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Evolution erklärt, wie Lebewesen im Laufe der Zeit komplexer werden konnten. Aber woher kam eigentlich die erste Lebensform? Mit dieser Frage beschäftigt sich das erste Kapitel meines Buches „Treffen sich zwei Moleküle im Labor“. Vorgestern habe ich dazu meine erste Lesung gehalten und wer möchte, kann sie sogar nachsehen.

Für unterwegs kann man die Audiospur hier downloaden [rechte Maustaste -> „Ziel speichern unter“]

Die RNA-Welt-Hypothese
Eines der gängigsten Erklärungsmodelle für die Entstehung des ersten Lebewesens, ist die RNA-Welt-Hypothese. Sie geht davon aus, dass die erste Lebensform aus nicht viel mehr bestanden hat als aus einer Membran, in der eine Sequenz aus RNA eingeschlossen wurde, die in der Lage war, sich selbst zu kopieren.

RNA unterscheidet sich chemisch kaum von der DNA, die unsere Gene kodiert. Die Erbinformation mancher Viren beseht bis heute aus RNA, zum Beispiel die der Rhinoviren, die uns um diese Jahreszeit gerne mit einem kräftigen Schnupfen segnen. In menschlichen Zellen übernimmt RNA verschiedenste Funktionen. Die Sequenz einzelner Gene wird in RNA umgeschrieben, die daraufhin den Zellkern verlässt und dort die Information zum Aufbau diverser Proteine zur Verfügung stellt. RNA übermittelt aber nicht nur die Information der Gene, sondern schreibt sie höchstpersönlich in Proteine um. Ribosomen, die Bestandteile der Zelle, die Proteine zusammenbasteln, bestehen nämlich selbst aus RNA. Ein wahrer Alleskönner eben, der MacGyver der Makromoleküle. Die RNA-Welt-Hypothese basiert auf der Beobachtung, dass sich aus der vermuteten Zusammensetzung der Ursuppe RNA Moleküle bilden können.

Was hat das mit Leben zu tun?

Dem amerikanischen Biochemiker Gerald Francis Joyce ist es 2009 gelungen, zwei RNA-Stränge herzustellen, die sich gegenseitig vervielfältigten. Für ihr exponentielles Wachstum waren weder Proteine, noch andere Bestandteile heutiger Zellen notwendig. Sie brauchten lediglich eine Ursuppe aus RNA-Bestandteilen, die es ihnen erlaubt hat, sich mit einer Verdopplungszeit von etwa einer Stunde zu vervielfältigen. Die Buchstabenabfolge der beiden RNAs wurde dabei nicht von den Forschern festgelegt, sondern entstand aus einem Evolutionsexperiment, in dem mehrere RNAs im Überlebenskampf miteinander konkurrierten, wobei sich die Buchstabenabfolgen der RNAs im Laufe des Experiments veränderte.

Dass auf diese Art eine primitive, sich selbst vermehrende Zelle in der Ursuppe entstehen konnte, klingt sehr unwahrscheinlich. Ist es auch, man muss aber bedenken, dass die Erde eine unvorstellbar lange Zeitspanne zur Verfügung hatte, um auf einer unvorstellbar großen Oberfläche eine solche Zelle hervorzubringen. In diesem Kontext wird es sehr wahrscheinlich, dass sehr unwahrscheinliche Dinge irgendwo einmal passieren. Wenn man in seiner Ahnenkette weit genug zurückblickt, würde man vielleicht auf vergleichbare, selbstreplizierende RNAs stoßen, die einem erzählen, dass früher alles besser war, als man sich noch selbst vermehren konnte.

Kommentare (13)

  1. #1 Robert
    13. November 2016

    RNA Stränge die sich gegenseitig vervielfältigen…..
    wenn sich das bestätigt, dann wäre das doch ein echter Fortschritt.
    Logisch ist es.
    Wenn sich Quanten verschränken können,
    chemische Reaktionen rückwärts ablaufen können, dann sollte es auch eine Möglichkeit geben , dass sich RNA Stränge nach “Versuch und Irrtum” selbst reproduzieren. Rein mathematisch betrachtet, ist das auch nur eine von vielen Möglichkeiten, wie sich Materie organisiert. Gibt es da schon eine Wahrscheinlichkeitsberechnung, dass eine RNA durch Zufall ensteht?

  2. #2 Jessica
    Kiel
    13. November 2016

    Wenn ein Forscher will das etwas entsteht, ist es dann Zufall oder gewollt?

  3. #3 michanya
    14. November 2016

    … die Mischung machts in der URSUPPE der moleküle – und wenn dann noch der DONNERBLITZ reinfährt – gibt es LEBEN das sich fortpflanzt und fortpflanzt und fortpflanzt …

    seid fruchtbar und vermehret euch – biotec4u

  4. #4 michanya
    14. November 2016

    … oder treffen sich die ZWEI moleküle im labor – das Männlein + das Weiblein – und haben FREUDE am sex – und kamasutra … und reagieren sofort im glas …

    und so fort … biotec4u

  5. #5 roel
    *******
    14. November 2016

    @Martin Moder Absolut interessante Frage, für mich mit die wichtigste Frage, mit der ich mich in letzter Zeit leider zu wenig beschäftigt habe. Jetzt also ein neuer Anlauf.

    Ich kennedas Miller-Urey-Experiment (https://de.wikipedia.org/wiki/Miller-Urey-Experiment). Bei diesem Experiment entstehen in einer Atmosphäre aus Wasser (H2O), Methan (CH4), Ammoniak (NH3), Wasserstoff (H2) und Kohlenstoffmonoxid (CO) mit Hilfe von elektrischen Entladungen organische Moleküle z.B. Aminosäuren.

    Wenn ich jetzt von den entstandenen Stoffen (Ameisensäure, Glycin, Glycolsäure, Alanin, Milchsäure, β-Alanin, Essigsäure, Propionsäure, Iminodiessigsäure, Sarcosin, α-Amino-n-buttersäure, α-Hydroxy-n-buttersäure, Bernsteinsäure, Harnstoff,
    N-Methylharnstoff, 3-Azaadipinsäure, N-Methylalanin, Glutaminsäure, Asparaginsäure, α-Aminoisobuttersäure) ausgehe, gibt es ein Experiment mit dem ich aus diesen Stoffen RNA erzeugen kann? Wenn ja, wie heißt das Experiment?

    Wenn das in deinem Buch beschrieben ist, brauche ich nur die Seitenzahl und du hast einen Käufer mehr. Wenn das in der Audiospur beschrieben ist brauche ich nur die Info dazu.

    • #6 Martin Moder
      14. November 2016

      Hey Roel,

      man konnte experimentell zeigen, dass aus möglichen Bestandteilen der Ursuppe in wenigen Reaktionsschritten Pyrimidinribonukleotide (RNA-Bausteine) gebildet werden können.
      https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19444213?dopt=Abstract

      “Here we show that activated pyrimidine ribonucleotides can be formed in a short sequence … The starting materials for the synthesis-cyanamide, cyanoacetylene, glycolaldehyde, glyceraldehyde and inorganic phosphate-are plausible prebiotic feedstock molecules, and the conditions of the synthesis are consistent with potential early-Earth geochemical models.”

      Im Buch erwähne ich das in einem Nebensatz.

      LG,
      Martin

  6. #7 roel
    *******
    14. November 2016

    @Martin Moder Danke für den Link.

  7. #8 Martin
    14. November 2016

    Das Buch werde ich mir kaufen. Ich hoffe, es ist als eBook erhältlich. Während ich mir eigentlich alles (Ur”knall”, Entstehung von Materie, Energie, Universum, Sterne, Planeten, Relativität, Evolution) so zurecht legen kann, dass ich es zu verstehen glaube, scheiterte ich bisher an der Frage zur Entstehen von Leben. Man hat etwas erst verstanden, wenn man es auch einem aufgeweckten Grundschüler erklären kann.

    • #9 Jessica
      14. November 2016

      Ich befürchte gerade wirklich dass du glaubst es sei alles durch eine große Explosion entstanden so ähnlich wie in Tschernobyl.

    • #10 Martin Moder
      15. November 2016

      Freut mich zu hören, ein Ebook ist erhältlich.
      Wünsche schon mal viel Spaß damit!

  8. #11 Martin
    14. November 2016

    Liebe Jessica, da musst Du nun wirklich keine Angst haben. Erstens bin ich nicht gläubig, und zweitens stelle ich mir eher vor, dass es ein spontanes Auseinanderweichen von Raum und Materie war (rein vorstellungsmässige Analogie: Ölfleckversuch, https://www.youtube.com/watch?v=mawT2ZynJWA). Deshalb habe ich “Knall” ja auch in Anführungszeichen geschrieben.

    • #12 Jessica
      14. November 2016

      Aber was genau soll das beweisen, so etwas ähnliches geht auch mit Spülmittel und Pfeffer.

  9. #13 Martin
    15. November 2016

    Es soll nichts beweisen, es ist nur eine Möglichkeit, sich vorzustellen, wie sich von einem Punkt aus etwas inflationär ausbreiten kann. Am Öfleckversuch finde ich besonders schön, dass es sich kreisförmig ausbreitet, was beim Pfeffer nicht der Fall ist. Es entsteht ein Kreis, und beim Universum ist es wohl eine Kugel. Doch geht es beim kommentierten Artikel ja nicht um das Universum sondern um das Leben. Ich kann mir eben noch kein anschauliches Bild machen, wie es entstanden ist und hoffe, dass mich das Buch von Martin Moder weiter bringt.