Die Entstehung des Lebens

[Dannyboy]

In Science wurden kürzlich Forschungsergebnisse zu synthetischen Polynucleotide, die mit DNA und RNA verwandt sind, aber andersartige "Rüchgrate" aufweisen, sogenannte XNAs, veröffentlicht.
Synthetic Genetic Polymers Capable of Heredity and Evolution
Strange cousins: Molecular alternatives to DNA, RNA offer new insight into life’s origins
Erbgut-Experiment: Forscher erschaffen künstliche DNA-Alternativen - SPIEGEL ONLINE

Interessant ist, dass diese Moleküle ebenso zu darwinischer Evolution und Informationstransfer fähig sind.
Vorstellbar wäre, das simple XNAs Vorläufer von RNA und DNA in der chemischen Evolution darstellten.
Das eröffnet zusätzliche Optionen zur Entstehung des Lebens.

Faszinierend ist aber auch die Herstellung dieser Moleküle. Da man zur Polymerisation Polymerase-Enzyme benötigt, die es in der Natur nicht gibt, musste man sie erst entwickeln.
Dummerweise gibt es keine intelligenten Designer, die in der Lage wären, Enzyme mit gewünschten Eigenschaften herzustellen.
Aber die cleveren Forscher haben sich einfach der Methoden der natürlichen Evolution bedient und mit in-vitro-Selektionsverfahren sich der Fähigkeit der Selbstorganisation bedient.

[Trionidas]

Leider kann ich mit den diesbzgl. Fachausdrücken nichts anfangen. Wenn ich oft so Berichte sehe oder Artikel lese dann kommt mir vor als wenn man davon ausgeht das Leben letztlich nur so entstehen kann wie auf der Erde es passiert ist (Wasser usw..).

Ist es denn völlig auszuschließen das Leben nicht auch unter ganz anderen Voraussetzungen irgendwo entstehen kann?

[Dannyboy]

Es geht darum, dass man Moleküle schafft, die ähnlich wie DNA ist, aber eben doch anders sind. Damit kann man zeigen, dass das Leben auf der Erde nicht zwingend mit DNA oder RNA angefangen haben muss, sondern vielleicht ja mit einer simpleren Alternative. Das ist insofern ganz interessant, weil es immer auch ein wenig schwierig war, die Entstehung großer RNA oder DNA-Moleküle auf der unbelebten Erde zu erklären. Das kann man damit zwar auch nicht, aber die Chancen steigen ja, wenn man eine größere Auswahl hat.


Es geht aber eigentlich nicht primär darum, die Ursprünge des Lebens auf der Erde zu erforschen. Das ist hier nur eine Nebensache.
Das ist hier eher Grundlagenforschung, die vielleicht einmal medizinische und technische Anwendungen finden kann. XNAs können mit DNA und RNA interagieren, werden aber nicht von normalen Enzymen zerstört.

Zur Frage: Leben bedeutet lokale Ordnung durch Aufrechterhalten eines permanenten Ungleichgewichts.

Wasser fließt bergab, aber mit dem herabströmenden Wasser könnte man ein Mühlrad antreiben. Im Kräfteungleichgewicht dreht sich das Mühlrad. Das kann dann etwas weniger Wasser den Berg auch wieder herauf pumpen.

Das heißt, jedes Leben muss in der Lage sein, Entropie / Unordnung nach außen abzugeben.
Dazu braucht es ein geeignetes Medium. Außerdem braucht es eine selektiv durchlässige Barriere zwischen Innen und Außen, damit der innere Ordnungszustand aufrecht erhalten werden kann. Drittens benötigt es einen flexiblen Informationsspeicher.
Außerdem müssen die Prozesse in akzeptabler Geschwindigkeit geschehen.
Fünftens müssen die Prozesse kontrollierbar sein.

Schwer vorstellbar, das diese Bedingungen auf ganz andere Art erfüllbar sein könnten.

[Marschall Q]

Auf Arte lief eine sehr interessante Doku über künstlich geschaffenes Leben. Dort wird erzählt, wie Wissenschaftler daran arbeiten, eine komplett künstliche DNA zu schaffen, was teilweise bereits gelungen ist. Dieses Beschäftigungsfeld heisst "syntetische Biologie".
Hier kann man sie sich noch bis nächsten Donnerstag gratis ansehen: Leben aus dem Labor - videos.arte.tv

[Dannyboy]

Die synthetische Biologie hat das Potenzial einer echten Zukunftstechnologie. Die Produktion chemischer Grundprodukte kann durch maßgeschneiderte Organismen enorm verbessert werden.

[Dannyboy]

In einer Nature-Veröffentlichung haben Shanan Peters und Robert Gaines eine interessante Erklärung für die kambrische Explosion geliefert. Sie weisen massive Verwitterung und Erosion nach, die die Ozeane mit Ionen wie Ca^2+ fluteten. Die Mengen konnten für die präkambrischen Lebensformen toxisch sein, aber als Antwort entwickelten Lebensformen Wege, diese Mineralstoffe durch Biomineralisation zu entfernen. Aber nachdem die Lebensformen erst einmal gelernt hatten, Biominerale zu bilden, konnte die Evolution mit diesen Strukturen experimentieren und daraus Zähne, Schalen und SKelettstrukturen entwickeln.
Damit entstanden ganz neue Räuber-Beute-Beziehungen, ganz neuer Selektionsdruck und wohl auch beschleunigte Evolution.
Außerdem waren die Bedingungen für die Fossilbildung viel besser, als in den Zeiten davor.

[Spocky]

Die Erosion setzte aber nicht spontan ein, auf jeden Fall nicht schnell genug, um die kambrische Explosion zu erklären.

In meinem Studium hab ich mal gehört, dass erst ab einem bestimmten Sauerstoffpartialdruck möglich gewesen sein soll, dass diese Stoffe aushärten, aber näher damit beschäftigt hab ich mich noch nicht.

[Dannyboy]

Die Erosion setzte aber nicht spontan ein, auf jeden Fall nicht schnell genug, um die kambrische Explosion zu erklären.

Warum sollte die Erosion spontan einsetzen? Es reicht doch, wenn die Erosion zu bestimmten Zeiten besonders mineralstoffreiche Gesteinsschichten frei setzt.
Und zu schnell darf es ja auch nicht geschehen.

In meinem Studium hab ich mal gehört, dass erst ab einem bestimmten Sauerstoffpartialdruck möglich gewesen sein soll, dass diese Stoffe aushärten, aber näher damit beschäftigt hab ich mich noch nicht.

Vielleicht meinst du da die Entstehung von Kollagen, als wichtigen Bestandteil tierischen Bindegewebe. Das benötigt relativ viel Sauerstoff.

[Zoi-Abblawoi]

Die Erosion setzte aber nicht spontan ein, auf jeden Fall nicht schnell genug, um die kambrische Explosion zu erklären.

In meinem Studium hab ich mal gehört, dass erst ab einem bestimmten Sauerstoffpartialdruck möglich gewesen sein soll, dass diese Stoffe aushärten, aber näher damit beschäftigt hab ich mich noch nicht.

Die sogenannte "kambrische Explosion" hat es gar nicht gegeben.
Früher ging man nur davon aus, dass es zu einer "Explosion" komplexen Lebens kam, da sich Schalentiere besser konservierten als Weichtiere.
Seit der Entdeckung der Ediacara-Fauna ? Wikipedia ist das Bild dahingehend relativiert worden, dass es eine große Anzahl an Arten gab, die nur kaum erhalten geblieben sind.

@Thema

Einige Biochemiker gehen heute mittlerweile nicht mehr davon aus, dass Aminosäuren den Kern der Entstehung des Lebens gebildet haben, sondern dass die Liposomen (z.Bsp. hier: http://www.scilogs.de/wblogs/blog/fi...tic-aminoacids ) dem Bilden und Ansammeln der Moleküle vorgeschaltet waren.

[Spocky]

Vielleicht meinst du da die Entstehung von Kollagen, als wichtigen Bestandteil tierischen Bindegewebe. Das benötigt relativ viel Sauerstoff.

Richtig, das wars

Die sogenannte "kambrische Explosion" hat es gar nicht gegeben.
Früher ging man nur davon aus, dass es zu einer "Explosion" komplexen Lebens kam, da sich Schalentiere besser konservierten als Weichtiere.
Seit der Entdeckung der Ediacara-Fauna ? Wikipedia ist das Bild dahingehend relativiert worden, dass es eine große Anzahl an Arten gab, die nur kaum erhalten geblieben sind.

Das ist richtig, ich hab mal einen Bericht gelesen, in dem man genetische Uhren verglichen hat und zu dem Schluss kam, dass sich die meisten Stämme, die im Kambrium vorhanden waren, bereits früher voneinander getrennt haben.

[Dannyboy]

Die sogenannte "kambrische Explosion" hat es gar nicht gegeben.
Früher ging man nur davon aus, dass es zu einer "Explosion" komplexen Lebens kam, da sich Schalentiere besser konservierten als Weichtiere.
Seit der Entdeckung der Ediacara-Fauna ? Wikipedia ist das Bild dahingehend relativiert worden, dass es eine große Anzahl an Arten gab, die nur kaum erhalten geblieben sind.

Klar. Das naive Bild der kambrischen Explosion stimmt sicher nicht. Aber wir könnten schon eine Phase beschelunigter Evolution vermuten, die mit der Bildung von Biomineralien und der Etablierung von Räuber-Beute-Beziehungen zutun hatte.

Die Ediacara-Fauna hatte dahin gehend ein ziemlich langweiliges Leben und der evolutionäre Druck war sicher geringer, solange man sein Leben damit verbringen konnte, das Wasser zu filtrieren.

Als es dann plötzlich hieß, Fressen und Gefressen werden, änderte sich die Dynamik fundamental.

Außerdem war die Bedingung für die Entstehung von Fossilien im Kambrium viel besser.

Einige Biochemiker gehen heute mittlerweile nicht mehr davon aus, dass Aminosäuren den Kern der Entstehung des Lebens gebildet haben, sondern dass die Liposomen (z.Bsp. hier: http://www.scilogs.de/wblogs/blog/fi...tic-aminoacids ) dem Bilden und Ansammeln der Moleküle vorgeschaltet waren.

Jack Szostak zum Beispiel.

Jack Szostak Part 1

[Spocky]

Als es dann plötzlich hieß, Fressen und Gefressen werden, änderte sich die Dynamik fundamental.

Außerdem war die Bedingung für die Entstehung von Fossilien im Kambrium viel besser.

Jo und das Aufkommen von Hartteilen ermöglichte ja auch die Entstehung von Zähnen, schon deshalb war es mit dem Fressen leichter.

Ob die Entstehung von Fossilien generell leichter war, das mag mal dahingestellt bleiben. Die Hartteile an sich machten ja schon vieles einfacher. Die Ablagrungsbedingungen des Burgess Shale (fossiler Abhang) waren ja an sich schon ein sehr großer Zufall. Die Entstehung der Chengjiang-Formation, die ja noch bedeutender ist, ist von ihrer Entstehungsform nicht ganz so zufällig, aber von Vorteil für die Ablagerung war sicher, dass es sich um ein sehr flaches Meer handelte und eine rasche Überdeckung durch Turbidite möglich war.

Wenn man ähnlich spezielle Bedingungen auch im späten Proterozoikum auffinden würde, dann würde möglicherweise so einiges in der Evolution der Stämme umgeschrieben werden müssen.

[Amelissan]

Ich möchte mal mit einer Frage eine andere Richtung der Diskussion anregen:

Kann mir hier jemand aus der Biologiefraktion vllcht etwas dazu sagen, inwiefern man etwas darüber weiss, ob die natürliche Radioaktivität der Erde tatsächlich zu erhöhten Mutations- und "Evolutionsraten" geführt haben könnte? ( wie z.B. in Asimovs "Robots and Empire" und Heinleins "Starship Troopers" beschrieben )

In letzterem Buch wird es ja als Faktum dargestellt, dass von Planeten mit geringer natürlicher Radioativität stammende Lebewesen in offenem Wettkampf mit solchen z.B. von der Erde keine Chance hätten, da die "wenig bestrahlten" Lebewesen zu langsam Spezialisierungen ausgebildet hätten und prinzipiell primitiv bleiben.

Das klingt auf den ersten Blick ja einleuchtend, aber im Lichte von möglicher Krebsbildung etc. bräuchte man da sehr fein abgestimmte Dosen von Strahlung...

Desweiteren: Gibt es weitere Umwelteinflüsse, die Mutationsraten in Zellen verändern können?

[Mondkalb]

Es gibt jede Menge Chemikalien, die das Erbgut verändern können. Die meisten davon haben wir aber wohl selbst gemacht. ^^

Wieviele davon natürlich vorkommen, weiß ich nicht.

[Noir]

Das klingt auf den ersten Blick ja einleuchtend, aber im Lichte von möglicher Krebsbildung etc. bräuchte man da sehr fein abgestimmte Dosen von Strahlung...

Ich bin zwar kein Biologe, sondern nur ein interessierter Laie, aber ich würde sagen: Nicht zwangsläufig, da sich die Lebewesen mit der Zeit an die natürlich vorkommende Radioaktivität anpassen und die Evolution Mittel und Wege findet, wie der Organismus die entstandenen Schäden wieder ausgleicht. Die, die besser angepasst sind und besser mit der Radioaktivität umzugehen "lernen", überleben und geben diese Anpassung an ihre Nachkommen weiter, die anderen sterben aus.