Neue Konferenz in Toronto - ja sie existieren
12.05.2006 um 20:03
Nun, ich würde der Streitfrage, ob die Erde der einzige Planet im Universum ist, auf demDNS-Transkriptions bzw. RNS-Translations- und DNS-Replikations- undReproduktionsmechanismen zur Bildung höheren, vom Genotyp her komplexeren Lebens zunächsteinmal mit der Auseinandersetzung begegnen, und zwar über die Höhe der Wahrscheinlichkeitfür die Existenz eines unseren solaren Systems im Sinne der Exzentrität (Aphel- undPerihelentfernung), der Leistungsstärke der Sonne, der Sonnenmasse, sowie derPlanentenanzahl und -bahngegebenheiten, etc. approximiert-similären extrasolaren Systems.
Denn ich bin der Ansicht, dass dies mitunter die Primärvoraussetzungen zurEtablierung erdähnlichen Lebens sind (sei es in seiner Ausprägung zunächst noch soprimitiv). Erst dann kann man über die statistische Warscheinlichkeit zur Bildung vonE.Coli-Bakterien und deren Plasmidzusammensetzung diskutieren.
Fangen wir nun mit derchemischen Evolution (und damit mit den Anfängen des Lebens am Beispiel unserer Erde) an:
1. Zur abiotische Entstehung organischer Moleküle gehen wir von einerUrathmosphäre, bzw. einer Art "Urerde" aus. So nehmen wir nun einmal an, dass sich ebendiese vor etwa 4,5 Mrd Jahren im Rahmen der Entstehung unseres Sonnensystems durchMassenanziehung mittels Gravitationskräften von H2, He und schwereren Elemten aus einerriesigen Gaswolke gebildet hat, die sich allmählich zu einem glutflüssigen Feuerballverdichtete. Die mit der Abkühlung verbundene Sonderung der Stoffe nach ihrer Dichtebewirkte, dass die schwereren Elemente (besonders Fe und Ni) sich vorallem im Erdkernanreicherten, wohingegen die leichteren den Erdmantel bildeten, dessen Oberfläche voretwa vier Mrd Jahren infolge des Abkühlungsprozesse langsam erstarrte. Die erste aus H2,He und anderen Gasen bestehende Uratmosphäre entwich dabei größtenteils in den Weltraum.
2. Eine zweite Uratmosphäre entstand möglicherweise auch als Folge der Tätigkeitvon Vulkanen auf der Erde der Frühzeit. Sie könnte dann neben anderen Elementen imWesentlichen aus H2o (g), H2, N2, CO2, CH4, geringen Mengen von SO2, H2S, HCN,NOX, undvielleicht sogar auch aus einigen niederen Kohlenwasserstoffen bestanden haben. AlsNachweis für diese Vermutung, lässt sich aus der Zusammensetzung der heutigenvulkanischen Gase und der Atmosphäre anderer Planeten erschließen (Nachweis mit z.B.Dopplereffekt, Balmer-Serie, etc.). Ein Großteil an O2 wurde unter den herrschendenBedingungen wohl in oxidischer Form gebunden, sodass diese zweite Atmosphäre kaum freienO2 enthalten konnte und infolge ihrer Zusammensetzung reduzierend gewirkt haben musste.Diese Annahme wird durch den Befund gestützt, dass Eisenerzschichten, die vor circa zweiMrd Jahren von der Erdoberfläche in größere Tiefen verlagert worden sind, das Fe in derOxidationsstufe + II enthalten, z.B. folglich FeO, FeS, FeS2 usw.. Jüngere Eidenerze, dieeiner oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt waren, enthalten das Fe dagegen in den höherenOxidationsstufen + III und +IV. Die kontinuierliche Abkühlung bewirkte auch dieKondensation von H2O (g) und führte so zur Entstehung der Urozeane. Vor allem durch dieFortlaufende Abdiffusion des H2 in den Weltraum veränderte sich die Zusammensetzung derAtmosphäre stetig weiter, sodass man in der Folge auch von einer dritten und von derheutigen als der vierten Atmosphäre spricht.
3. Die in der Uratmosphärebefindlichen abiotischen Moleküle reagieren nun durch elektrische Entladungen zuKohlenstoffoxiden, N2, und mehreren organischen Substanzen. Auch durch andereEnergiequellen (UV-Licht, ionisiernde Strahlen) bilden sich nun weitere organischeMoleküle. Als Konsequenz lösen sich diese in den Urozeanen und es entsteht die allen sobekannte "Ursuppe".
Übrigens bewies dieses Phänomen der Bildung organischerKleinmoleküle und einfacher Biomoleküle der im Jahre 1953 etwa 23-jährige ChemiestudentS.L.Miller durch ein Simulationsexperiment, dass unter den von ihm angenommenenatmosphärischen und energetischen Konditionen der Früherde die abiotische Bildung vonorg. Molekülen möglich ist (auch beaknnt unter der Bezeichnung des Miller-Versuchs): Ineiner einfachen Glasapparatur setzte er ein Konglomerat aus H2, H2O (g), CH4, und NH3 füreinige Stunden elektrischen Entladungen aus. Die Analyse der Reaktionsprodukte ergab,dass sich in mehrstufigen Reaktionen neben Kohlenstoffoxiden und N2 insgesamt 19 ORG.SUBSTANZEN gebildet hatten, darunter allein 6 AS (Aminosäuren), Methansäure, Essigsäure,Milchsäure, Harnstoff usw.. Es ist folglich nicht allzu abwegig und unwahrscheinlich,dass sich unter diesen Bedingungen bereits Kleinmoleküle und erste Biomoleküle bilden.
Wiederum bei einer gewissen Abänderung dieses Versuches mit Beifuhr von UV-Strahlungkam es zum Nachweis der abiotischen Entstehung auch komplizierterer org. Moleküle wiez.B. Ribose, Desoxyribose, Stickstoffbasen (Purin- und Pyrimidinbasen: Adenin, Guanin,Cytosin, Thymin) und sogar des UNIVERSELLEN ENERGIETRÄGERS IN LEBEWESEN, DES ATP(Adenosintriphosphat)!
Hatte man früher angenommen, die abiotische Bildung org.Moleküle aus einfachen Grundstoffen sei in höchstem Maße unwahrscheinlich, so zeigendiese Ergebnisse eindeutig, dass es ganz im Gegenteil unwahrscheinlich wäre, wenn sichsolche Verbindungen unter den Bedingungen der Früherde und des zur Verfügung stehendenlangen Zeitraums nicht (!) in größeren Mengen gebildet hätten!
4. Da dieUV-Belastung der Erde in ihrer Frühzeit eminent hoch war, diese energiereiche Strahlungnicht nur die Bildung neuer Moleküle bewirken, sondern natürlich auch diese ebenso wiederzerstören kann, war eine Anreicherung der neu gebildeten Moleküle folglich nur möglich,wenn sie nach der Bildung der Einwirkung der UV-Strahlung entzogen wurde. Man nimmt an,dass sich in der Atmospähre und den oberen, noch vom UV-Licht durchdrungenenWasserschichten bis zu diesem Zeitpunkte sich so ein dynamisches Gleichgewicht zwischenNeubildung und Zerlegung der org. Moleküle eingestellt hat, die sich dagegen in tieferenWasserschichten in größeren Mengen anreichern konnte.
5. Zur Bildung größererMoleküle musste also die UV-Strahlung eingedämmt werden: Der sogenannte Urey-Effektbewirkt die Photolyse des Wassers. Von den zwei Produkten (H2 und O2) verflüchtigt sichder H2, wohingegen sich der schwerere O2 anreichert (in der Atmosphäre). Es kommt nun zueinem signifikanten Rückkopplungsmechanismus. Je höher die Intensität der UV-Strahlungist, desto höher ist automatisch auch die Konzentration des O2 in der Atmosphäre (ausProzess der Photolyse). Jedoch verfügt der O2 über die Funktion der UV-Absorption; auchdie Wahrscheinlichkeit zur Bildung des hochabsorbierenden O3 wird dadurch höher. Somitpendelt sich eine relativ konstante O2-Konzentration von 0,1 % ein. In der Folge konntensich die UV-empfindlichen Proteine und Nukleinsäuren in oberflächennahenGewässerschichten anreichern.
6. Die Bildung eiweißähnlicher Stoffe, alsogrößerer Biomoleküle (Makromeoleküle) konnte im Jahre 1965 S.W. Fox zeigen. In seinemVersuch erhitzte er eine trockene Mischung verschiedener AS für einige Stunden aufTemperaturen um die 170° C und erhielt verschiedene Polypeptide aus bis zu 20 AS. Somitbewies er die abiotische Verknüpfung von AS zu eiweißähnlichen Makromolekülen. DieseProdukte ließen sich durch eiweißspezifische Enzyme (Proteasen) spalten (stellen auchNährsubstanz für Bakterien dar). In Anwesenheit von H3PO4, Polyphosphaten oder einfachLavagestein gelangen nun solche Verknüpfungen auch bei niedrigeren Temperaturen, wobeisogar Ketten bis zu 100 AS entstanden! Fox selbst nannte sie soweit ich weiß"Proteinoide".
7. Die Bildung von Polynucleotiden aus bis zu 200 Bausteinengelangte G. Schramm 1962 durch Erhitzen einer Mischung aus Nucleotiden und Phosphaten.Von großer Bedeutung war dabei der Befund, dass die bloße Anwesenheit von solchensynthetischen Nucleotidsträngen die Bildung weiterer, aber nun komplementärerPolynucleotidstränge stark begünstigte und so eine Art "Syntheselawine" in Gang setzte.
--> Die abiotische Entstehung essentieller Makromoleküle in der Frühzeit der Erdeerscheint daher als sehr wahrscheinlich.
8. Nun zur Selbstreproduktion vonProteinen: Eins ist grundsätzlich klar, dass Proteine aufgrund ihres Aufbaus im Gegensatzzu Polynucleotiden nicht geeignet sind, sich durch oben-genannte Matrizenmechanismenkomplementär zu reproduzieren. Sie können jedoch als Enzyme fungieren und die Synthesebzw. Veränderung von anderen Proteinen katalysieren, die dann ihrerseits wiederkatalytisch aktiv werden und auf andere Proteine einwirken können. Wenn nun nach einigenderartigen Katalyseschritten das Endprodukt wiederum auf das Ausgangsprotein einwirkt,entsteht eine Art "autokatalytisches System", das die Fähigkeit zur Sebstreproduktioninne hat. Ein solches System könnte jedoch nicht mutieren, denn die Veränderung einesProteins hätte nur zur Folge, dass die katalytisierte Reaktion schneller, langsamer oderüberhaupt nicht mehr abläuft (da es sich nur u Proteine handelt). Die an derReaktionskette beteiligten Stoffe werden also entweder in alter Form weiter oderüberhaupt nicht mehr gebildet!
9. Wesentlich effektiver ist also dieReproduktion von Polynucleotiden unter der katalytischen Mitwirkung von Proteinen.Hierbei beschränkt sich nun die Funktion der Polynucleotide auf die Speicherung vonInformation über den Aufbau sowohl weiterer Polynucleotidmoleküle als auch von Proteinen.Verbindet man aber jetzt gedanklich mehrere solche selbst reproduzierende Protein- undPolynucleotidsysteme miteinander, so erhält man ein Gefüge, welches Informationsmoleküleund katalytisch wirksame Moleküle nebeneinander enthält. Es entstehen sodann"kooperative" Systeme, welche in der Lage sind sich selbst zu stabilisieren, wodurch inHyperzyklen Wechselwirkungen zwischen Polynucleotiden und Polypeptiden zu einergegenseitigen Ergänzung führen. Kommt nun druch Zufall ein weiteres Polymer hinzu, sokonnte diesen den zyklischen Przess entweder verstärken oder es hatte keinen Einfluss. Jeumfangreicher der vorhandene Hyperzyklus ist, desto leichter kann folglich ein weitererReplikationszyklus eingebaut werden, wodurch es zu einer Erhöhung derWachstumsgeschwindigkeit kommen kann! Somit konnten sich manche Hyperzyklen gegenüberandern evolutionshistorisch durchsetzen (in ihrer Fähigeit wichtige Makromoleküle zurEigenproduktion besonders rasch zu synthetisieren). Es ergibt sich somit einevolutionsfähiges System!
Von diesen Punkten her lässt sich also ableiten,dass es durchaus wahrscheinlich ist, dass einzig unter der Bedingungen derErdähnlichkeit, es zur evolutionären Entwicklung von höheren Organismen ausSelbstreproduktion kommen kann!
Ergo würde ich eher davon ausgehen, dass dieWahrscheinlichkeit für die Existenz erdähnlicher Sonnen- bzw. Planetensysteme mehr inBetracht gezogen werden muss, als die Wahrscheinlichkeit, dass durch(Selbst-)Reproduktionsmechanismen komplexere Strukturen entstehen.
Der Schritt zuintelligentem Leben ist dann nur noch eine Frage (um es mal salopp auszudrücken), derzunehmenden Organisation von Mikrosphären bzw. Protobionten zu komplexeren Urlebewesenusw..
