt erst einmal erhalten blieb.

Wenn also einströmende Stoffe im System den Stoffwechsel beeinflussen, entstehen Endprodukte, die entweder verwertbar sind (dann sind es Zwischenprodukte) oder nicht verwertbar sind. Im letzten Fall werden diese Endprodukte entweder ausgeschieden oder sie reichern sich im System an. Wenn sie sich anreichern, kann das entweder die Ränder des Systems verstopfen, so dass das System wegen des unterbleibenden Nachstroms an Ausgangsstoffen kollabiert.

Oder aber die sich anreichernden Stoffe wirken giftig, weil sie die Reaktionen, die das System im Bestand erhalten, blockieren oder Nebenreaktionen auslösen, die den Energiehaushalt an sich binden (und damit den fundamentalen Reaktionen die Energie entziehen). In jedem Falle betrafen die Folgen des Stoffwechsels das System als Ganzes und nicht nur einzelne Moleküle. Man kann also nicht sagen, dass die RNA wie "Diogenes in seinem Tönnchen" still und leise vor sich hin lebte, während der Rest gar nicht davon betroffen war.

Wenn also RNA damit begonnen haben sollte, sich selbst zu replizieren, dann geschah das im Kontext mit dem Stoffwechselsystem, in dem sie sich befand und aus dem sie schlussendlich überhaupt erst hervorgegangen war. Und wenn die Selbstreplikation der RNA sich darin erschöpft haben sollte, lediglich eine einzige Molekülart mit einer einzigen besonderen Basensequenz beliebig oft zu vervielfältigen, dann braucht diese Art von Replikation den Rohstoff (also die frei verfügbaren Nucleotide) für alle anderen RNA-Moleküle auf, die als Ribozym im Stoffwechselsystem fundamentale Aufgaben zu erfüllen hätte. So kann es also nicht abgelaufen sein.

Vielleicht erst mal bis dahin.

@Biolehrer
Erst einmal Danke für die Ausarbeitung.
Schwere Kost. :)
Krieg ich jetzt neben der Arbeit nicht verpackt.
In Richtung Reaktionsraum wollte ich ja mit meiner "Vorzelle" eigentlich auch. Nun schreibst du von einer Durchlässigkeit des Reaktionsraumes um für Nachschub von Produkten zu sorgen, die für den anhängigen Stoffwechselprozess benötigt werden.
Das leuchtet ein.
Dann müsste sich aber eigentlich wieder ein Gleichgewicht Reaktionsraum <-> Ursuppe einstellen, was die Vorteile für die Aufrechterhaltung des Stoffwechselprozesses wieder zunicht machen würde.
Oder gehst du von einer Semipermeabilität des Reaktionsraumes aus?

emanon schrieb:Oder gehst du von einer Semipermeabilität des Reaktionsraumes aus?

Ja. Die Abgrenzung muss semipermeabel sein, damit sich ein Konzentrationsgefälle mit der Umgebung einstellt.

Hm, ich denke, oder ich komm einfach nicht hinterher, das so Betrachtet auch Kristalle, Feuer und einige Steine Lebewesen sind.
Computerprogramme dann sowieso. Nicht daß mir das Missfallen würde, macht Leben dann aber relativ Beliebig.
Eine für mich mal sehr Einleuchtende Definition von Leben war mal, daß vorhanden sein von Wille.
Und Dieser wird dann über asymmetrischen Verhalten definiert.
Gehe ich bei Gelegenheit mal näher drauf ein.
Gruß
Mailo

Mailo schrieb:Hm, ich denke, oder ich komm einfach nicht hinterher, das so Betrachtet auch Kristalle, Feuer und einige Steine Lebewesen sind.

Die grenze zwischen belebter und unbelebter Natur sind nicht immer leicht zu definieren. Was mir hier fehlt ist der Aufbau Stoffwechsel.

"Alle Lebewesen (Pflanzen, Tiere, Pilze, Protisten, Bakterien und Archaeen) sind aus Zellen oder Synzytien (mehrkernigen Zellverschmelzungen, z. B. Ciliaten und viele Pilze) aufgebaut. Sowohl die einzelne Zelle als auch die Gesamtheit der Zellen (eines mehrzelligen Organismus) sind strukturiert und kompartimentiert, das heißt, sie bilden ein komplex aufgebautes System voneinander abgegrenzter Reaktionsräume. Sie sind untereinander und zur Außenwelt hin durch Biomembranen abgetrennt."

wiki noch mal zu Biomembranen als begrenzung.

Besonderes Beispiel: Viren. Für sich betrachtet, fallen sie heute nicht mehr unter die Definition Lebewesen, sie sind sowas wie vermehrungsfähige Überreste früherer Lebewesen, denn alles was für ihre Art der Vermehrung nicht unbedingt nötig war, ging im Lauf ihrer Entwicklung verloren. Sowas wie einen Stoffwechsel haben Viren nicht, das besorgen die Zellen, die sie befallen, für sie.

Mailo schrieb:das so Betrachtet auch Kristalle, Feuer und einige Steine Lebewesen sind.

Nein. Kristalle haben zwar einen geordneten Aufbau, den sie dann auch reproduzieren, wenn Bruchstücke herausgebrochen worden sind, aber dies geschieht nicht über aktive Prozesse, die der Kristall selbst ausführt, sondern geschieht passiv, wenn sich in die Lücken des Kristallgitters spontan neue Elementarkristalle einlagern (schönes Beispiel: Alaunkristalle züchten). Wenn das Kristallwachstum abgeschlossen ist, passiert dann auch nichts mehr. Der Stoffwechsel fehlt hierbei völlig.

Feuer hat zwar einen Stoffwechsel, aber keinen geordneten Aufbau, der reproduziert wird. Hier haben wir lediglich eine Ansammlung von Plasma als Begleitphänomen von oxydierenden Prozessen.

Inwiefern Steine nun lebendig sein sollten, erschließt sich mir nicht. Steine sind Mineraliengemische, die weder Stoffwechsel noch eine geordnet ablaufende Reproduktion aufweisen. Insofern passt das Beispiel hier nicht ganz.

Mailo schrieb:Computerprogramme dann sowieso.

Nein. Computerprogramme können allein überhaupt nichts. Da fließen im Computer zwar Elektronen auf ganz bestimmte Art und Weise durch die Leiterbahnen und bewirken auf dem Monitor bestimmte Farb- und Formeffekte, aber da passiert nichts, was man als lebendig bezeichnen kann. Kein Stoffwechsel, keine Selbstregulation, keine Interaktion mit der Umgebung, um den eigenen Zustand als Fließgleichgewicht zu stabilisieren - kurz: nichts, was man als lebendes System bezeichnen könnte.

Mailo schrieb:sehr Einleuchtende Definition von Leben war mal, daß vorhanden sein von Wille.

Nur das Wille eben etwas mit Gefühlen, Wahrnehmungen und Gedanken zu tun hat und somit hinsichtlich des Organisationsniveaus auf einem ganz anderen Level angesiedelt ist als das, was bei der Abiogenese relevant ist. Und Wille ohne Gehirn halte ich für einen Mythos und nicht für eine Basis, auf der wir hier weiterdiskutieren könnten. Von daher bitte ich Dich, dass Du Dich mit solchen etwas phantasievoll gehaltenen Statements dann doch eher zurückhältst, bis Du Dich dazu in die Lage versetzt hast, hier "hinterher zu kommen".

Mailo schrieb:Gehe ich bei Gelegenheit mal näher drauf ein.

Aber bitte nur dann, wenn es auch hier zum Thema passt. Anderenfalls lieber an anderer Stelle. Danke. :)

Rao schrieb:Besonderes Beispiel: Viren.

Ja, die erfüllen nicht die Kriterien, die an Lebewesen gestellt werden, aber dennoch könnten Viren auch in der Abiogenese eine wichtige Rolle gespielt haben. Die frei umherstreunenden RNA-Genome könnten zu einem Austausch von genetischem Material geführt haben, so dass die entstehenden ersten Zellen oder Zellverbundsysteme in ihren genetischen Ausstattungen ähnlicher wurden. Dadurch war es dann leichter, dass sich erste Zellen mit ihren benachbarten Zellen wechselseitig über den sogenannten Horizontalen Gentransfer aufeinander abstimmen konnten, was dann in eine Art Symbiose mündete, die sich wechselseitig stabilisierte.

Ein etwas anspruchsvoller aber dafür recht detaillierter Übersichtsartikel zur "Ancient Virus World" findet sich hier. Darin auch diese schöne Abbildung:

Ein interessanter Blogartikel zum "Stoffwechsel-zuerst"-Ansatz ist hier zu lesen. Ich füge eine Übersetzung bei:

Metabolism First und die Entstehung des Lebens

Es gibt mehrere konkurrierende Hypothesen über den Ursprung des Lebens. Die meisten Menschen kennen das Szenario der Ursuppe; Das ist der Bereich, in dem komplexe organische Moleküle durch spontane chemische Reaktionen entstehen. Im Laufe der Zeit sammeln sich diese komplexen Moleküle wie Aminosäuren und Nukleotide in einem warmen kleinen Teich an und kommen schließlich zu Proteinen und Nukleinsäuren zusammen.

Das RNA-World-Szenario ist ähnlich, außer dass angenommen wird, dass sich Nukleinsäuren (RNA) vor Proteinen bilden. Für eine Weile sind RNA-Moleküle die Hauptkatalysatoren in der Ursuppe. Später übernehmen Proteine ​​einige der katalytischen Rollen. Eines der Probleme mit der RNA-Welt-Hypothese ist, dass Sie eine angemessene Konzentration von Nukleotiden haben müssen, bevor der Prozess beginnen kann.

Die dritte Hypothese heißt "Metabolismus zuerst". In diesem Schema umfassen die ersten Reaktionen die spontane Bildung einfacher Moleküle wie Acetat, einer aus Kohlenstoffdioxid und Wasser gebildeten Verbindung mit zwei Kohlenstoffatomen. Wege, die zur Synthese einfacher organischer Moleküle führen, könnten durch natürliche Katalysatoren wie Mineralien und poröse Oberflächen in Gesteinen gefördert werden. Der Punkt ist, dass der Ursprung des Lebens durch die Ansammlung von sehr einfachen organischen Molekülen in thermodynamisch günstigen Umständen ausgelöst wird.

Einfache organische Moleküle können dann auf verschiedene Arten kombiniert werden, die zu einfachen Aminosäuren, Lipiden usw. führen. Diese wiederum könnten als Katalysatoren für die Bildung von mehr organischen Molekülen dienen. Dies ist der Beginn des Stoffwechsels.

Schließlich werden einfache Peptide gebildet, und dies könnte zu besseren Katalysatoren führen. Nucleinsäuren und komplexe Aminosäuren werden sich erst gegen Ende dieses Prozesses bilden.

Einer der Vorteile des "Stoffwechsel-zuerst"-Ansatzes ist, dass er eine einfache "Lösung" für das Chiralitäts- / Racemisierungsproblem bietet, indem erklärt wird, warum alle natürlich vorkommenden Aminosäuren linkshändig sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine spontane Bildung von Nukleotiden erforderlich ist - eine große Einschränkung des RNA-Welt-Szenarios, da die spontane Bildung solcher Moleküle sehr unwahrscheinlich ist.

James Trefil, Harold Morowitz und Eric Smith haben eine sehr schöne Zusammenfassung der "Metabolism First-Hypothese" für den "American Scientist" geschrieben: Der Ursprung des Lebens. Der Untertitel "Ein Fall ist für den Abstieg von Elektronen gemacht" ist ein geschicktes Wortspiel. Es illustriert den Punkt, dass die Synthese einfacher organischer Moleküle wie Acetat thermodynamisch günstig ist. Das ist Wissenschaftsschreibung von ihrer besten Seite.

Die Autoren haben die einfachsten, grundlegendsten biochemischen Wege rekonstruiert, die zeigen, dass ein reduzierender Zitronensäurezyklus wahrscheinlich das beste Beispiel für den ersten Stoffwechselweg ist. In diesem Weg wird das Zwei-Kohlenstoff-Acetat-Molekül aus Kohlendioxid und Wasser in umgekehrter Richtung des üblichen Zitronensäureweges hergestellt, der in Eukaryoten gefunden wird.

Tatsächlich tritt der reduktive Weg in vielen Bakterien auf. Sie können ihn immer noch verwenden, um Kohlenstoff zu fixieren. ...

Fast alle gängigen Lebensmoleküle werden aus Acetat oder den Molekülen des Zitronensäurezyklus synthetisiert. Die einfachen Aminosäuren werden beispielsweise in einem Schritt gebildet. Komplexere Aminosäuren werden von den einfachen Aminosäuren etc. abgeleitet. Gleichermaßen können einfache Fettsäuren aus Acetat gebildet werden und komplexere kommen später, sobald die einfachen sich ansammeln.

Die zentrale Rolle des Zitronensäurezyklus-Stoffwechsels in der Biochemie ist seit Jahrzehnten bekannt. Die Beteiligung an Biosynthesewegen wird in einleitenden Biochemie-Kursen oft ignoriert, da sie sich stark auf den Brennstoffmetabolismus bei Säugetieren konzentrieren und biosynthetische Wege in solchen Kursen kurz kommen.

Das Wesen des "Stoffwechsel-zuerst"-Ansatzes ist, dass die verschiedenen komplexen Moleküle des Lebens nach der spontanen Bildung von sehr einfachen Molekülen erschienen. Die Wege, die zu den komplexen Molekülen führten, wurden entwickelt und ihre Entwicklung wurde durch die Entwicklung verschiedener Katalysatoren unterstützt, von denen einige von ihrer Natur her (später) biologisch waren.

http://alcala.cab.inta-csic.es:8080/videos/ISA_15/S15_5-1_JBaross.pdf ist noch eine Foliensammlung zu den verschiedenen Ansätzen sowie zu möglichen Entstehungsorten der Abiogenese. Eine detailliertere Erklärung zu den Folien füge ich später noch bei.

Ein Artikel aus dem Jahr 2000 von Robert Shapiro beinhaltet, dass am Beginn des Lebens kein Replikator eine Rolle gespielt haben kann. Im Abstract dieses Artikel steht:

"Viele wissenschaftliche Theorien über den Ursprung des Lebens legen nahe, dass das Leben mit der spontanen Bildung eines Replikators (eines selbst kopierenden organischen Polymers) innerhalb einer unorganisierten chemischen Mischung oder "Suppe" begann. Eine große Schwierigkeit besteht jedoch in der Idee der RNA oder eines anderen Replikators zu Beginn des Lebens.

Existierende Replikatoren können als Matrizen für die Synthese zusätzlicher Kopien von ihnen selbst dienen, aber diese Vorrichtung kann nicht für die Herstellung des allerersten derartigen Moleküls verwendet werden, das spontan aus einer unorganisierten Mischung entstehen muss. Die Bildung eines informationstragenden Homopolymers durch ungerichtete chemische Synthese erscheint sehr unwahrscheinlich.

Die Schwierigkeiten, die bei einer solchen Synthese auftreten, werden veranschaulicht, indem die Aussichten für den Aufbau eines Polypeptids von L-alpha-Aminosäuren, basierend auf den Gehalten des Murchison-Meteoriten, als ein Beispiel einer Mischung abiotischen Ursprungs betrachtet werden.

In dieser Mischung würden potentielle Replikatorkomponenten von einer Vielzahl von störenden Substanzen begleitet sein, die Kettenterminatoren (einfache Carbonsäuren und Amine), Verzweigungsbildner, D-Aminosäuren und viele Klassen von Substanzen einschließen, deren Einarbeitung die notwendige strukturelle Regelmäßigkeit des Replikators zerstören würde.

Laborexperimente zur nichtenzymatischen Synthese von Biopolymeren haben das Spezifitätsproblem nicht gelöst. Die Möglichkeit, dass die Bildung des ersten Replikators durch ein sehr unwahrscheinliches Ereignis erfolgte, kann nicht ausgeschlossen werden, aber man sollte den "Metabolismus-zuerst"-Theorien, die diese Schwierigkeit vermeiden, größere Aufmerksamkeit schenken."

Der vollständige Artkel kann hier gelesen werden.

So wird also immer wieder einmal behauptet, so etwas Komplexes wie ein Lebewesen könne doch gar nicht ohne intelligente Mithilfe aus den natürlichen Grundlagen heraus entstehen. Gerade aktuell mal wieder im Evolutions-Thread, wo von einem "Uhrwerk" die Rede ist, was angeblich erschaffen werden müsse. Das Argument ist als Paleys Uhrenargument bekannt und wurde Anfang des 19. Jahrhunderts vorgebracht.

Lebewesen sind ja tatsächlich reichlich komplexe Dinge, die auf einem komplexen Zusammenwirken vielfältiger chemischer und mechanischer Prozesse beruhen, die sich durch das Vorhandensein komplexer Makromoleküle ergeben. Da kann man durchaus schon mal ins Staunen kommen und sich fragen, wie das denn ursprünglich entstanden ist. Grundsätzlich teilt man die Abiogenese in drei grobe Abschnitte ein:

1. Entstehung und Anreicherung von kleineren chemischen Bausteinen für Makromoleküle (insbesondere Aminosäuren als Grundbausteine für spätere Proteine sowie Nucleotide für spätere Nucleinsäuren).

2. Entstehung und Anreicherung von Makromolekülen durch Verkettung der bei Abschnitt 1. entstandenen Grundbausteine (insbesondere Peptide aus Aminosäuren sowie RNA aus Nucleotiden).

3. Entstehung und Stabilisierung von Wechselwirkungen zwischen Makromolekülen, zwischen Makromolekülen und kleineren Molekülen und dem Aufbau von größeren Strukturen, die als Vorläufer der späteren Zellen sich selbst als Ganzes stabilisieren.

Auf dieser Grundlage besteht dann die Möglichkeit, dass sich Makromoleküle in ihrem Zusammenwirken so aufeinander abgleichen, dass Proteine mit Hilfe von RNA in ihren Sequenzen (Abfolge der Aminosäuren) weitgehend identisch reproduziert werden und ein genetischer Code entsteht, der eine Entsprechung zwischen RNA-Basentripletts und Aminosäuren darstellt (und daher genau genommen KEIN Code ist!).

Wenn man es etwas detaillierter haben möchte, kann man sich diese Abfolge anschauen:

Die Entstehung des Lebens verlief in mehreren Etappen, von denen die wichtigsten folgende waren:

1. Bildung und Anreicherung von Monomeren.

2. Bildung und Anreicherung von Polymeren.

3. Bildung und sukzessive Komplexitätszunahme von Reaktionsnetzwerken.

4. Bildung und Reproduktion von Kompartimenten.

5. Kopplung von Reaktionsnetzwerken und Kompartiment-Reproduktion über molekulare Replikatoren.

6. Reproduktion von Funktionsmolekülen für das Reaktionsnetzwerk mit Hilfe der molekularen Replikatoren.

7. Reproduktion des Gesamtkompartiments - einschließlich des darin befindlichen Reaktionsnetzwerks - nach Art eines koordinierten Teilungsprozesses.

Über die ersten vier Etappen sind wir im Großen und Ganzen recht gut im Bilde. Monomere (also z.B. Aminosäuren und RNA-Basen) entstehen relativ unkompliziert aus CH4, NH3, H2O und H2S unter Energiezufuhr in der Atmosphäre sowie in hydrothermalen Schloten. Die frühe Atmosphäre war zwar nicht so stark reduzierend wie von Miller und Urey angenommen, aber in der Nähe vulkanischer Ausgasungen waren lokal auch Anreicherungen von reduzierenden Gasen möglich - u.a. in geothermalen Feldern, aber auch in untermeerischen Schloten.

Polymere bedürfen der Abführung von Reaktionswasser und dürften daher bevorzugt in Regionen abgelaufen sein, wo zeitweilig das Land trocken fiel. Aber auch reaktive Thioester in den hydrothermalen Schloten waren zur Wasserbindung in der Lage, so dass auch dort Polymerisationen als Kondensationsreaktionen ablaufen konnten.

Reaktionsnetzwerke entstehen immer dann, wenn eine permanente Energiezufuhr als Durchfluss gesichert ist. Das können Wärmeflüsse sein, aber auch Strahlungseinflüsse, die sich in einer Energiesenke verlieren. Neben der Sonneneinstrahlung, die neben UV-Strahlung auch Wärmestrahlung lieferte, waren es insbesondere vulkanische Aktivitäten, die Energie lieferten, aber auch radioaktive Zerfälle lieferten Energie, die angezapft werden konnte, um chemische Nichtgleichgewichtssysteme aufzubauen, welche sich im Schutz von Sedimenten und Gezeitenwechseln mit Hilfe von Gradienten sukzessive zu größerer Komplexität entwickeln konnten.

Kompartimente in Gestalt von kleinen Bläschen entstanden spontan aus Proteinoiden - also auf trockenem Untergrund angetrockneten Aminosäuremischungen, die danach wieder ins Wasser gelangten - oder aus Lipiden, die als Film auf der Wasseroberfläche trieben und sich bei Wellenschlag spontan zu Membranstrukturen anordneten, die dann auch teilungsprozesse durchliefen, sobald sie eine bestimmte Größe überschritten hatten. Nehmen wir an, dass sich erste Stoffwechselsysteme auf einem Gesteinsuntergrund entwickelten (was für das Zustandekommen der Chiralität der verwendeten Monomere von Bedeutung gewesen sein könnte!), dann könnten auch hier Lipidvesikel dazu beigetragen haben, dass die Stoffwechselkomponenten vor zu rascher Auflösung durch heranströmendes Wasser geschützt waren, indem sie sich als Film auf den Gesteinsuntergrund auflagerten.

Bis hierhin gibt es also keine größeren Schwierigkeiten, sich das Zustandekommen der ersten Zellen zu erklären. Ab dann wird es allerdings schwierig. Hier wurden verschiedene Konzepte entwickelt, die man als RNA-Welt und Prä-RNA-Welt zusammenfassen kann. RNA eignet sich als Replikator und als Enzym, so dass sie zwei fundamentale Funktionen von Zellen abdecken kann. Allerdings hat die Sache einen Haken. Zum einen kann sich RNA nicht zu langgestreckten Genomen zusammenlagern, weil sie sich ab einer bestimmten Länge in Sekundär- und Tertiärstrukturen verknäuelt, so dass sie als Genom nach Art der DNA nicht in Frage kommt. Zum anderen kann sich RNA nicht beliebig replizieren ohne RNA mit Replicase-Funktion, die ihrerseits einer Replicase bedarf, um reproduziert zu werden.

Darüber hinaus ist das Spektrum der Enzymfunktionen, die RNA als Ribozym einnehmen kann, nicht besonders breit gefächert. Da es auf eine Kopplung zwischen Stoffwechsel und Kompartiment-Reproduktion ankommt, muss RNA aber ein breites Reaktionsspektrum abdecken, um die benötigten Komponenten, aus denen sich der Stoffwechsel konstituiert, kontinuierlich bereitzustellen.

Daraus ergeben sich zwei Schwachpunkte: Zum einen besteht die Gefahr, dass sich eine RNA-Replicase nur noch selbst repliziert, ohne andere Ribozyme zu replizieren. Dann hätten wir einen regulatorischen Kurzschluss, der nach und nach alle Ressourcen bindet, bis das System kollabiert. Zum anderen stellt die Präsenz der RNA-Chemie in einem Stoffwechselsystem, welches neben RNA noch andere Komponenten enthält, die in das Stoffwechselgeschehen involviert sind (u.a. kurzkettige Peptide, die ihrerseits katalytische Funktionen besetzen können, aber auch Fettsäuren, Glycerol und diverse Saccharide), eine energetische Bürde dar, die das Gesamtsystem eher bremst als beschleunigt.

Auf Dauer würde sich eine RNA-Welt folglich von selbst totlaufen, wenn nicht die Etappe 6 gelingt - also das Finden eines Mechanismus', der die benötigten Funktionsmoleküle - i.e.S. Enzyme - permanent liefert, so dass eine größere Stabilität des Gesamtsystems über längere Zeit hinweg erreicht wird. Die dabei produzierten Moleküle können ihrerseits dazu beitragen, dass der Reproduktionsmechanismus effizienter und zunehmend genauer und weniger störungsanfällig abläuft, so dass gangbare Sequenzen zunehmend besser konserviert werden, was dann wieder rückkoppelt usw. usw. Das wäre dann das, was Eigen und Schuster als Hyperzyklus beschrieben haben, der von selbst zu größerer Komplexität hochwächst, sobald die Fehlerschwelle, die zum Kollaps des Systems führen würde, einmal unterschritten worden ist.

Hier haben wir die "Darwinsche Schwelle", wo das Prinzip Mutation/Selektion erstmalig einsetzt und Sequenzen wechselseitig durch zwei verschiedene Molekülklassen repräsentiert werden. Problematisch ist hierbei, dass wir nicht wissen, wie sich das ursprünglich erstmalig organisiert hat, obwohl es vom Prinzip her klar ist, was da geschehen sein muss. Peptide und Nucleinsäuren (also RNA) beeinflussten sich wechselseitig, aber es war eben nicht abzusehen, dass sie sich in ihrer Reproduktion ebenfalls wechselseitig zu einem System organisieren, welches zugleich organisatorisch mit einem hierarchisch höheren System verwachsen blieb, ohne es durch Verselbstständigung in den Kollaps zu führen. Hier stehen wir also tatsächlich vor einer Schwelle, die experimentell derzeit nicht zu überbrücken ist.

Jenseits dieser Schwelle ist dann die Einbeziehung des Gesamtsystems in die organisierte Reproduktion. Erst nachdem dies gelungen war, konnten sich einzelne Zellen aus dem Gesamtsystem abkoppeln und fortan isoliert evolvieren. Auch das liegt noch jenseits aller Möglichkeiten der experimentellen Modellierung im Labor.

Zum Ablauf dieser sieben Etappen mussten hinreichend lange hinreichend komplexe Rahmenbedingungen gegeben sein, die die allmählich hochwachsenden Systeme mit Energie, mit Rohstoffen und mit periodischen Rhythmen versorgte, so dass Stoff- und Konzentrationsgradienten entstehen konnten, die nach Art eines Durchflussreaktors ein Fließgleichgewicht aufbauten, in welchem dann die beschriebene chemische Evolution stattfinden und in eine biologische Evolution münden konnte.

Derzeit spricht nichts dagegen, dass auf der Urerde solche Bedingungen für mehrere Hundert Millionen Jahre gegeben waren. Älteste Indizien sprechen für das Vorhandensein von Wasser auf der Erdoberfläche bereits vor 4,4 Milliarden Jahre - also etwa 100 Millionen Jahre nach der Mondentstehung.

Das LHB ereignete sich vor etwa 3,9 Milliarden Jahren, so dass bis dahin etwa 500 Millionen Jahre Zeit gewesen wäre, dass Organismen entstanden sind und u.a. thermophile Mikroben hervorgebracht haben, die dann nach dem LHB in Gestalt von LUCA (den man sich nicht als Einzelzelle vorstellen darf!) den Ausgangspunkt für die weitere Evolution gestellt haben. Dieses Szenario würde das relativ schnelle Erscheinen von Organismen nach dem LHB erklären, wenn die Befunde von Isua wirklich auf Organismen zurückzuführen sind (C-12-Anreicherung im Gneis).

Aber auch eine Lebensentstehung nach dem LHB wäre nicht ausgeschlossen, da wie ausgeführt eine RNA-Welt nicht lange hätte überdauern können, wenn sie sich selbst überlassen geblieben wäre. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Etappen 6 und 7 ereignen, ist nicht vorab kalkulierbar, so dass es kein Widerspruch ist, wenn Leben relativ schnell entstanden ist. Ein zu spätes Einsetzen von Etappe 6 hätte in beiden Szenarien dazu geführt, dass die Stoffwechselsysteme kollabiert wären. Und dann wären wir nicht hier ...

Vielleicht reicht das erst mal als Anregung für eine weitere und angeregte Diskussion.

Da sich hier nichts weiter tut, schreibe ich mal wieder etwas rein ...

Die Entstehung der ersten Lebewesen ist nach wie vor eins der wenigen großen Probleme in der Naturwissenschaft, das nach wie vor ungelöst ist, obwohl seit knapp 100 Jahren mit Alexander Oparin intensiv auf diesem Gebiet geforscht wurde. Die Frage ist, warum das so ist. Eigentlich dürfte der Zugang zur Lösung des Problems nicht so schwierig sein wie der Zugang zu den anderen beiden großen Rätseln der modernen Naturwissenschaft - der Entstehung des Universums und der Entstehung des Bewusstseins, wo man auf grundsätzlichere Schwierigkeiten stößt, die sich aus den extremen Zuständen im Umfeld der Singularität sowie aus dem Kategorienwechsel von Ionenströmen zu Bedeutungsinhalten ergeben.

Bei der Entstehung der ersten Lebewesen geht es nur um Chemie mit bekannten chemischen Verbindungen in einem überschaubaren Areal von Druck- und Temperaturverhältnissen, die mit dem Vorhandensein von flüssigem Wasser kompatibel sind. Von daher dürfte es vergleichsweise einfach sein, die Entstehung von Lebewesen aus chemischen Vorstufen abzuleiten und zu rekonstruieren. Dennoch tun sich die damit einschlägig befassten Forscher seit Jahrzehnten schwer, hier eine Lösung zu finden.

Nach den theoretischen Vorarbeiten von Oparin, Haldane und Urey in den 1920er bis 1950er Jahren, führte Stanley Miller im Jahr 1952 seine inzwischen berühmt gewordenen Versuche durch, bei denen aus einfachen anorganischen Verbindungen unter Energiezufuhr durch eine Funkenstrecke u.a. vier Aminosäuren entstanden, die sich auch als Bestandteil von Proteinen finden. Weitere Versuche von Oro u.a. ergaben RNA-Basen sowie weitere Aminosäuren aus Ammoniumcyanid unter Einwirkung von trockener Hitze, wie sie in Uferregionen von Meeresküsten auf der Urerde möglich gewesen ist.

Auch längere Ketten von Aminosäuren, die sich zu proteinähnlichen Polymeren formierten, wurden durch trockenes Erhitzen von einfachen Aminosäuren erhalten. Die Substanz formte sich im Kontakt mit Wasser zu kleinen Bläschen, welche Knospungen aufwiesen und weitere kleine Bläschen abspalteten - ganz wie es einzelne Zellen tun, die sich teilen. Diese "Mikrosphären", die durch Fox hergestellt wurden, schienen Vorstufen von echten Zellen zu sein.

Die ersten Versuche in den 1950er und 1960er Jahren lieferten also recht optimistisch stimmende Resultate, die die Lösung des Problems in greifbare Nähe zu rücken schien. Doch dann blieb man auf diesem Niveau stecken und es gab keine neuen Durchbrüche auf dem Weg zur spontanen Entstehung einfacher Zellen. Auf der Grundlage der Chemie kam man nur bis zu Polymeren aus Aminosäuren sowie zu einzelnen RNA-Basen und zu den Mikrosphären, aber eben nicht zu funktionierenden Zellen.

So blieb es bis zum Jahr 1988, als Günter Waechtershäuser als Quereinsteiger mit der "Eisen-Schwefel-Welt" einen neuen Ansatz vorstellte, der aktuell in den verschiedenen Hypothesen zur Entstehung des Lebens in hydrothermalen Quellen auf dem Meeresgrund immer noch eine wichtige Rolle spielt. Bereits 1977 wurden auf dem Meeresgrund die "Black Smoker" entdeckt und in deren Umfeld eine reichhaltige Tierwelt, so dass die Frage aufkam, ob das Leben nicht auch dort hätte entstehen können.

Waechtershäuser lieferte mit seiner Hypothese einen plausiblen Mechanismus, wie unter den dort herrschenden Bedingungen zunächst einfache Aminosäuren und später komplexere Moleküle auf der mineralischen Unterlage von Pyrit hätten entstehen können. So weit, so interessant, aber der Durchbruch hin zu einer lückenlosen Rekonstruktion der Entstehung von ersten Zellen aus den sich in den Bläschen der untermeerischen Quellen anreichernden Molekülen, blieb einstweilen immer noch aus.

Auch aktuellere Ansätze, die von oberirdischen hydrothermalen Quellen ausgehen, welche neben den notwendigen reduzierenden Bedingungen noch UV-Licht als zusätzliche Energiequelle sowie Nass-Trocken-Zyklen aufweisen, um die Synthese von Polymeren zu erleichtern, stecken nach wie vor in der chemischen Basis der Reaktionswege und -zyklen fest, ohne einen plausiblen Ausweg anbieten zu können, der von der Chemie in die Biologie weist. Man ist immer noch im Status der miteinander konkurrierenden Hypothesen, ohne eine Entscheidung treffen zu können, welche die zutreffende ist, obwohl man inzwischen eine Fülle von weiteren Details herausgefunden hat, die den Ablauf der verschiedenen Reaktionswege betreffen.

Das Detailwissen nimmt zu, aber der Durchbruch zu einer zusammenfassenden Theorie, die dieses Detailwissen zu einem in sich stimmigen Szenario der Lebensentstehung vereinigt, bleibt trotz intensiver Bemühungen immer noch aus. Woran liegt das nun? An welcher Stelle klemmt es grundsätzlich, so dass sich der Durchbruch zum Erfolg nicht einstellen will? Sind die Ansätze grundsätzlich falsch? Hat man ein wesentliches Detail bislang übersehen? Oder liegt die Ursache für das fortgesetzte Scheitern woanders?

Es ist vielleicht ganz aufschlussreich, dass man sich der Lösung des Problems von zwei Richtungen nähern kann: Zum einen so, wie beschrieben von den anorganischen Vorstufen hin zu wachsender Komplexität; zum anderen von den einfachsten jetzt lebenden Zellen hin zu geringerer Komplexität, bis man auf ein Mindestmaß an Komplexität gelangt, welches nicht unterschritten werden darf, wenn die Zelle noch leben soll. Auf beiden Wegen stößt man auf die Notwendigkeit, dass die zur Aufrechterhaltung des Stoffwechsels nötigen Enzyme immer wieder reproduziert werden müssen, damit das Gesamtsystem nicht kollabiert und ins chemische Gleichgewicht fällt.

Lebewesen sind Nichtgleichgewichtssysteme, die sich unter Energieverbrauch jenseits des chemischen Gleichgewichts erhalten. Der dazu nötige Stoffdurchstrom ist zugleich ein Energiedurchstrom, der zur Aufrechterhaltung des Gesamtsystems angezapft und zur Synthese der notwendigen Stoffbestandteile genutzt wird. Damit der Stoffdurchstrom nicht zu chaotischen Reaktionen führt, müssen die stattfindenden Reaktionen aufenander abgeglichen werden, so dass über Rückkopplungen ein geordnetes Reaktionsnetzwerk entsteht, welches das Gesamtsystem sowohl aufbaut wie auch stabilisiert.

Den Schlüssel für den geordneten Ablauf der Reaktionen stellen die verschiedenen Enzyme dar, die in diesen Ablauf ebenfalls als Stoffkomponenten integriert sind. Das bedeutet, sie unterliegen selber ebenfalls dem Stoffwechsel, den sie als geordnetes Reaktionsnetzwerk stabilisieren. Daraus folgt wiederum, dass die benötigten Enzyme stets nachgeliefert werden müssen, weil sie sich anderenfalls im Zuge des Stoffwechsels verbrauchen (Das ist der sogenannte "Turnover" - also die durchschnittliche Umsatzrate von Enzymen von der Produktion bis zum Abbau).

Um also aus chemischen Vorstufen eine lebende Zelle hervorgehen zu lassen, ist es notwendig, dass es einen Mechanismus gibt, der geeignete Enzyme produziert und - nach Verbrauch durch Turnover - auf identische Weise reproduziert, so dass die Rückkopplungsschleifen, die den Stoffwechsel stabilisieren, erhalten bleiben. Die einfache Anreicherung von immer komplexeren Molekülen in einer Mikrosphäre oder einem Lipid-Vesikel genügt nicht. Diese Moleküle müssen sich zu einem Reaktionsnetzwerk zusammenfinden, welches sich wechselseitig stabilisiert und den Aufbau weiterer Komplexität ermöglicht.

Jetzt wird verständlich, wo es bislang grundsätzlich immer noch klemmt: Die Moleküle reagieren zwar miteinander und sortieren sich zu Strukturen (Mikrosphären, Membranen usw.), aber sie wirken nicht koordiniert zusammen, so dass daraus kein Organismus hervorgeht, sondern lediglich ein Bläschen mit verschiedenen Chemikalien, die alsbald in das chemische Gleichgewicht rutschen, worin sich alles, was bis dahin an Komplexität entstanden ist, totläuft.

Das heißt: Der Ansatz ist nicht falsch, aber er ist für sich genommen noch nicht hinreichend, um daraus spontan lebende Zellen entstehen zu lassen. Hinreichend wird es erst dann, wenn sich passende Moleküle zu einem sich wechselseitig stabilisierenden Reaktionsnetzwerk zusammenfinden, welches ein System als Ganzes aufbaut und in seinem Bestand erhält (und als nächste zu überwindende Hürde dann auch noch eine Vervielfältigung mit ebenfalls funktionierenden Tochtersystemen bewerkstelligen kann).

Was fehlt, ist also die Brücke von der Produktion komplexer Moleküle zur Reproduktion von identisch funktionierenden komplexen Molekülen, die einen funktionierenden Stoffwechsel stabilisieren würde. Diese Brücke ist nicht mehr ein ausschließlich chemisches Problem, sondern darüber hinaus auch ein mechanisches, da Enzyme nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip funktionieren: Passende Molekülformen greifen ineinander und bewirken spezifische Reaktionen.

Es müssen also passende Molekülformen zueinanderfinden und sich so vernetzen, dass sie ein funktionierendes Ganzes bilden. In den jetzt lebenden Zellen geschieht das über eine Wechselwirkung zwischen Proteinen und Nucleinsäuren, wobei zu erkennen ist, dass die Struktur der DNA-Doppelhelix, die als Vorlage für RNA-Moleküle fungiert, hinsichtlich der Basensequenz völlig beliebig zusammengesetzt sein kann. In das Rückgrat aus Zucker und Phosphat passt jede beliebige Sequenz aus Basenpaaren, so dass aus der Struktur der DNA noch nicht die Eignung als Vorlage für funktionable RNA (die wiederum als Vorlage für die Proteinsynthese dient) hervorgeht.

Was also "passen" muss, ist die Basensequenz einer Nucleinsäure zu einer Aminosäuresequenz eines Proteins, sobald sich die Möglichkeit ergeben hat, dass ein Mechanismus vorhanden ist, der mit Hilfe von Basensequenzen Proteine mit einer bestimmten Aminosäuresequenz produziert. Wegen der Beliebigkeit der Basenpaare, die sich auf die Struktur der DNA-Doppelhelix nicht auswirken, ergibt sich anfangs auch eine Beliebigkeit der Aminosäuresequenz in den ersten Proteinen, so dass sich die "Passung" erst noch über die Eignung für die Stabilisierung des Stoffwechsels des Gesamtsystems erweisen muss.

Wir haben hier also ein strenges Auslesekriterium, welches aus der Fülle von möglichen Zufallssequenzen nur eine geringe Zahl von zufällig passenden Sequenzen übrig lässt, die sich in den vorgegebenen Rahmen der Reaktionsnetzwerke einfügen können. Und erst auf dieser schmalen Basis besteht überhaupt eine Chance, dass sich eine Protozelle zu einer evolutionsfähigen echten Zelle entwickeln kann.

Aus diesen Überlegungen heraus wird es verständlich, warum die spontane Entstehung von Zellen unter Laborbedingungen noch nicht gelingen konnte und möglicherweise auch künftig nicht gelingen wird: Die Voraussetzungen dafür sind aufgrund des strengen Auslesekriteriums zu stark feinabgestimmt, so dass nicht zu erwarten ist, dass sich passende Molekülformen relativ unkompliziert zusammenfinden und wechselseitig reproduzieren, so dass sie ein lebendes Gesamtsystem hervorbringen und stabilisieren.

JacobMonod schrieb:Da sich hier nichts weiter tut, schreibe ich mal wieder etwas rein ...

Ich find´s gut :)

Liest sich alles für mich (als Laie) soweit und letztlich hier

Wir haben hier also ein strenges Auslesekriterium, welches aus der Fülle von möglichen Zufallssequenzen nur eine geringe Zahl von zufällig passenden Sequenzen übrig lässt, die sich in den vorgegebenen Rahmen der Reaktionsnetzwerke einfügen können. Und erst auf dieser schmalen Basis besteht überhaupt eine Chance, dass sich eine Protozelle zu einer evolutionsfähigen echten Zelle entwickeln kann.

so als wenn da u.U./ggf. nur noch das eine kleine Quentchen Glück fehlt. Glück kann man nun mal aber nicht künstlich Herstellen ;)

P.S.: Danke übrigens, mir hat´s sehr geholfen das mal zu verstehen...denke ich :)

wenn wir alle Möglichkeiten kennen wie leben entstehen könnte, könnte man effektiver nach spuren von ausserirdischen leben suchen.

es gibt eine Theorie vom großem Filter, der Zivilisationen zerstört wenn sie sich nicht schnell genug entwickeln.
Es kann z.B. die Eiszeit gewesen sein oder es wird die Überbevölkerung

Mit Spuren von ausserirdischen leben, könnte man eine Vorstellung gewinnen ob wir schon die große Hürde der Entwicklung geschafft haben.

Ich möchte gerne mehr Gründe kennen warum das Thema wichtig sein könnte

skagerak schrieb:als wenn da u.U./ggf. nur noch das eine kleine Quentchen Glück fehlt.

Glück bzw. Zufall spielt hierbei immer eine Rolle, aber die kanalisierende Wirkung der Umgebungsbedingungen engt die Spannbreite des Ausprobierens sehr schnell sehr stark ein, so dass sich im Vorfeld nicht abschätzen lässt, welche gefundenen Lösungen nachhaltig sind und welche nicht. Ein und dieselbe Lösung in einem konkreten Umfeld kann sich als nachhaltig erweisen, während sie in einem anderen Umfeld zum Systemkollaps führt.

Aus den Sequenzen allein kann man das nicht ableiten, so dass man aus den Kenntnissen der zugrunde liegenden Chemie nicht ableiten kann, welche Makromoleküle sich zu welcher molekularen Mechanik zusammenfinden werden sowie inwiefern die molekulare Mechanik geeignet ist, größere Komplexität zu ermöglichen, die sich über Evolution weiterentwickeln kann. Daher ist es von vornherein nicht möglich, die Entstehung von Leben mit einem Wahrscheinlichkeitswert vorab zu bestimmen.

CriticalRush schrieb:wenn wir alle Möglichkeiten kennen wie leben entstehen könnte, könnte man effektiver nach spuren von ausserirdischen leben suchen.

Das denke ich nicht, denn die Kenntnis der Möglichkeiten (Zusammenfinden passender Moleküle zu einem funktionierenden Stoffwechselsystem, welches die Fähigkeit zur Evolution hat) verrät uns noch nichts über die Wahrscheinlichkeit, wie oft und unter welchen Voraussetzungen sich dann tatsächlich auch diese Möglichkeiten realisieren werden.

JacobMonod schrieb:Ein und dieselbe Lösung in einem konkreten Umfeld kann sich als nachhaltig erweisen, während sie in einem anderen Umfeld zum Systemkollaps führt.

Muss man denn von mehreren Umfeldern ausgehen?

Aus den Sequenzen allein kann man das nicht ableiten, so dass man aus den Kenntnissen der zugrunde liegenden Chemie nicht ableiten kann, welche Makromoleküle sich zu welcher molekularen Mechanik zusammenfinden werden sowie inwiefern die molekulare Mechanik geeignet ist, größere Komplexität zu ermöglichen, die sich über Evolution weiterentwickeln kann.

Hätte ich glaube ich auch soweit verstanden, es fehlt halt sowas wie eine Schnittstelle, oder?
Ich vergleiche es mit dem Verhältnis Relativitätstheorie zur Quantenphysik.

Das denke ich nicht, denn die Kenntnis der Möglichkeiten (Zusammenfinden passender Moleküle zu einem funktionierenden Stoffwechselsystem, welches die Fähigkeit zur Evolution hat) verrät uns noch nichts über die Wahrscheinlichkeit, wie oft und unter welchen Voraussetzungen sich dann tatsächlich auch diese Möglichkeiten realisieren werden.

Aber die Erkenntnis grenzt die Suche doch etwas ein, oder nicht?

skagerak schrieb:Muss man denn von mehreren Umfeldern ausgehen?

Auf der frühen Erde hat es viele Umfelder gegeben, in denen Makromoleküle entstanden sind - aber offenbar nur eines, wo sich die passenden Moleküle zusammengefunden haben, um eine funktionierende Maschinerie zu begründen, die sich fortpflanzen konnte. Was ich damit sagen will, ist, dass man aus den Strukturen der Polymere und deren Sequenzen nicht darauf schließen kann, dass sie sich zu einem funktionierenden größeren Ganzen organisieren werden, weil das Umfeld hier selektierend wirkt und dieses Umfeld somit einen weiteren Faktor darstellt, der nicht in den Sequenzen der Makromoleküle repräsentiert ist.

skagerak schrieb:es fehlt halt sowas wie eine Schnittstelle

Es ist eher eine Frage der Gelegenheit, dass sich die vorhandenen Selektionsdrücke so auswirken, dass sie die Reproduktion von Makromolekülen stabilisieren, statt sie zum Kollabieren zu bringen. Das sind dann lediglich Rückkopplungseffekte, die zufällig passen müssen, damit sie sich wechselseitig stabilisieren. Die "Schnittstelle" zwischen Reproduktion und Rückkopplung ist eigentlich von Anfang an vorhanden, da das Polymerwachstum ja nicht isoliert von der Umgebung stattfindet, sondern diese stets einbezogen ist.

skagerak schrieb:Aber die Erkenntnis grenzt die Suche doch etwas ein, oder nicht?

Nicht wesentlich, da Leben stets auf chemischen Wechselwirkungen beruht, die auf Substraten ablaufen, die wir aus der Organischen Chemie kennen - hinreichend komplex gebaute Kohlenstoffverbindungen mit linearen Strukturen, von denen sich verschiedene Seitenketten abzweigen, die als funktionelle Gruppen bekannt sind - und folglich Verhältnisse nahelegen, wie sie auf der frühen Erde vorgelegen haben müssen: Wasserkreislauf, Vulkanismus, reduzierende Gase, Nass-Trocken-Zyklen usw. usw.

JacobMonod schrieb:verrät uns noch nichts über die Wahrscheinlichkeit, wie oft und unter welchen Voraussetzungen sich dann tatsächlich auch diese Möglichkeiten realisieren werden.

ich habe das zu einseitig betrachtet, ich lasse diese theorie fallen, man sollte den such radius nicht auf solche spuren beschrenken, danke für deine Meinung

Ich find vor allem den "Zufall" der Zellmembran Entstehung interessant, mmn. der wichtigste Schritt!

:mlp: