Wahrscheinlichkeit und Einzigartigkeit von Leben

[Mahananda]

Hallo Dgoe,

Dann hat er aber vielleicht nicht gleich alle 20-23 kodiert, sondern nur viel weniger, mit dementsprechend mehr Doppelbelegungen (X-Fachbelegungen)? Kann doch sein!?

War wohl auch so. Darauf deuten die Vierfach-Redundanzen hin, bei denen die dritte Base im Triplett bedeutungslos ist (z.B. das GGX-Triplett für Glycin, das GCX-Triplett für Alanin, das GUX-Triplett für Valin oder das CCX-Triplett für Prolin). Man kann also annehmen, dass eine Vorläuferform des Codes zweibasig mit Komma gewesen ist. Aus stereochemischen Gründen lagerten sich zwar Tripletts an die mRNA an, aber es wurden nur maximal 15 Aminosäuren codiert. Das UAX-Triplett war möglicherweise das Stop-Codon, wurde aber später z.T. mit Tyrosin belegt.

Noch frühere Vorstufen waren möglicherweise sogar nur in der mittleren Base eindeutig belegt (hydrophobe Aminosäuren bei den Pyrimidinen U und C sowie hydrophile Aminosäuren bei den Purinen A und G), während die erste Base ein gewisses Spektrum an verfügbaren Aminosäuren eingrenzte. Aber wie sehr man sich hier auch rückwärts bewegen mag, um die Detailliertheit des ersten genetischen Codes zu vereinfachen - die "Bombe" der notwendigen Komplexität für die Entstehung der Translation wird dadurch nicht entschärft ...

Viele Grüße!

 

[Dgoe]

Hallo Mahananda,

... aber es wurden nur maximal 15 Aminosäuren codiert.

Start + Stop-Codon mach 2 und 16 - 2 = 14

Stereochemisch hört sich gut an, wären also von vornherein 64 Möglichkeiten gewesen, wenn jetzt nicht missverstanden! ? Wurde also gleich mit Kanonen auf Spatzen geschossen... oder anders formuliert: direkt ausbaufähig angelegt.

Nun ja, die Translation, puhh...
Könnte sie ursprünglich auch direkt mit speziellen Proteinen funktioniert haben, ohne RNAs? - jetzt bitte nicht steinigen...

Gruß,
Dgoe

 

[Mahananda]

Hallo Dgoe,

Das Startcodon ist identisch mit einer codierten Aminosäure - im Standardcode ist das Methionin - und legt im translatierten Polypeptid die erste Aminosäure fest. Da manchmal noch danach modifiziert wird, (posttranslationale Modifizierung - manchmal auch Editierung genannt) findet sich nicht in jedem Protein diese Aminosäure als Kettenanfang. Also muss man vom Maximum an Belegungsmöglichkeiten lediglich eine unbelegte Position abziehen, da diese dann als Stopcodon fungiert. Folglich 16 - 1 = 15.

wären also von vornherein 64 Möglichkeiten gewesen, ...

Ja. 4^3 = 64 belegungsfähige Tripletts.

Könnte sie ursprünglich auch direkt mit speziellen Proteinen funktioniert haben, ohne RNAs?

Nein, das geht nicht, denn die RNA's ermöglichen ja die Zuordnung von Basentripletts zu bestimmten Aminosäuren. Aminosäuren bzw. Proteine können keine komplementäre Basenpaarung bilden, so dass diese Möglichkeit einer direkten Translation entfällt.

Viele Grüße!

 

[Dgoe]

Hallo Mahananda,

ach so, ja, dass dort 'met' steht, statt 'start' hatte mich auf einer Grafik schon einmal verwirrt. Eine schöne Animation habe ich übrigens hier dazu entdeckt.

Also, das Ribosom wandert den Strang entlang, bis sich die Startsequenz findet, was dann die Prozedur in gang setzt. Nur woher weiß der Vorgang welches beladene tRNA gerade dran ist? Davon werden ja unzählige als Vorrat benötigt, in 20 verschiedenen Ausführungen. Probieren die es einfach durch, bis es passt? Wird dabei ausgesiebt? Denn wenn nicht, könnten z.B. 50 Gleiche hintereinander drankommen, bevor eines der 19 anderen zufällig dran ist. Das kann ja ewig dauern...

Das Start-Codon ist bestimmt auch noch deswegen interessant, weil es von allen Codons bestimmt am Meisten mit den Anfängen zu tun hat, stelle ich mir vor. Doch logisch oder? Man vergleiche die Begriffe 'Start' und "Anfänge" alleine.

Darf man sich zu den Ingredienzien der 'Ursuppe' vor der Translation dann auch Gebilde vorstellen, die so einem Stück Code ähneln, nur ohne Sinn und Zweck noch? Haben sich zufällig so verbunden, nur gab es die ganzen Prozeduren noch nicht?

Gruß,
Dgoe

 

[Mahananda]

Hallo Dgoe,

Also, das Ribosom wandert den Strang entlang, bis sich die Startsequenz findet, was dann die Prozedur in gang setzt.

Nein, anders. Die kleine Untereinheit verbindet sich mit der Startsequenz der mRNA (unter Beteiligung von Proteinen = Initiationsfaktoren bzw. IF-Proteine) und danach erst erfolgt die Verbindung mit der großen Untereinheit. Anschaulich dargestellt ist das hier. Das Prozedere ist also um einiges komplexer.

Nur woher weiß der Vorgang welches beladene tRNA gerade dran ist?

Das ergibt sich über die Basenpaarung der Tripletts. Nicht passende tRNA's können nicht andocken. Und eine repräsentative Auswahl an verfügbaren tRNA's ist im Umfeld des Ribosoms ständig präsent, so dass die Wartezeit bis zum Passenden nicht arg lang wird.

Das Start-Codon ist bestimmt auch noch deswegen interessant, weil es von allen Codons bestimmt am Meisten mit den Anfängen zu tun hat, ...

Das muss nicht so sein, denn Methionin ist wegen seiner Bedeutung für Transmethylierungen relevant (Übertragung von Methylgruppen -CH3 auf andere Moleküle). Und Methylierte Moleküle sind weniger anfällig für Zerstörung durch Hydrolyse als nicht methylierte. Von daher kann es sich auch um eine selektiv vorteilhafte Variante handeln, die sich im Zuge der Evolution der Translation durchgesetzt hat. Andererseits ist Methionin schwefelhaltig, stellt einen Thioether dar und könnte ein Relikt der hypothetischen Thioether-Welt sein, die von de Duve entworfen wurde. Und dann wäre Methionin tatsächlich sehr alt ...

... Gebilde vorstellen, die so einem Stück Code ähneln, nur ohne Sinn und Zweck noch?

Ja selbstverständlich. Solche RNA-Stränge mit Zufalls-Sequenzen könnten später nach dem Einsetzen der Translation Bedeutung gewonnen haben bei der Entstehung der späteren Protein-Domänen. Koonin bezeichnet das als "Protein-Big-Bang" - also die explosionsartige Entstehung einer großen Vielfalt unterschiedlicher Sequenzen, die später im Zuge der Evolution im Hinblick auf Funktionalität optimiert wurden.

Viele Grüße!

 

[Dgoe]

Hallo Mahananda,

na gut, das Ribosom fängt mit einem kleineren Teil an, eine Stelle zu finden, wo es erst Sinn macht, dass der größere Rest dazu kommt - welcher sich ja aber auch nicht ganz aus dem Off herteleportiert dann, sondern sicherlicht nicht allzu weit weg war, nahebei bereit stand.

Der Link stellt tatsächlich dar, was Du ansprichst - meine Kritik auch nicht an Dich - aber unter "anschaulich dargestellt" stelle ich mir etwas anderes vor! Da juckt es in den Fingern...

Das ergibt sich über die Basenpaarung der Tripletts. Nicht passende tRNA's können nicht andocken. Und eine repräsentative Auswahl an verfügbaren tRNA's ist im Umfeld des Ribosoms ständig präsent, so dass die Wartezeit bis zum Passenden nicht arg lang wird.

Daran dass es funktioniert, besteht kaum, besser keinerlei Zweifel.
Aber wie genau, noch genauer, halt. Wie geschieht die zielgerichtete Bewegung irgendwo hin, interessiert mich, sogar nicht nur in diesem Fall, dauernd. Bei der Transkription sind ja wenigstens Kandidaten von nur vier unterschiedlichen Sorten im Orbit, aber auch dort stelle ich es mir schon nicht einfach vor, bzw. langsam, wenn sich da permanent der Falsche bewirbt immer wieder, bevor es weitergeht.

Erst recht bei der Translation, da sind beispielsweise gerade 100 Stück von jeder Sorte vor Ort, bei 20 Sorten, macht 2000 Kandidaten. Nur 100 passen dann (pro Schritt). Im schlechtesten Fall wartet man also 901 Mal ab, bevor es nur ein Triplett weitergeht!

Und jetzt erst kommt's: Wieso manövrieren sie sich überhaupt dort hin? Alle oben genannten Kandidaten, sowie auch das Ribosom ebenso, könnten doch einfach sagen: Nö. Ich geh nirgendwo hin, ich bleib hier wo ich bin. Keine Lust, erst mal Gehaltserhöhung...

Was bewegt die denn dazu?

Ich finde das essentiell wichtig (auch topic), einleuchtend ist sonst so gut wie gar nix. Überall wird der Ablauf beschrieben, ohne ein Wort über das oben Angesprochene zu verlieren.

Gruß,
Dgoe

 

[Dgoe]

Das muss nicht so sein, denn Methionin ist ...

Mir ist aufgefallen, dass es bei manchen Organismen noch ein anderes Start-Codon gibt. Was dann 2 wären - wieder total interessant welche Gemeinsamkeiten es da gibt, chemisch. Und darüber hinaus...

Überhaupt sind absolut alle Ausnahmen vom Standard (vom Durchschnitt) ja potentiell indizienhaft, um ein besseres Bild der Anfänge zu gewinnen.

Da gibt es aber noch etwas, was mir aufgefallen ist und auch recht vielsagend, mMn, obwohl es anscheinend als total normal aufgefasst wird:
Die Codierungen für "ein und die selbe Sache" unterscheiden sich über etliche Tripletts hinweg und zwar je mehr, desto weniger verwandt die Art. Beipielsweise der Code für Hämoglobin. Der ist beim Pferd anders.
Vielleicht missverstanden... ich glaube aber nicht.

Ja guuut, ein Pferd sieht idR ja auch anders aus, als ein Mensch, zum Beispiel... wen wundert es, dass da der Bauplan ebenso abweicht, Unterschiede im Code zu finden sind.
Aber es ist auch ein Landbewohner, ein Säugetier. Bei den Codes zu den Beinen oder der Kopfform, dem Gehin, etc. sind Unterschiede zu erwarten, aber doch nicht bei den mikroskopischen Grundbausteinen - die allerkleinsten (wie weiter oben) aussen vor, die sind gleich.

Ja aber, das heißt doch, dass es alles wahnsinnig flexibel ist. Also superflexibel. Mann kann damit bauen was man will, funktioniert immer - 'ne Zeit lang.

Das hat auch Rückwirkungen auf die (meine) Betrachtung der Anfänge. Nur jetzt nicht direkt zur Translation, aber immerhin.

könnte ein Relikt der hypothetischen Thioether-Welt sein, die von de Duve entworfen wurde. Und dann wäre Methionin tatsächlich sehr alt ...

Spannend, thx for sharing.

Ja selbstverständlich. Solche RNA-Stränge mit Zufalls-Sequenzen ...

Juhuu. Bingo. Das ganze Zeug war also da, nicht nur Aminosäuren und Nukleinsäuren und sonst so Bausteinchen einfach, nein, auch fetter. Da schwomm Ribosom, tRNA, Basenstränge, bestimmt auch Doppelhelix, alles mögliche rum, ohne etwas miteinander anfangen zu können, noch.

Na komm, für mich ist die die Translation zwar noch scharf, aber längst nicht mehr sooo.
Wenn Du mir noch bitte bitte erklären magst, was die Einzelteile motiviert zueinander zu finden (s. o.), dann ist dies mMn ein Mitbestandteil. Weil sonst: Jo, schwommen so rum, heute wie damals, uns hätte es nie gegeben.

... könnten später nach dem Einsetzen der Translation Bedeutung gewonnen haben bei der Entstehung der späteren Protein-Domänen.

Ach, klar dass die Translation dann mit Proteinen weiterexplodiert, aber Dreh- und Angelpunkt ist und bleibt sie selber, egal wie euphorisch ich mich gerade äussere.

Gruß,
Dgoe

 

[Mahananda]

Hallo Dgoe,

Wieso manövrieren sie sich überhaupt dort hin?

Sie werden in unmittelbarer Nähe zum Ribosom beladen und trudeln dann infolge der ständigen Stöße zwischen dem Molekülgedrängel zum Ribosom hin, wo sie dann zur A-Stelle gelangen. Nur die, die andocken können, bleiben dann dort, weil die Wasserstoffbrücken zwischen Codon und Anticodon die beladene tRNA fixieren. Beim Ausbleiben der Fixierung werden die nicht passenden tRNA's einfach wieder weggeschubst.

Mir ist aufgefallen, dass es bei manchen Organismen noch ein anderes Start-Codon gibt.

Ja, aber auch diese Start-Codons sind meist mit Methionin belegt, sonst mit Leucin, Isoleucin oder Valin - also stark hydrophobe Aminosäuren, die als Kettenanfang eine Schutzwirkung gegen Hydrolyse entfalten. Eine Übersicht über die bislang entdeckten Alternativen zum Standard-Code findest Du hier. Die Start-Codons sind hier mit einem kleinen i neben dem Aminosäurekürzel bezeichnet.

Beipielsweise der Code für Hämoglobin.

Das betrifft jetzt aber die Basensequenz in Bezug auf die nachfolgend translatierte Aminosäurensequenz und nicht den genetischen Code als Entsprechung zwischen Tripletts und Aminosäuren. Basensubstitutionen als eine Form von Mutationen sind nichts ungewöhnliches und haben meist keine Beeinträchtigung der Funktion des daraus hergestellten Proteins zur Folge, wenn die betreffende Aminosäure entweder dieselbe ist (die Redundanz des genetischen Codes macht das möglich!) oder sich in ihrem Charakter der Seitenkette nicht wesentlich unterscheidet (die Optimierung des genetischen Codes auf Fehlertoleranz hin lässt das zu!), so dass sich die Faltung der Polypeptidkette nicht oder nur unwesentlich vom Original unterscheidet. Man hat Veränderungen in der Aminosäurensequenz auch schon bei anderen Proteinen festgestellt und zu Stammbäumen sortiert.

Ja aber, das heißt doch, dass es alles wahnsinnig flexibel ist.

Mutationen schaffen Variabilität. Selektion lässt übrig, was ausbaufähig ist. Am Ende entsteht das, was man Reaktionsnorm des Genotyps nennt - eine gewisse Spannbreite an Anpassungsfähigkeit gegenüber bestimmten Umweltbedingungen. Aber Voraussetzung für Mutationen ist ein funktionierender Translationsmechanismus. Womit wir wieder bei der Henne und dem Ei wären ...

Da schwomm Ribosom, tRNA, Basenstränge, bestimmt auch Doppelhelix, alles mögliche rum, ohne etwas miteinander anfangen zu können, noch.

Nee, das schwamm da nicht einfach ziellos vor sich rum, sondern war eingebunden in Reaktionsnetzwerke - wobei ich hinsichtlich Ribosomen und Doppelhelices skeptisch bin - die zunächst erst mal auf eine bestimmte Komplexität hochwachsen mussten, ohne dass das System wieder kollabierte. Und der Nutzen, den die RNA-Stränge für das System hatten, muss nicht darin bestanden haben, dass daraus später mal Translation wird. Das können z.B. Katalysatoren für bestimmte Reaktionsketten gewesen sein - möglicherweise mit Aminosäuren oder kurzen Peptiden als Ko-Faktoren - aber nur mit einem bestimmten Spektrum an Eignung, die nicht so eindeutig festgelegt war, wie bei den heutigen Proteinen.

Da gab es keinen Selektionsdruck hin zur Translation - im Gegenteil! - hier wurde sich der Luxus geleistet, Komplexität auszubauen statt zu reduzieren. Erst nachdem die Translation entstanden war, zahlte sich die Überproduktion von langen RNA-Ketten in Gestalt neuer Proteine aus. Vorher war das eigentlich viel Aufwand und wenig Nutzen und somit aus Selektions-Sicht kontraproduktiv. Die wahrscheinlichere Variante ist die, dass die Evolution in der RNA-Welt steckengeblieben wäre, aber dann könnten wir uns nicht darüber unterhalten ...

Viele Grüße!

 

[Dgoe]

Hallo Mahananda,

Danke, dazu hätte ich noch Ideen, bzw. Fragen, leider habe ich diese Tage ausgesprochen wenig Zeit. Hinzu kommt, dass ich zunächst auch den Links noch nachgehen möchte.

Vielleicht soviel schon mal: Wenn der Aufwand für relativ wenig Nutzen groß war, so dass die Translation sich energiesparsamer darstellte, dann war der Druck in diese Richtung vielleicht viel umfassender, als nur Selektionsdruck?

Gruß,
Dgoe

 

[Dgoe]

Hallo Mahananda,

Sie werden in unmittelbarer Nähe zum Ribosom beladen und trudeln dann infolge der ständigen Stöße zwischen dem Molekülgedrängel zum Ribosom hin, wo sie dann zur A-Stelle gelangen.
(...)
Beim Ausbleiben der Fixierung werden die nicht passenden tRNA's einfach wieder weggeschubst.

Hmm... Ist mir noch zu schwammig, findest Du nicht? Na gut - oder nix gut, wieviele tummeln sich denn da an tRNA nah dran?

Hingenommen, entschärft es die Translation aber erneut etwas. Was da an Menge auf die Schnelle durchgeht, allein per try and error, nix Aussieben... phänomenal für sich.

Wenn diese einfachen, aber niemals von selbst zu realisierenden auszuführenden Operationen so ratz fatz gehen, dann...

Ja dann, warum bitteschön soll nicht etwas Komplexeres, was gleichzeitig sparsamer ist, mal möglich sein, zumal die Natur Sparsamkeit übt, was die Translation ja bietet.

Ich kann das nicht mehr nachvollziehen, welch Wunder - da wird ruck zuck alles gecheckt und wartet man Jahrhundertmillionen Jahre an Aberquintilliarden lokalen kleinen Orten ab, dann würde es doch eher wundern, wenn die nicht auf den Trichter kommen!?

Das meine ich ernst.

Gruß,
Dgoe

 

[Mahananda]

Hallo Dgoe,

Wenn der Aufwand für relativ wenig Nutzen groß war, so dass die Translation sich energiesparsamer darstellte, dann war der Druck in diese Richtung vielleicht viel umfassender, als nur Selektionsdruck?

Mit Energie sparen hat das eher wenig zu tun. Translation eröffnete eine größere Vielfalt an Katalysemöglichkeiten und damit gangbare Lösungen für einen reichhaltigeren Stoffwechsel, der seinerseits das System als Ganzes robuster machte als vorher. Und das ist dann ein Selektionsvorteil gegenüber weniger robusten Systemen, die keine Translation aufwiesen. Insofern gab es keinen Druck hin zur Translation, der dann selektiv wirksam wurde. Die Systeme kamen ohne Translation auch ganz gut zurecht und spezialisierten sich in Richtung Sequenzenanzahl (also die schiere Anzahl an Makromolekülen, um eine große Auswahl an Zufalls-Sequenzen zur Verfügung zu haben), so dass die Systeme tendenziell größer bzw. umfangreicher wurden.

Je größer so ein System wird, um so uneffizienter wird die Bereitstellung mit zufällig geeigneten Sequenzen, so dass es an den Rändern gewissermaßen erodiert. Aber dieser Evolutionsprozess in die Breite hätte beliebig lange laufen können. Es gab da keinen Trend in Richtung Translation. Aber als dann Translation entstanden war und sich über Rückkopplung durch geeignete Proteine in die Erhaltung und Vervielfältigung der RNA etablieren konnte, kam sofort der selektive Vorteil zum Tragen, und dieses Ursprungssystem setzte sich über seine Mitkonkurrenten um Ressourcen durch.

... und wartet man Jahrhundertmillionen Jahre an Aberquintilliarden lokalen kleinen Orten ab, dann würde es doch eher wundern, wenn die nicht auf den Trichter kommen!?

So lange uns konkrete Anhaltspunkte fehlen, die sich in konkreten Wahrscheinlichkeiten als Zahlenwert wiedergeben lassen, bleibt immer auch noch Raum zum Wundern offen ...

Viele Grüße!

 

[Dgoe]

Hallo Mahananda,

ja, das ist schon sehr verwunderlich in der Tat. So viele gegenseitige Abhängigkeiten, lässt man was weg, geht gar nichts mehr. Muss auf einen Schlag entstanden sein, oder was kann man noch loskoppeln, vereinfachen? Du hättest es bestimmt schon erwähnt.

Zumindest war die Suppe früher schon recht "dick", gefüllt mit allerlei, ein Blitzschlag zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort kommt wohl eher nicht in Frage.

Muss das alles noch etwas verdauen...

Gruß,
Dgoe

 

[Dgoe]

Es gab da keinen Trend in Richtung Translation. Aber als dann Translation entstanden war und ...

Da kann einfach irgend etwas nicht dran stimmen. Da stand sicher keiner mit einen tollen Translationsmachmaschine dort rum und hat einfach den Schalter umgelegt.

Es MUSS einen Trend dorthin gegeben haben, was obendrein möglicherweise total normales, was sich unter gegebenen Umständen universumsweit immer wieder so ergibt...

Die Zutaten sind ja schon mal nahezu überall gegeben, siehe Parallelthread. Kommt nur noch das passende Milieu, das dies einfach hergeben muss - sonst wären wir nicht da.

Gruß,
Dgoe

 

[Mahananda]

Hallo Dgoe,

Es MUSS einen Trend dorthin gegeben haben ...

Aus der Perspektive der chemischen Reaktionen heraus lässt sich kein MUSS ableiten. Translation ist ja nicht primär ein chemisches Problem, sondern ein organisatorisches. Die zugrundeliegende Chemie (Basenpaarung mit Wasserstoffbrücken; Transpeptidierung im PTC der großen Ribosomen-Untereinheit durch Ribozym-Aktivität) schafft ja nur die Basis, auf der eine höhere Organisiertheit erwachsen kann. Ob sie dann aber tatsächlich daraus erwächst, ist eine Frage der Umstände. Und diese Umstände sind uns weitgehend unbekannt.

Es kann sich z.B. um eine zufällige Choreographie von jeweils getrennt ablaufenden Einzelprozessen gehandelt haben, die den Translationsmechanismus in Gang setzte, die sich so andernorts nicht wiederholen würde. Es kann aber auch ein sich langfristig zwangsläufig einstellendes Resultat der Interaktion zwischen kurzen RNA-Oligomeren und Oligopeptiden handeln, die sich sukzessive zu immer größerer Komplexität hochschaukelte. Aber über dieses "Hochschaukeln" haben wir noch keine genaueren Erkenntnisse. Momentan ist da noch alles offen, also von "rein zufällig und unwiederholbar" bis zu "auf längere Sicht unausweichlich".

Ein schöner Artikel zur letzteren Perspektive ist hier. Darin geht es um die Interaktion zwischen Dipeptiden aus Glycin und RNA-Oligomeren, die zu einer codierten Peptidsynthese führte, aus der heraus dann später der genetische Code erwuchs - also bereits eine primitive Form der Translation. Aber ob das damals wirklich so oder so ähnlich abgelaufen ist, lässt sich derzeit noch nicht prüfen.

Viele Grüße!

 

[Dgoe]

Ein schöner Artikel zur letzteren Perspektive ist hier.

Hallo Mahananda,

Bingo. Hört sich super an, also genauer die 0 bis 5%, die ich halbwegs verstanden habe, dabei den größten Mittelteil ganz übersprungen vorerst...
Immerhin ohne Paywall.

Jedenfalls scheint es eine Fülle an Argumenten zu geben, mit vielen Querverweisen zu Referenzen.


Es ist jedoch wahnsinnig ernüchternd, dass selbst Fachleute am Rätseln sind, dass die Dinge so sind, wie Du oben beschrieben hast. Man denkt gerne, dass wenn man das alles studieren würde, zu einem gewissen Durchblick gelangt, dann einem alles offenbar würde. Dass es noch weitaus vertrackter und komplexer, also noch viel undurchsichtiger ist, ist ziemlich deprimierend, geradezu demotivierend. Oder auch eine Herausforderung noch für Forscher, noch viel Neuland übrig....

Gruß,
Dgoe

 

[Mahananda]

Hallo Dgoe,

Es ist jedoch wahnsinnig ernüchternd, dass selbst Fachleute am Rätseln sind, dass die Dinge so sind, wie Du oben beschrieben hast.

Ich vermute, dass sich da auch in den nächsten Jahrzehnten substanziell nicht viel ändern wird. Man wird immer mehr Details herausarbeiten, die eine gewisse Plausibilität für sich beanspruchen können, aber die Choreographie, die aus einer Ansammlung von chemischen Reaktionen ein Durchbruchs-System im Sinne Koonins werden lassen, wird man einstweilen im Labor nicht nachstellen können, weil der Gesamtkontext zu komplex ist - und damit die Möglichkeiten, die Choreographie zu verhauen, zu groß sind, als dass man per Zufall eine gangbare Lösung findet, die sich möglicherweise auf der Erde abgespielt hat bzw. die überhaupt eine Möglichkeit eröffnet, den Werdegang der Entstehung des Lebens zumindest prinzipiell aus den stofflichen Fundamenten heraus nachvollziehen zu können.

Francois Jacob schrieb bereits im Jahr 1970 in seinem Buch "Die Logik des Lebenden":

Es ist zu befürchten, dass sich dieses Problem in einem Gewirr von Hypothesen verfilzen wird ohne jede Möglichkeit zur Überprüfung. Es ist leicht möglich, dass das Problem des Lebens von neuem Anlass zu abstrakten Streitereien böte mit Schulen und Theorien, die mit wissenschaftlicher Vorhersage nur wenig, um so mehr jedoch mit Metaphysik zu tun hätten. (S. 325)

Ich denke, auf diesem Stand der Diskussion befinden wir uns heute immer noch - trotz der enormen Zunahme an Detailwissen zu dieser Problematik. Deprimierend oder gar demotivierend finde ich das allerdings nicht. Neben der Herausforderung für künftige Forschergenerationen und "Schulen", die dadurch ein schier unerschöpfliches Forschungsfeld gefunden haben und noch vorfinden werden, ist es insbesondere das Erstaunen, dass ein relativ überschaubares Problem (Chemie ist ja im Wesentlichen erforscht und über die Physik solide fundiert) sich einer simplen Lösung dennoch entzieht, weil sich hier ein qualitativer Sprung vollzogen hat, der aus einem chemischen ein lebendiges System hat entstehen lassen, das mich fasziniert.

Im Unterschied zu den anderen großen Ursprungsrätseln (Entstehung des Universums und der Materie aus einer Singularität heraus sowie die Entstehung von Wahrnehmungen und Bewusstsein aus neurologischen Prozessen), wo man gewissermaßen zwei verschiedene Welten postulieren muss, um den Umschlag von der einen in die andere beschreiben zu können (Quantenvakuum als Prä-Singularitäts-Zustand bzw. psychischer "Erlebnisraum" als Äquivalent zu neurologischen Erregungszuständen), bleibt man bei der Entstehung des Lebens immer auf der Basis der Chemie. Der einzige Unterschied ist der geordnete Ablauf der chemischen Prozesse, die in der Summe einen Organismus hervorbringen, der in der Lage ist, sich über Generationenwechsel im Bestand zu erhalten - natürlich auf Kosten der individuellen Existenz.

Wir haben es hier also nicht mit einer anderen Wirklichkeit als Äquivalent zu einer hiesigen zu tun, sondern bleiben gewissermaßen in ein und derselben - und trotzdem ist der Übergang von Chemie zum Leben immer noch rätselhaft und nicht rekonstruierbar. Wir können zwar einige notwendige Schritte ableiten, die abgelaufen sein mussten, aber wie am Ende die Organisation des Ganzen zustandekam, bleibt dennoch in einer Art Black-Box versteckt, obwohl wir die Chemie, die die Basis liefert, sehr gut verstanden haben. Bis jetzt hat sich die Realität immer noch als komplexer erwiesen - und damit als unvorhersehbarer und unberechenbarer - als alle Modelle, die zu diesem Thema bereits entworfen wurden. Und das finde ich absolut faszinierend.

Viele Grüße!

 

[Dgoe]

Hm,

ich stelle mir das zuweilen so vor, dass man halt eine Nuss nach der anderen geknackt hat (in der Chemie z.B.) und nun an einer Nuss anlangt, die einfach riesig ist. Also 100 m groß oder größer sozusagen. Da helfen die bewährten Nussknacker wenig. Aber man knabbert dran rum und die digitale Revolution vergrößert die Werkzeuge permanent - und vielleicht sah die Nuß nur so groß aus, in echt nur 1 m groß oder 20 cm, was auch noch stattlich wäre.

Ich weiß noch, wie es hieß, dass das das humane Genom zu entschlüsseln Jahrhunderte oder eher Jahrtausende dauern würde (als Jugendlicher). Einfach just forget about it. Heute nutzt das jeder Forensiker für jeden Einzelfall - und ich lebe noch...

Man kann doch auch Experimente machen, die nicht Jahrmillionen dauern. Man kann ja Zutaten beimengen, die erst später hinzugekommen wären, in einer separaten Anordnung, die man parallel startet. Sprich, es gäbe stilisiert jetzt 5 Schritte, dann kann man jeden einzelnen nebeneinander initiieren und muss nicht unbedingt auf ein hintereinander warten - weil ja alles schon da ist, also kann man das beimengen. Du verstehst schon. Das nur obendrein.

Die digitalen Hilfsmittel mit Simulationen kommen nur noch dazu und erfahren bald möglicherweise einen ganz großen Schritt, um 3 Größenordnungen vorwärts...
Dann noch die KI, die auch helfen könnte gangbare Wege der Natur besser zu simulieren. Und vieles mehr.

Keep tuned, kann man da nur sagen.

Gruß,
Dgoe

 

[Mahananda]

Hallo Dgoe,

Ich weiß noch, wie es hieß, dass das das humane Genom zu entschlüsseln Jahrhunderte oder eher Jahrtausende dauern würde ...

Na gut, moderne Sequenzierungstechniken waren damals noch nicht in Sicht, aber "entschlüsseln" im Sinne von "buchstabieren können" ist etwas anderes als "verstehen, was es bedeutet" - und von Letzterem sind wir immer noch sehr weit entfernt, denn aus der reinen Basenfolge lassen sich keine funktionalen Bedeutungen im Zellstoffwechsel und in der Zelldifferenzierung entnehmen. Hier sind wir nach wie vor auf das Try-and-Error-Verfahren angewiesen, wobei man dann noch das Wechselwirkungsnetzwerk des Proteoms mit berücksichtigen muss, also der Gesamtheit der Proteine einer Zelle, die miteinander agieren. Da werden wohl wirklich noch ein paar Jahrhunderte ins Land gehen, bevor man die riesige Komplexität innerhalb einer Zelle in ihrem ganzen Entwicklungsverlauf nachstellen kann. Aber grundsätzlich sehe ich hier mit gesteigerter Rechenleistung kein Problem, das zu bewältigen.

Die Simulation der Entstehung des Lebens ist da aber von einem ganz anderem Kaliber. Hier geht es nicht um das Nachstellen des Funktionierens eines komplexen Systems, sondern um das Nachstellen des Zustandekommens eines qualitativen Sprungs in der Art und Weise der Wechselwirkungen aus der Basis des schlichten chemischen Reagierens heraus. Und dazu muss man die Komplexität, die in einer Zelle kompakt vorliegt, auf den Kontext verteilen, aus dem heraus eine Zelle entstehen soll. Das Ganze zerfasert sich gewissermaßen ins Umland der geochemischen Voraussetzungen, wo neben der reinen organischen Chemie noch diverse anorganische Reagenzien hinzukommen, die dazu beigetragen haben, dass sich bestimmte Stoffe bilden und anreichern, aber auch selbst als Matrize und/oder Katalysator für bestimmte Reaktionen bereitstanden, bis bestimmte Proteine diese Funktionen übernahmen.

Eine Zelle kann man über kurz oder lang hinreichend genau modellieren und simulieren, um deren Funktionsweise zu verstehen, denn sie ist ja gewissermaßen gesetzt. Der geochemische Kontext, aus dem heraus die ersten Zellen entstanden sind, ändert sich aber über die Zeit hinweg - und es ist schwer bis unmöglich herauszufinden, was sich in welcher Abfolge und in welchem Ausmaß verändert hat, so dass die frühen Stoffwechselsysteme auf eine Weise beeinflusst wurden, die schließlich zur Lebensentstehung geführt hat. Natürlich kann man bestimmte Varianten austesten und sehen, was sich daraus ergibt, aber es ist immer ein Stochern im Nebel, weil der Kontext mindestens genauso komplex strukturiert gewesen ist wie das Stoffwechselsystem, dass sich daraus gebildet hat. Die Wahrscheinlichkeit, eine kleine, aber im Nachhinein wesentliche Winzigkeit unberücksichtigt zu lassen, ist damit erheblich größer, als die Auswahlparameter so zu treffen, dass die Simulation gelingt. Ich habe da derzeit wenig Hoffnung, aber natürlich sollte man bei Interesse seine Ohren und Augen offen halten, ob sich vielleicht doch etwas an wesentlichem Erkenntniszuwachs ergibt.

Viele Grüße!

 

[Dgoe]

Hallo Mahananda,

vielen Dank für für Deine Antwort!
Dann drücke ich den Forschern mal die Daumen.

Gruß,
Dgoe

 

[MopAn]

Hallo zusammen,
besten Dank für diesen Thread und den interessanten Beiträgen.
Über google bin ich darauf gestoßen und habe mich daran erinnert, dass ich vor etlichen Jahren (oder gar Jahrzehnten) auch mal auf dieser Plattform registriert war.
Ich habe zwar nicht alles, aber relativ viel innerhalb dieser 24 Seiten gelesen.
Was mir negativ aufgefallen war, dass JBC entweder ignoriert wurde oder als Kreationist verunglimpft worden ist.
Das fand ich schade, denn er (oder sie) hat dann doch mal einen anderen Aspekt in die Diskussion gebracht.
Alles andere dreht sich ja quasi nur darum, inwiefern man welche Mechanismen bislang verstanden hat und/oder was am wahrscheinlichsten ist.
Aber ich denke, mehr sollte dieser Thread wohl leider auch nicht behandeln.
Ich möchte in diesem Zusammenhang nun auch nicht weiter negativ auffallen.
Ich bin nicht religiös, nicht einmal getauft. Ich glaube auch nicht an einen Plan.
Aber ich gebe zu bedenken.
Wenn man eine, im Vergleich zu einem mehrzelligen Organismus wie z.B. einem Schimpansen (um nicht immer den Menschen heran zu holen), eine einfache Maschine wie eine Boeing 747 sieht und es wird einem gesagt: Es gibt keinen Plan dazu. Die Boeing ist durch Zufall (sprich im Vergleich Mutation) entstanden.
Dann ist es doch verständlich, dass man dieser Aussage Zweifel entgegen bringen könnte. Bitte auf Konjunktiv achten.
Ich möchte weiterhin darauf hinweisen, dass die Komplexität einer kompletten Boing 747 ein Witz ist im Vergleich zu den biochemischen Abläufen in einer euaryotischen Zelle, die ja nicht nur räumlich, sondern auch zeitlich koordiniert sein müssen.
Also, ich finde, dass man die Idee oder zumindest den Eindruck haben könnte, dass ein Plan oder zumindest ein Prinzip dahinter stecken könnte, das es sich lohnt, weiter zu verfolgen oder gedanklich auszubauen, völlig normal und aus naturwissenschaftlicher Sicht sogar angemessen ist. Denn Wissenschaft ohne Zweifel ist zwecklos bzw. ist Zweifel der Motor der Wissenschaft.
Ich habe das Gefühl, die Naturwissenschaft verrennt sich in etwas oder übersieht zumindest etwas ganz wichtiges.
Ich bin mir nicht sicher, ob es jemals gelingen wird, das Wesen der Existenz zu ergründen, indem man vom Kleinen auf das Große schließt.
Aber das ist ja auch nicht das erklärte Ziel des Naturwissenschaft. Schade.
Vielleicht gibt es ja mal eine konstruktive Zusammenarbeit der beinharten Naturwissenschaftler mit den übrigen Wissenschaften.
Über den Tellerrand zu schauen, schadet letztlich nie. Ich empfehle einen Blick in die Quantenphysik.