Андрей Тихомиров "Der Ursprung des Lebens"

Der Ursprung des Lebens
Андрей Тихомиров

Das Leben, wie wir es kennen, basiert auf einem komplexen Netzwerk von Wechselwirkungen in biologischen Zellen, die die ?bertragung genetischer Informationen von Nukleins?uren zu Proteinen realisieren. Dieser Prozess ist universell f?r alle Zellorganismen ohne Ausnahme, er basiert auf der Biosynthese von Makromolek?len.

Андрей Тихомиров

Der Ursprung des Lebens

Deutsche Biologen haben experimentell bewiesen, dass Transport-RNA-Molek?le ein Hauptelement in der Evolution fr?herer Lebensformen sein k?nnten. Unter bestimmten Bedingungen sind sie in der Lage, sich in funktionellen Einheiten zu sammeln, die die genetische Information geometrisch reproduzieren.

Die ?bertragung genetischer Informationen erfolgt sequentiell: Zuerst von DNA zu RNA (dieser Prozess wird als Transkription bezeichnet), und dann wird die Proteinsynthese (Translation) auf der RNA-Matrix realisiert. In einer Operation, die als Replikation bekannt ist, duplizieren Proteine genetische Informationen, die in DNA-Molek?len codiert und im Zellkern gespeichert sind, verteilen sie w?hrend der Teilung gleichm??ig zwischen zwei Tochterzellen, und der Prozess wird wiederholt.

Das Paradox des zentralen Dogmas der Molekularbiologie besteht darin, dass komplexe Proteinverbindungen – Enzyme, die bereits im ersten Schritt als Katalysatoren f?r die Transkription fungieren, als Katalysatoren dienen: In einem bestimmten Abschnitt wird die DNA-Doppelhelix unter dem Einfluss von Enzymen aufgedreht und eine der Ketten wird zur Matrix f?r den Aufbau einer sogenannten Matrix- oder Informations-RNA (mRNA), die dann an der ?bertragung beteiligt ist.

Das hei?t, und auf molekularer Ebene stellt sich die uralte Frage nach dem Ursprung des Lebens – was urspr?nglich war – ein Ei oder ein Huhn: Proteine werden ben?tigt, um genetische Informationen zu ?bertragen, aber ihre Synthese h?ngt von der Transkription ab.

Biologen der Ludwig-Maximilians-Universit?t M?nchen haben zum ersten Mal experimentell bewiesen, dass kleine Ver?nderungen in Transport-RNA-Molek?len (tRNA) es ihnen erm?glichen, sich selbst zu einer funktionellen Einheit zu sammeln, die Informationen reproduzieren kann.

Die Transport-RNA, die als Vermittler zwischen mRNA und Proteinen fungiert, k?nnte daher ein Schl?sselelement in der Entwicklung fr?herer Lebensformen sein: tRNA-Molek?le k?nnten autonom miteinander interagieren, um eine Art Replikationsmodul zu bilden, das Informationen exponentiell replizieren kann.

"Unsere Forschung zu den fr?hen Formen der molekularen Replikation und unsere Entdeckung des Zusammenhangs zwischen Replikation und ?bersetzung bringen uns der Rekonstruktion des Ursprungs des Lebens n?her", hei?t es in einer Pressemitteilung der Universit?t zu den Worten von Dieter Braun, einem der Autoren der Studie.

Damit ein solches System funktioniert, braucht es ein ungleiches Umfeld, um die entsprechenden physikalischen und chemischen Prozesse zu starten, glauben die Wissenschaftler. Daher beinhalteten alle ihre Experimente eine sich wiederholende Abfolge von Temperaturschwankungen.

Jedes Experiment begann mit einem Muster – einer Informationsstruktur, die aus zwei Arten von zentralen Nukleotidsequenzen bestand. Die Forscher haben gezeigt, dass eine bin?re Musterstruktur unter periodisch wechselnden Bedingungen wiederholt kopiert werden kann. Ein solcher Replikationsmechanismus k?nnte in einem hydrothermalen Mikrosystem auf der fr?hen Erde stattfinden.

Insbesondere nach Ansicht der Autoren k?nnte sich eine g?nstige Umgebung f?r solche Reaktionszyklen in por?sen Gesteinen auf dem Meeresboden entwickeln, wo nat?rliche Temperaturschwankungen mit Konvektionsstr?men verbunden sind.

Pal?ontologen haben in alten Riffen, die 890 Millionen Jahre alt sind, Fossilien entdeckt, die an Schw?mme erinnern. Wenn die Ergebnisse best?tigt werden, wird dies der ?lteste Fund von vielzelligen lebenden Organismen auf der Erde sein.

Es wird angenommen, dass die ersten mehrzelligen Organismen, die mit Sicherheit Tieren zugeschrieben werden k?nnen, vor etwa 635 Millionen Jahren in Ediacaria – der letzten geologischen Periode der Proterose – auf der Erde erschienen sind. Wir sprechen von Vendobionten – mysteri?sen radial- und bilateral-symmetrischen Organismen, die einen sitzenden oder sitzenden Lebensstil f?hrten.

Einige Wissenschaftler glauben jedoch, dass die ersten Tiere auf der Erde Schw?mme waren – Marine, die am Boden befestigt sind, sind vielzellig, die heute auf der ganzen Welt weit verbreitet sind.

Die gut erhaltenen ?ltesten fossilen Schw?mme sind seit der kambrischen Periode bekannt, die vor 541 Millionen Jahren begann, aber phylogenetische Analysen und Biomarker zeigen, dass Schw?mme viel fr?her existierten und Wissenschaftler in Sedimentgesteinen im Alter von 750 Millionen Jahren Siliziumspikeln gefunden haben – Elemente des mineralisierten Skeletts von Schw?mmen.

Die kanadische Pal?ontologin Elizabeth Turner von der Lawrence University hat in alten Riffen im Nordwesten Kanadas Fossilien entdeckt, die in ihrer Struktur Schw?mmen sehr ?hnlich sind. Riffe geh?ren zu bakteriellen Geb?uden, sind mit Kalziumkarbonat gestapelt und haben ein Alter von 890 Millionen Jahren.

In Gesteinsproben identifizierte Turner verzweigte Netzwerke von r?hrenf?rmigen Strukturen, die mit Calcit – kristallinem Calciumcarbonat – mineralisiert wurden. Der Forscher stellte fest, dass diese Strukturen dem faserigen Skelett von Hornschw?mmen sehr ?hnlich sind, die heutzutage zur Herstellung von Waschschw?mmen verwendet werden.

Der Autor glaubt, dass diese Strukturen versteinerte ?berreste von Hornschw?mmen sein k?nnten, die noch 90 Millionen Jahre auf Karbonatriffen lebten, bevor der Sauerstoffgehalt der Erde auf Konzentrationen anstieg, die f?r die Erhaltung des Tierlebens als notwendig erachtet wurden.

Wenn sich die Annahmen des Wissenschaftlers best?tigen, stellt sich heraus, dass die Evolution der fr?hen Tiere auf unserem Planeten unabh?ngig von der Sauerstoffversorgung – der Sauerstoffs?ttigung – stattfand und die ersten Organismen die schwersten globalen K?ltevereisungen der kryogenen Periode zwischen 720 und 635 Millionen Jahren ?berleben konnten.

Gemessen an den Ergebnissen der mikrometrographischen Rekonstruktion war der ?lteste Schwamm ein von den ersten Millimetern bis zu einem Zentimeter gro?er wurmartiger Organismus, der auf der Oberfl?che oder innerhalb von Riffen lebte, die von kalzifizierenden Cyanobakterien-Photosynthesizern – gebaut wurden.

Die Seltenheit der Funde von Schw?mmen im neoproterozoischen Alter liegt daran, dass sie h?chstwahrscheinlich keine mineralisierten Skelette – Kiesel oder kalkhaltige – hatten, sondern ausschlie?lich aus Protein – Sponge- oder Keratinverbindungen bestanden. Daher glaubt der Wissenschaftler, dass man in den alten Ablagerungen nicht nach Skelettelementen – Spicula – suchen sollte, sondern nach den Strukturabdr?cken von Weichteilen, die die Struktur erhalten haben. Solche Strukturen haben Pal?ontologen schon einmal gefunden, aber sie haben sie als fossile Kolonien von Algen oder Protozoen interpretiert.

Die vor 3,5 bis 4,5 Milliarden Jahren entstandene Biosph?re ist ein schlankes System. Jede ?nderung der Bindungen in ihr f?hrt zu einer Verletzung ihrer Struktur als Ganzes sowie einzelner Glieder, bis einige von ihnen aus der Zusammensetzung der Biosph?re herausfallen.

Alle Geheimnisse eines lebenden Organismus sind von Natur aus in der Zygote-Zelle gelegt, die aus der Verschmelzung von weiblichen und m?nnlichen Anf?ngen entsteht. Es hat die Funktion, mehr als 100 andere Zellen zu erzeugen, aus denen jeder lebende Organismus besteht. Der Prozess der Entwicklung lebender Materie geht in eine Richtung – von der Geburt bis zum Altern und zur Zerst?rung.

Die wissenschaftlichen Entdeckungen der evolution?ren Chemie und Biologie geben Anlass, die Einheit der lebenden und unbelebten Natur zu best?tigen. Das Auftreten von lebender Materie aus unbelebter Materie bedingt die vollst?ndige Abh?ngigkeit der ersten von der zweiten. Und die unter der Leitung des Akademikers AI Oparin durchgef?hrten Experimente zur k?nstlichen Reproduktion von Leben aus unbelebter Natur haben gezeigt, dass unter geeigneten Bedingungen das Leben mit Unvermeidlichkeit ?berall in einem riesigen Universum entstehen muss. Solche Bedingungen schafft die Natur jedoch ?u?erst selten.

Der H?hepunkt der Sch?pfung der uns bekannten Natur war das Erscheinen des Menschen auf der Erde. Bisher ist dies die einzige Sch?pfung, die sich ihrer selbst bewusst ist, sich an die Vergangenheit erinnert, die Gegenwart lebt: und an die Zukunft denkt. Dieser Umstand verpflichtet den Menschen zu einer ?u?erst sorgf?ltigen Behandlung der Erhaltung des Lebens auf der Erde. Die Natur hat den Menschen mit Verstand belohnt und ihn so f?r sein weiteres Schicksal verantwortlich gemacht, f?r alles, was in der lebendigen und unbelebten Natur unter den Bedingungen der Erde geschieht. Und heute ist die Zeit gekommen, in der jeder Lebende seine pers?nliche Beteiligung und Verantwortung f?r die Erhaltung der Biosph?re als ihren eigenen Lebensraum erkennen muss.

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