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Information und Biologie

43 Beiträge, Schlüsselwörter: Biologie, DNA, Information, GEN

Information und Biologie

24.03.2015 um 21:58
Hoffmann schrieb:Du meinst damit evolutionäre Algorithmen?
Ja .. genau aber auch simulierte Evulutionäre Automaten.
Ja, und ebenso ist DNA ... erhält.
Hört sich für mich ziemlich Informationstechnisch an .. ;)

Ich hab mal mit evolutionren Simulationen experimentiert (Siehe mein Almy Blog)... aber was für eine Art Information soll schon ein Datensatz meiner Evolutionärenwürmer sein ?

Wenn von 'Information' bei DNA gesprochen wird macht dies nur im System der Evolution und des Kontext (Simulation oder unsere Welt) wrklich einen Sinn.
Das besondere ist das die DNA Information von Lebewesen ist das auch die Gesammtheit der Reproduktion dabei ist.

Wie ist das mit Viren (biologischen) ?
Diese benötigen sogar nur Bruchteile der 'Informationen' von Lebewesen.


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Hoffmann
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Information und Biologie

25.03.2015 um 14:24
subgenius schrieb:aber was für eine Art Information soll schon ein Datensatz meiner Evolutionärenwürmer sein ?
Ich habe gerade mal einen kurzen Durchlauf auf Deinem Blog durchprobiert - es sieht sehr hübsch aus. :)

Den Datensatz hattest Du ja im Vorfeld programmiert - einschließlich der Modalitäten, wie Veränderungen stattfinden und angezeigt werden. Als Zuschauer kann man für sich daraus Informationen bezüglich Farbe, Länge, Anordnung, Bewegungsmuster usw. ableiten. Da die Spielregeln einschließlich des Kontextes bereits feststehen, bewirkt allein die Zufälligkeit der "Mutationen" Variationen im "Verhalten" und im "Aussehen" der Würmer.

Bei Organismen ist das alles komplexer und weniger eindeutig, sowohl was den Kontext wie auch die interne Beschaffenheit betrifft. Das Prinzip der Selektion ist simpel, aber es ist nicht numerisch zu quantifizieren, weil die jeweiligen Selektionsdrücke wiederum das Resultat komplexer Wechselwirkungen sind. Man kann zwar allgemein feststellen, dass pro Elternpaar im Durchschnitt zwei Nachkommen übrig bleiben, wenn die Population langfristig stabil bleibt, aber welche Mutationen sich bei welchem konkret vorliegenden Selektionsdruck als vorteilhaft für die Gesamtpopulation erweisen, lässt sich vorab nicht bestimmen.

Rein theoretisch könnte man pro Generation den Genpool einer Population bestimmen und den Mutationenverlauf rekonstruieren. Da aber die jeweils aktuell gewesenen Selektionsdrücke nicht reproduzierbar sind, lässt sich aus diesem Ablauf keine generalisierende Schlussfolgerung ziehen, die sich aus dem Vorliegen des Mutationen-Musters ergibt. Man hätte dann zwar eine Rekonstruktion der zeitlichen Veränderung der Genom-Sequenzen, käme dann aber doch nur auf die bereits oben erwähnte rein statistische Feststellung, dass eben infolge des Zusammenwirkens von Mutation und Selektion die Populationsgröße im Wesentlichen stabil geblieben ist.

Für einen Beobachter ergibt sich also tatsächlich kein Informationszuwachs, der über die Struktur der gewonnenen Daten hinausgeht.
subgenius schrieb:Das besondere ist das die DNA Information von Lebewesen ist das auch die Gesammtheit der Reproduktion dabei ist.
Ja, wobei Reproduktion sowohl Selbsterhaltung wie auch Fortpflanzung sein kann. Im Zuge der Selbsterhaltung wird seitens des Proteoms auf das Genom zugegriffen (sogenannte "Realisierung der Erbinformation" - also Proteinbiosynthese, wenn man diversen Lehrbüchern der Biologie folgt). In den DNA-Sequenzen sind u.a. auch Proteinsequenzen enthalten, aber eben nicht in der eindeutigen Weise, wie es manchmal immer noch zu lesen ist. Wie ich am Beispiel des alternativen Spleißens erläutert hatte, entscheidet sich erst außerhalb der DNA, ob eine DNA-Sequenz ein bestimmtes Protein "bedeutet" oder eben ein anderes oder noch ein ganz anderes.
subgenius schrieb:Wie ist das mit Viren (biologischen) ?
Das ist auch ein schönes Beispiel. Viren selber tun ja gar nichts. Sie docken an Zellen an, wenn die Hüllproteine zur Struktur der Zellmembran passend sind. Anderenfalls passiert gar nichts. Wenn sie andocken, dann gelangt die DNA (oder RNA bei Retroviren) in das Zellinnere und wird im Rahmen der Proteomaktivität in das Genom der Zelle integriert.

Danach erfolgt genau das, was in einer Zelle immer geschieht: Transkription und Translation (Proteinbiosynthese) - nur, dass die entstehenden Makromoleküle den Zellstoffwechsel nach und nach lahmlegen, weil nun nur noch Viruspartikel produziert werden, die sich von selbst zu kompletten Viren zusammenfügen. Die Zelle wird Opfer des in ihr ablaufenden Automatismus, der - wenn keine gegenläufigen Prozesse ablaufen, die die Virenproduktion hemmen könnten - zum Zerplatzen der Zelle führt, nachdem der Innenraum mit Viren gefüllt ist.

Fremde und neue DNA-Sequenzen führen zu veränderten Proteinen, die ihrerseits das Proteom so strukturieren, dass der Zugriff auf das Genom auf veränderte Art und Weise erfolgt, so dass die Proteinproduktion fast nur noch auf Virusbestandteile hinausläuft. Entscheidend sind hier Konzentrationsgefälle, die einen veränderten Stoffwechsel nach sich ziehen. Dadurch verändern sich die Zugriffsraten auf bestimmte Teile des Genoms, so dass sich das metabolische Fließgleichgewicht auf ein verändertes Level einstellt.

Das Ganze ist jetzt stark vereinfacht dargestellt, aber ich denke, man kann daraus ersehen, dass Information in Bezug auf biologische Prozesse nichts an Erkenntnis hinzufügt, als wenn man auf diesen Begriff verzichten würde.


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Information und Biologie

27.03.2015 um 08:05
Wir sind ja hier in Philosophie. Ich hätte mal ne frage.

Ist es wirklich völlig unmöglich, das zellIinformationen nicht von außen kommen können? Also sprich der ganze evolutionskram nicht das Ergebnis einer zufälligen Selektion ist, sondern gesteuerte prozesse die uns nur zufällig vorkommen.


Dann wären es übrigens Informationen@Hoffmann


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Hoffmann
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27.03.2015 um 14:00
@Aperitif
Aperitif schrieb:Ist es wirklich völlig unmöglich, das zellIinformationen nicht von außen kommen können?
Es gibt keinen Anhaltspunkt dafür, dass da irgendwelche gesteuerten Prozesse abgelaufen sind. Von daher ist das eine müßige Spekulation, die keinerlei Erkenntnisgewinn bringt. Natürlich kann man sich Szenarien ausdenken, wonach so etwas geschehen sein könnte, aber so lange es keine Testmöglichkeit gibt, die das bestätigen und andere Szenarien, wo es ohne solche Prozesse abgelaufen sein könnte, eindeutig ausschließen, ist das alles wertlos, weil nicht überprüfbar.
Aperitif schrieb:Dann wären es übrigens Informationen.
Nein, auch dann nicht, da in der Zelle nichts und niemand informiert wird.


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Information und Biologie

28.03.2015 um 13:58
Interessant, ich habe bis jetzt mein eigenes Verständnis so betrachtet wie eine Maschine, welche aus Sequenzen (Mustererkennung) Informationen gewinnt und nur sehr viel komplexer als ein Computer ist.

Vielleicht hilft dir der Begriff "Verschlüsselt" oder "Komprimiert" weiter, um zu beschreiben wie eine Information in einer Sequenz, zumindest scheinbar, innewohnt.


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Hoffmann
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Information und Biologie

28.03.2015 um 17:27
@MrBananentoast
MrBananentoast schrieb:wie eine Maschine
So etwas ähnliches habe ich mir auch schon einmal einfallen lassen. Ein Lebewesen wäre demnach so zu verstehen wie eine Maschinenfabrik, welche Maschinen herstellt, die die Maschinenfabrik warten und die Maschinenproduktion gewährleisten, indem u.a. abgenutzte Maschinen verschrottet und zur Herstellung neuer Maschinen als Rohstoff verwertet werden usw. usf.
MrBananentoast schrieb:sehr viel komplexer als ein Computer
Ein Computer macht ja selbst nichts anderes außer Elektronenflüsse so zu beeinflussen, dass für einen externen Nutzer z.B. ein verwertbares Bild auf einem Monitor erscheint. Bei einem Lebewesen gibt es aber keinen externen Nutzer, der mit dem, was als Phänotyp wahrnehmbar wird, auf einer Meta-Ebene bestimmte Verwertungen anstellt, die mit dem, was im Organismaus abläuft, nichts zu tun haben.

Als Analogie kann man natürlich die Erscheinungsweise von Sexualpartnern, Fressfeinden oder Futter (Beute) als Informationsverarbeitung beschreiben, die in einem externen Organismus abläuft, aber das läuft zum einen über Neuronen (und damit über Prozesse, die wie in einem Computer mit elektrischen Strömen zu tun haben - Ionenströme) und hat zum anderen nichts mit dem zu tun, was man als "Erbinformation" bezeichnet.
MrBananentoast schrieb:"Verschlüsselt" oder "Komprimiert"
Sicher kann man es z.B. so sehen, dass das Proteom im Genom in komprimierter Form als DNA in Gestalt von Nucleotid-Sequenzen vorliegt, aber wie ich schon beschrieben habe, ist die Art der "Verschlüsselung" nicht eindeutig, sondern kontextabhängig - und damit nicht passfähig zu einer Analogie mit Maschinencode und diversen Programmiersprachen.
MrBananentoast schrieb:zumindest scheinbar
Ja, es ist eine Metapher, die zur Veranschaulichung der in einer Zelle ablaufenden Prozesse herangezogen wird, aber darüber hinaus eine Menge Verwirrung stiftet, wenn man die Metapher für die Realität nimmt, so dass sie sich verselbstständigt. Nach meinem Eindruck hat in den letzten 10 bis 15 Jahren der Gebrauch dieser Metapher stark abgenommen - zumindest liest man immer seltener vom "instruktiven DNA-Code", der die Prozesse in der Zelle "steuert".

Möglicherweise besteht ein Zusammenhang mit dem erfolgreichen Abschluss des Human-Genom-Projects - und der darauf folgenden Einsicht, dass man im "Buch des Lebens" wohl nun doch nicht einfach so darin blättern kann, um den menschlichen Organismus zu verstehen.


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Information und Biologie

28.03.2015 um 17:49
@Hoffmann
Ein (externer) Nutzer ist ebenfalls ein System, welches auf Input Output erzeugt. Der Mensch ist so komplex, dass er Maschinen baut welche nach einem vereinfachten Input/Output Schema ablaufen. Das Zusammenleben von Menschen ist noch komplexer als ein Input/Output Schema. Es ist eher ein System um (eventuell) Zufälle in aufregenden "Epizentren der Komplexität", wie etwa eine Fanbewegung für eine Band, zusammenzubringen.

Eine DNA wie eine CD auszulesen ist sozusagen ganz einfach eine unmenschliche oder vielleicht sogar unwürdige Verwendung für besagte Struktur.

Das stimmt wohl, aber nur wenn man davon ausgeht dass der gesamte Mensch aus der DNA hervorgeht. Die Erfahrungen eines Menschen sind aus meiner Sicht viel wichtiger als die physikalische Form des Körpers und was diese Angeht ist eine DNA "nur" ein Bauplan.


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28.03.2015 um 17:50
WOBEI ich meine Aussage wiederlege wenn es eindeutige Ergebnisse bezüglich genetischer Erinnerung gibt, da diese nun einmal dann die Erfahrungen eines Menschen wären.


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Ratatoskr
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28.03.2015 um 17:56
Bit, Byte, Bitte...?
Hmmm. Wir könnten die Photonen in den Glasfaserkabeln fragen, was sie von "Informationen" halten. Schließlich ist ein Photon ja noch kleiner als Molekülverbände.

"[...] werden die dynamischen Prozesse, die den Genotyp mit dem Phänotyp verbinden, ungeheuer komplex."

"Bei einem Lebewesen gibt es aber keinen externen Nutzer, der mit dem, was als Phänotyp wahrnehmbar wird, auf einer Meta-Ebene bestimmte Verwertungen anstellt, die mit dem, was im Organismaus abläuft, nichts zu tun haben."

"[...] diese Merkmale stehen nicht in der DNA-Sequenz, sondern ergeben sich aus dem Kontext, in den die DNA als Genom gelangt, also insbesondere aus der Struktur des Proteoms der Zygote, welches sukzessive auf bestimmte Teile des Genoms zugreift, um bestimmte Proteine zu erzeugen bzw. zu reproduzieren, die dann in den Gesamtstoffwechsel so eingreifen, dass am Ende ein ontogenetischer Entwicklungsverlauf zustandekommt."

-> Abwesenheit von Information? Oder Abwesenheit von "völligem" Verständnis?
Hinreichendes Verständnis < notwendiges Verständnis.


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Hoffmann
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Information und Biologie

28.03.2015 um 18:44
MrBananentoast schrieb:Die Erfahrungen eines Menschen sind aus meiner Sicht viel wichtiger als die physikalische Form des Körpers und was diese Angeht ist eine DNA "nur" ein Bauplan.
"aus meiner Sicht viel wichtiger" trifft genau den Punkt, um den es bei Information geht - es gibt bestimmte Strukturen (gesprochene oder geschriebene Worte, Sätze, Texte), aus denen wir Informationen über Erfahrungen entnehmen können, weil wir die Sprache per Konvention kennen. Deine eigenen ganz persönlichen Erfahrungen, die Du im Leben gemacht hast, versprachlicht Dein Gehirn, so dass Du die damit einhergehenden Informationen bei Bedarf abrufen kannst. Information ist also etwas, das von einem wahrnehmenden Subjekt generiert wird - auf der Basis von vorhandenen Strukturen.

DNA und Proteine besitzen ebenfalls eine bestimmte Struktur, aus der wir - wenn wir die Struktur wahrnehmen und die Interaktionen, die zwischen DNA und Protein bestehen, kennen - für uns bestimmte Informationen entnehmen können, die wir dann z.B. sprachlich oder bildlich (z.B. als Schemazeichnung oder Animation) darstellen und weitergeben können.

Die Bauplan-Metapher für die DNA-Funktion ist so eine generierte Information, die für uns eine gewisse Plausibilität besitzt, aber dennoch in bezug auf den Zellkontext verfehlt ist, weil der vermeintliche "Bauplan" im Rahmen der Proteom-Aktivität über verschiedenste Wechselwirkungen zeitgleich mit dessen "Umsetzung" überhaupt erst zustandekommt.

Die DNA liefert Vorlagen für Proteine und RNA. Was daraus wird und wie es miteinander wechselwirkt, so dass am Ende bestimmte Merkmale zustandekommen, ist nicht in der DNA festgelegt, sondern ergibt sich aus Abfolge und Umfang der Proteinsynthese, ist also ein Prozess, der sich als Ganzes selbst steuert und nicht durch die DNA gesteuert wird. Ich hatte bereits einen Artikel von Kirsten Schmidt verlinkt. Dort wird das anhand von mehreren Beispielen aus der aktuellen Forschung im Detail gezeigt.
Ratatoskr schrieb:Abwesenheit von Information?
Was die Zelle betrifft, ja. Was wir daraus machen, nachdem wir diese Prozesse erkannt haben, findet auf einer anderen Wirklichkeitsebene statt, die das Gehirn generiert.


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28.03.2015 um 18:55
@Hoffmann
Ja ich verstehe jetzt was du meinst. Die Lebensgeschichte eines Menschen zu lesen weckt nicht die Gefühle dieses Menschen, sondern die Gefühle des Lesers welcher den jenigen über den er ließt nachempfindet, jedoch nicht tatsächlich dessen Empfindungen teilt.

Das ist die Einsamkeit der Schreiber. Was jedoch funktioniert ist ein Witz, bei dem der jenige der ihn hört zunächst die Bedeutung entschlüsseln muss und dafür zwangsweise exakt die selben Gedanken wie der Erzähler des Witzes nachempfindet. Deswegen binden Witze Freunde zusammen oder verletzen beleidigte Leute.


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28.03.2015 um 18:57
Ich würde die DNA nicht als Ausgangspunkt des Prozesses Mensch sehen.


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Ratatoskr
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28.03.2015 um 19:10
@Hoffmann
Nur weil DU als Beobachter nicht alle _notwendigen_ Kenntnisse hast (ich hab sie auch nicht), heißt es nicht, dass es keine Information als solche gibt. Du siehst doch daran, wie sich das Protein entfaltet, dass alle nötigen Informationen vorliegen, um eine spezifische Funktion aufrecht zuerhalten.

Wäre das nicht so, als ob du die Existenz von Atomen in Frage stellst, nur weil du nicht weißt, _warum_ Protonen, Neutronen und Elektronen ein Atom bilden?


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Hoffmann
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28.03.2015 um 20:37
Ratatoskr schrieb:heißt es nicht, dass es keine Information als solche gibt.
Ich denke, das ist der Punkt, um den es hier gehen sollte: Gibt es Information an sich? Ich denke nein.
Ratatoskr schrieb:dass alle nötigen Informationen vorliegen, um eine spezifische Funktion aufrecht zuerhalten.
Du kannst aber die Primärstruktur eines Proteins schlecht einer bestimmten Funktion im Zellkontext eindeutig zuordnen, wenn Du den Zellkontext außer Acht lässt. Die konkrete Faltung eines Proteins in die Tertiärstruktur (die übrigens über Chaperone modifiziert werden kann!) ist zwar eine notwendige Bedingung für die spätere Eignung in einer bestimmten Funktion, aber die konkrete Funktion einer bestimmten Primärsequenz ergibt sich aus dem Zellkontext und liegt nicht in der äquivalenten DNA-Sequenz beschlossen.
Ratatoskr schrieb:Wäre das nicht so, als ob du die Existenz von Atomen in Frage stellst, nur weil du nicht weißt, _warum_ Protonen, Neutronen und Elektronen ein Atom bilden?
Nein keineswegs. Dass Zellen mit ihrem Proteom und ihrem Genom existieren und dass Wechselwirkungen stattfinden, bei denen DNA-Sequenzen die Vorlage bilden für die Entstehung von Proteinen und dass diese Proteine im Zellkontext bestimmte Funktionen ausfüllen, ist evident.

Problematisch erscheintmir nur, dabei "Informationsfluss" als Erklärung heranzuziehen, obwohl es hierbei doch nur um passfähige Molekülstrukturen geht, die infolge ihrer Passform eine organisierte Abfolge von verschiedensten Reaktionszyklen und -netzwerken ermöglichen, ohne dass dabei irgendeine Form von Information generiert und verstanden werden muss, weil die entsprechenden Prozesse von selbst ablaufen.


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28.03.2015 um 20:39
@MrBananentoast
MrBananentoast schrieb:Ich würde die DNA nicht als Ausgangspunkt des Prozesses Mensch sehen.
Nein, dazu gehören immer zwei, also DNA (von Samenzelle und Eizelle) und Proteom der Eizelle.


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28.03.2015 um 20:46
@Hoffmann
Vorallendingen ist ein Mensch nicht nur die biologische Hülle, sondern auch das was dann später in dieser Stattfindet. Und das ist so stark vom Zufall und dem (eventuell eigentlich auch aus Zufall bestimmten) Bewusstsein des Menschen abhängig, dass es nur der Mensch selbst wirklich erfassen kann und selbst dann entgeht dem Menschen ein Teil der Information die sein sprudelnder Körper generiert und in alle Richtungen abstrahlt.^^


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Ratatoskr
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28.03.2015 um 20:56
@Hoffmann
Muss jetzt los, deswegen schreibe ich nur kurz und melde mich dann morgen nochmal:
Also zweifelst du im Endeffekt die Konzeption des "Informationsflusses" an, da wir nicht mit 100%iger Wahrscheinlichkeit die mikro- als auch makroskopischen Auswirkungen des Genoms kennen und bestimmen können?

Aber wenn wir jetzt alle erforderlichen Kenntnisse hätten, sprich, wir denken uns Basensequenzen aus und könnten vorhersagen, wie sie sich entfaltet und in der Zelle/im Zellverband wechselwirkt, dann würdest du den Informationsbegriff eher verwenden?

Es geht jetzt um mein Verständnis zu deinem Problem, wenn wir das haben, ist der Rest nurnoch Philosophie :D

lg und nen schönen Abend


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28.03.2015 um 21:35
@Ratatoskr
Ratatoskr schrieb:... da wir nicht mit 100%iger Wahrscheinlichkeit die mikro- als auch makroskopischen Auswirkungen des Genoms kennen und bestimmen können?
Nein, das ist nicht der Punkt, um den es mir geht. "Informationsfluss" geht in der Zelle schon mal deswegen nicht, weil da nichts ist, was "fließen" kann. Wir haben dort eine Fülle von Wechselwirkungen, die deshalb zustandekommen, weil Moleküle so geformt sind, dass sie miteinander auf eine spezifische Weise miteinander reagieren können. Mit Information hat das aber nicht wirklich etwas zu tun, denn diese stellt ja immer etwas aus einer Struktur abgeleitetes dar, existiert also nicht an sich sondern nur in Bezug auf etwas, was eine Information als solche wahrnehmen und damit generieren kann.

Das heißt also, dass - wenn man sämtliche Wechselwirkungen kennen und damit den Effekt von bestimmten DNA-Sequenzen vorhersagen könnte - wir zwar Informationen für uns gewonnen hätten, aber daraus nicht auf den Zellkontext zurückprojizieren könnten, dass dort ebenfalls Informationen erzeugt und verarbeitet würden, sondern mit Hilfe der gewonnenen Informationen lediglich beschreiben könnten, was dort geschieht.

Ich sehe die Anwendung des Informationsbegriffes auf das Geschehen in der Zelle überflüssiges Konzept an, welches nichts besser erklärt als wenn man auf diese Metaphorik verzichten würde. Wir haben es hier mit spezifischen Strukturen zu tun, die spezifische Wirkungen und - nachfolgend - spezifische Wechselwirkungen bewirken, die in der Folge den gesamten Prozes ausmachen, der die Zelle als Ganzes konstituiert.

"Information" ist dabei überflüssig wie ein Kropf, um den Prozess zu verstehen, auch wenn es zunächst plausibel erscheinen mag, das hier Informationen am Werk sind, die bestimmte Entwicklungsprozesse zuwerke bringen. Das "Problem" entsteht, wenn hierbei vereinfachende Interpretationen entstehen, die dann u.a. kreationistische Ideologen auf den Plan rufen, um mal ein Extrembeispiel anzuführen.

Aber auch wenn wir im wissenschaftlichen Kontext bleiben, ist "Information" problematisch, weil genau genommen redundant und zu Fehldeutungen Anlass gebend, wenn die verschiedenen Gebrauchsformen des Informationsbegriffes wahlweise vermengt werden. Eine Übersicht über diese verschiedenen Gebrauchsformen kann z.B. hier nachlesen:

http://www.capurro.de/infovorl-kap3.htm


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Hoffmann
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28.03.2015 um 21:36
@MrBananentoast

Das hast Du sehr schön ausgedrückt! :) Der Mensch ist mehr als seine Gene.


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Information und Biologie

28.03.2015 um 23:26
Mal angenommen eine zelle die ja aus glaube 13 Bestandteilen besteht würde aber doch extern beeinflusst meinetwegen durch wellen, dann fliest doch Informationen ? Und zwar in der Welle. Die zelle würde doch nur Anweisungen ausführen. Ist das eigentlich korrekt das ne zelle Proteine braucht, diese aber nur durch Proteine entstehen? Wie kamm es dann zum ersten Protein?


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