Lebensentstehung
Der Ursprung irdischen Lebens
Allmählich lichtet sich der Nebel um eines der größten Geheimnisse der Natur. Im Labor wiederholen Forscher die tastenden Schritte, mit denen einst aus unbelebter Materie die ersten Organismen entstanden.
Wie um alles in der Welt soll sich diese Zellmaschinerie, die vorwiegend aus Katalysatoren auf Eiweißbasis besteht, vor rund 3,7 Milliarden Jahren ganz von selbst zusammengebaut haben? Gewiss, unter geeigneten Bedingungen entstehen einige Proteinbausteine, die Aminosäuren, ohne Weiteres aus einfacheren Chemikalien; das haben Stanley L. Miller und Harold C. Urey in den 1950er Jahren an der University of Chicago mit ihren legendären Experimenten nachgewiesen.
Das Paradoxon verschwände allerdings, wenn die ersten Organismen ganz ohne Eiweiße ausgekommen wären. Neue Experimente zeigen, dass Erbmoleküle, die der DNA oder der strukturell nahe verwandten RNA ähneln, spontan hätten entstehen können. Und da solche Moleküle sich unterschiedlich zusammenzufalten und einfache Reaktionen zu katalysieren vermögen, wurden sie vielleicht fähig, sich ohne die Hilfe von Proteinen selbst zu kopieren

Alonso Ricardo, geboren in Cali (Kolumbien), ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Howard Hughes Medical Institute der Harvard University. Derzeit forscht er über selbstreplizierende chemische Systeme.
Jack W. Szostak ist Professor für Genetik an der Harvard Medical School und am Massachusetts General Hospital. Er konstruiert biologische Strukturen im Labor, um auf diese Weise Lebensvorgänge besser zu verstehen. 2009 erhielt Szostak den Medizin-Nobelpreis.
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1. Verbesserungsvorschläge zur Theorie
30.03.2010, Helge Müller, NürnbergMir fiel jedoch auch auf, daß einige Ideen zu diesem Thema, die mir schon lange durch den Kopf schwirren, nicht angesprochen wurden. So frage ich mich nun, ob diese vielleicht neu sind.Vielleicht kann ich ja dazu beitragen, die Theorie zu verbessern und das Rätsel
um die Entstehung des Lebens zu lüften.
Schon seit ich zum ersten Mal vom PCR-Verfahren erfuhr, vermutete ich, daß dieses Verfahren auch bei der Entstehung des Lebens eine extrem wichtige Rolle spielte. Hierdurch muß nämlich nicht der ganze komplexe Mechanismus der Replikation auf einmal entstanden sein. Die ersten
RNA-Moleküle mußten sich nicht selbst vermehren, sondern wurden durch Temperaturschwankungen vermehrt. Die gleiche Idee beschreibt auch der Author im Kasten auf Seite 48/49, wenn er von einer Zirkulation zwischen kalten und warmen Zonen eines Tümpels schreibt. Wenn jedoch auch das dort beschriebene Verfahren nicht völlig auszuschließen ist, so weist es doch meiner Meinung nach ziemliche Schwächen auf.
Ich denke, es geht viel einfacher.
Zunächst zu den Schwächen:Der Tümpel soll einerseits eisgekühlt, andererseits vulkanisch erwärmt werden. So etwas gibt es zwar als Strömung z.B. von der Antarktis zum Äquator, auf kleinem Bereich würde hier aber vermutlich ziemlich schnell ein Temperaturausgleich stattfinden. Zur Lebensentstehung sollten die Bedingungen aber vielleicht schon ein paar tausend Jahre lang weit gehend konstant sein.
(Nicht die Temperatur, aber deren Schwankungen.)
Es dürfte zu jeder Zeit nur recht wenige solche geeignete Kreisläufe gegeben haben, was die Wahrscheinlichkeit
der Lebensentstehung verringert, da ja auch gleichzeitig noch die geeigneten chemischen Substanzen vorhanden sein mußten.
Ein Tümpel erscheint mir generell als erheblich zu groß. Derzeitige Zellen von Bakterien, Pflanzen oder auch des Menschen sind winzig klein. Selbst Nervenzellen, die mehrere Meter lang werden können, besitzen doch einen kleinen Zellkern. Ich glaube, dies ist auch zwingende Voraussetzung für die Entstehung von Leben. Unabhängig davon, ob man die "kybernetische Definition" für die Definition von Leben heranzieht, oder nicht, so ist Rückkopplung jedenfalls für Evolution unabdingbar. Wenn sich nun zufallsbedingt RNA-Stränge bilden, welche
in der Lage sind die PCR zu katalysieren, dann müssen diese auf recht kleinem Raum mit der zu replizierenden RNA
eingeschlossen sein, um eine merkliche Rückkopplung zu erzeugen. Im allerersten Statium waren die RNA-Stücke aber
sicher noch nicht in der Lage, Proteine und damit eine Zellhülle zu erzeugen. Ohne Hülle wären die Moleküle aber selbst in einem sehr kleinem Tümpel viel zu stark vermischt worden.
Nun zu "einfacher":Auf unserer Erde gibt es Tag und Nacht. Hierbei schwankt die Temperatur je nach Breitengrad erheblich. Im Labor führt man PCR heute m. W. bei Temperaturen zwischen etwa 70° und 95° durch. Da heutige Bakterien (trotz Zellhülle)sogar Tiefkühltemperaturen meist problemlos überstehen, ist die untere Temperatur vermutlich relativ unkritisch. Die obere Temperatur wird bei Sonneneinstrahlung auf dunkles Gestein auch mühelos übertroffen. Die Sonneneinstrahlung ist jedoch von Ort zu Ort unterschiedlich (und war es sicherlich auch schon vor Millionen von Jahren). Hieraus folgt geradezu zwangsläufig die Existens von optimalen Zonen. Während die Wissenschaftler im Labor mühsam die optimalen Parameter suchen müssen, führt unsere Erde quasi eine ganze Versuchsreihe parallel mit allen nur erdenklichen Parametern gleichzeitig durch. Falls der 24-Stunden-Tagesrythmus zu langsam erscheint, sei darauf hingewiesen, dass unsere Erde mit ziemlicher Sicherheit vor einigen Millionen Jahren erheblich schneller rotierte. Der Tag dauerte damals nur wenige Stunden. Mit noch nicht vorhandenen oder noch nicht ausgereiften Katalysatoren war diese Zeit sicherlich auch zur Doppelstrangbildung notwendig. Als Ersatz für die anfangs noch nicht vorhandenen Zellhüllen könnte ich mir Vertiefungen im Gestein vorstellen, z.B. die feinen Poren im Bimsstein. Eine solche Oberfläche bietet einerseits die Möglichkeit für eine starke Rückkopplung, ermöglich aber andererseits auch den Austausch und die Verbreitung von evolutionären Errungenschaften.
Außerdem: Auch heute gibt es noch eine sehr verbreitete und keineswegs unbedeutende "Lebensform", die nicht in der Lage ist, sich selbst zu replizieren: die Viren. Sind diese Zeugen für die Entwicklungsschritte bei der Entstehung des Lebens? Wenn sich auch heutige Viren von höher entwickelten Zellen replizieren lassen, so konnten sich einfache Viren früher vermutlich rein durch Temperaturschwankungen vervielfältigen (lassen). Es wäre sicherlich nicht uninteressant, ob dies auch mit heutigen Viren möglich ist. Allerdings stelle ich mir den experimentellen Nachweis nicht leicht vor.
Zur "Panspermie" möchte ich noch anmerken, daß diese nichts erklärt, sondern das Problem, wie Leben entstanden ist, lediglich auf einen anderen Planeten verlagert. Also vergessen wir sie lieber!