Verschiedenes » Grundlagen und Entstehung des Lebens

Man muss vielleicht wirklich sehr weit zurückgehen, nicht nur zeitlich, sondern
auch physikalisch und theoretisch, um Leben zu verstehen und dann natürlich
auch so beeinflussen zu können, wie es uns angenehm ist, wobei wir dann wieder
bei AA und RA sind. Die Diskussion wurde ja an mehreren Stellen bereits geführt,
z.B. über Entropie und Information. Den Bezug zum "lifestyle" kann ich auch nicht
so schnell herstellen, möchte nur auf einige sehr interessante Veröffentlichungen
bzw. Thesen hinweisen, die mir einiges gebracht haben.

Hier findet man eine Reflexion zum Buch
Paul Davies, The FIFTH MIRACLE: The Search for the Origin and Meaning of Life, New York:1999, Simon & Schuster

http://www.cognitiveagent.org/2012/08/21...-fifth-miracle/

Mir hat neben anderem vor allem die informationstechnisch-bezogene Darstellung gefallen.
Ich sehe in einer bloßen Anordnung von Elementen höchstes eine "potentielle" Information,
die aber nur zur Information wird, wenn ein Interpreter existiert. Mir gefällt die Auffassung
des Systems DNA - Ribosom (allgemeiner: zelluläres Environmen) als TOURING-Maschine,
quasi einer abstrakten Rechenmaschine. Da die DNA von endlicher Länge ist, ähnelt es vielleicht
sogar schon einem einfachen Computer, bestehend aus Rechenwerk und Speicher (Datenspeicher
und Programmspeicher!).

Man kann natürlich die bloße Anordnung von Elementen auch als Information sehen, die durch eine
Interpretation dann eine "Bedeutung" erlangt. Ich denke, hier liegt auch eine Quelle von manchem
Mißverständnis. Aber auch in diesem Sinne ist Information solange wirkungslos, bis sie interpretiert
wird und letztlich darüber Reaktionen auslöst.

Die lokale Aufrechterhaltung des thermodynamischen Ungleichgewichtes erfolgt dadurch, dass
freie Energie für den Aufbau von Strukturen durch Auflösung von Molekülbindungen nutzbar gemacht
wird, wobei für die Auflösung weniger Energie engesetzt werden muss. Die lokale Verminderung der
Entropie senkt die Entropie des Weltalls aber nicht (ich sage mal, schon des Planeten Erde nicht;
wir erkaufen unsere lokal geordneten Verhältnisse mit Erderwärmung und Umweltverschmutzung,
Lebewesen tun das auch).

Die Möglichkeit des Ungleichgewichtes geht laut Verfasser tatsächlich auf den Urknall zurück.
Es entstand aus Energie sowohl Materie (positive Energie) als auch Gravitation (negative Energie).
Die Summe ist 0. Wir sind quasi nur eine temporäre Asymmetrie. Gravitation ist der Gegenspieler von
Entropie und die eigentliche "Ursache" von Information.

In dem in #1 erwähnten Buch zw. der Buchrezension geht es auch um die Entstehung
des Lebens durch die zufällige Bildung geeigneter Ketten von Aminosäuren. Diesem
Ereignis wird allerdings eine sehr kleine Wahrscheinlichkeit zugemessen. Interessant ist
dabei allerdings die Bemerkung, dass Materie in Form von Atomen und Molekülen
quasi eine "vordefinierte" Information tragen, die es ermöglicht, dass bestimmte Bindungen
entstehen. Ich stelle mir das wie ein ungeordnetes Puzzle vor. Wenn man es genügend und lange
bewegt, finden sich Puzzleteile zusammen. Aber wann daraus das gewünschte Bild wird ...
Ich vermute allerdings, dasss das vielleicht garnicht nötig ist. Der Code ist nämlich egal,
man muss nur den dazu passenden Interpreter besitzen.

Im Paper "Autopoietic Gene-Enzyme Cycles and the Emergence of Life" von Paul LaViolette
http://starburstfound.org/downloads/SETI/Prebiotic.pdf

ist eine sehr interessante Hypothese der Bildung der Urform des Lebens beschrieben.
Gemäß dieser Hypothese müssen sich 300 Adenin-Uracil-Paare zusammenfinden, die
10 Gene bilden. Außerdem muss auch der "Ur-Interpreter" entstehen, der die "DNA"
(hier als "XNA" bezeichnet) abliest. In Anbetracht der großen Biomasse ist das Ereignis,
dass eine solche Anordnung in einer "Mikrosphäre" entsteht, nicht so gering. Simulationen
mit 5 Genenen hätten zu keiner Anordnung geführt, die sich selbsr replizieren kann.

Es folgt eine thermodynamische Analyse, wobei die Änderung der Entropie als
Summe ∂S/∂t = ∂aS/∂t + ∂cS/∂t dargestellt ist. ∂aS/∂t ist die anabole Entropieänderung,
∂cS/∂t die katabole (abbauende) Entropieänderung. Ob das System aufbaut oder abbaut,
hängt vom Verhältnis der Beträge der anabolen und katabolen Entropieänderung ab.
Im Paper wird in Fig. 4 der "Entropiefluss" noch detaillierter erläutert. Die anabole Entropieänderung ist
< 0 (Strukturaufbau, Erhöhung der Ordnung). Folgt daraus, dass Anabolismus "Negentropie" bedeutet
und Katabolismus eher eine Senkung von Negentropie?

Es gibt noch ein weiteres Paper "ENTROPY and NEGENTROPY" vom selben Autor:
http://starburstfound.org/downloads/physics/entropy.pdf
Es gehört vielleicht eher in den Thread Negentropie.

Die in #1 erwähnte Buchrezension ist ausgesprochen interessant. Vielen Dank dafür.

"Missing Link" der Ursuppe gefunden?
Phosphorverbindung könnte gleich drei entscheidende Lebensbausteine erschaffen haben
Drei auf einen Streich: Eine kleine Phosphorverbindung könnte die entscheidende Voraussetzung für das erste Leben auf der Erde gewesen sein. Denn diese Chemikalie war imstande, gleich drei wichtige Biomoleküle zu synthetisieren: Nukleotide als Vorläufer von RNA und DNA, Peptide als Proteinvorstufen und Lipide für die Hüllmembranen der ersten Zellen. Damit war das Phosphorodiamidat genannte Molekül möglicherweise der Schlüssel für die Entwicklung der ersten Zellen.

http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-22067-2017-11-08.html

Ist das Leben doch auf dem Mars entstanden?
Provokante, paradoxe These eines US-Chemikers: Auf der frühen Erde habe es zu viel Wasser gegeben.

Zitat

---

Ernüchternd könnten da die Theorien von Steven Benner wirken. Das ist ein US-Chemiker, der sich seit Langem mit der Entstehung des Lebens – auf Erden – befasst. Er formulierte auf der Jahrestagung der angesehenen Geochemical Society eine provokante These: Wir stammen alle vom Mars ab. Dort sei das Leben entstanden und erst später via Meteorit auf die Erde geflogen. Seine Argumentation: Auf der Erde sei die Entstehung des Lebens schwer möglich gewesen, weil die Erde vor vier Milliarden Jahren völlig mit Wasser bedeckt war. Auf dem Mars hingegen habe es zwar auch flüssiges Wasser, aber doch genug trockene Plätzchen gegeben.

Klingt paradox. Wieso in aller Welt soll denn just das heute lebensnotwendige Wasser die Entstehung von Leben stören? Knapp gesagt: durch Hydrolyse. Darunter verstehen Chemiker die Aufspaltung von Makromolekülen durch Wasser. Etwa von RNA, jenem Makromolekül, von dem man heute glaubt, dass es die ersten Vorformen des Lebens gebildet hat. (Bevor später DNA und Proteine dazukamen.) Wasser wirke auf RNA „korrosiv“, formuliert Benner.

Auch Borate sollen hilfreich sein
Neben diesem „Wasserproblem“ sieht Benner auch ein „Teerproblem“: Statt der Zuckermoleküle, die Bausteine der RNA und der DNA sind (Ribose bzw. Desoxyribose), bilde sich unter irdischen Bedingungen nur Teer, also ein krudes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen. Dagegen wirken, so Benner, Borate, also sauerstoffreiche Verbindungen des Elements Bor. Und solche seien, wie die Analyse von Meteoriten zeige, auf dem Mars häufiger als auf der Erde.

Benners Vorschläge werden ernsthaft diskutiert. Der bekannte Physiker Paul Davies nennt sie etwa anregend, aber nicht völlig überzeugend. Sie seien auch schwer zu überprüfen: Der Meteoritenverkehr zwischen Mars und Erde sei so dicht, dass Leben, wenn es auf einem der beiden Planeten entstanden sei, schnell auch auf den anderen gelange. So sei der Ursprung „schwer feststellbar“.

---

https://diepresse.com/home/science/14479...Mars-entstanden

https://www.berliner-zeitung.de/wissen/e...om-mars-3057722





Neuer Baustein des Lebens?
Primordiale RNA könnte Inosin statt Guanin als Genbuchstaben enthalten haben
Ausgetauschter Genbuchstabe: Das allererste Leben auf unserer Erde könnte einen leicht anderen Gencode genutzt haben als die heutigen Organismen. Statt der RNA-Base Guanin nutzten die Urzellen möglicherweise das leichter verfügbare Inosin als Ersatz. Entgegen bisheriger Annahme ermöglicht auch diese Ersatzbase eine schnelle Replikation des Gencodes ohne viele Fehler, wie die Forscher berichten.

Zitat

---

isher jedoch war unklar, welches die ersten Genbuchstaben dieser primordialen RNA-Moleküle waren und auf welchem Wege sie entstanden. Für die RNA-Basen Cytosin und Uracil kennen Forscher inzwischen Vorstufen, die es auch in der Ursuppe gegeben haben könnte. Auch Adenin und Guanin lassen sich zwar unter simulierten Bedingungen der Urerde im Labor erzeugen, dabei entstehen jedoch relativ viele störende Nebenprodukte.

Um mehr über die ersten Lebensbausteine herauszufinden, haben Jack Szostak von der Harvard University und sein Team nun mögliche Alternativen zum Guanin und dessen in die RNA eingebauten Form Guanosin untersucht. Eine davon ist Inosin, ein Molekül, das auch in der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zum Einsatz kommt – dem Verfahren, mit dem im Labor DNA-Fragmente vervielfältigt werden. Weil sich das Inosin jedoch mit allen vier Genbuchstaben unseres Erbmoleküls verbinden kann, galt es bisher als ungeeignet, um selbst als spezifischer Buchstabe im Gencode zu fungieren.

Inosin statt Guanin?
Doch neue Experimente von Szostak und seinen Kollegen haben dies nun widerlegt. Demnach erzeugt die Einbindung von Inosin als Guanin-Ersatz deutlich weniger Kopierfehler als erwartet. „In unserem Versuch wurde Inosin mit einer Rate und Zuverlässigkeit kopiert, die mit der des Guanosins vergleichbar war“, berichten die Forscher. „Wir sind daher der Ansicht, dass Inosin bei der Entstehung des ersten Lebens als Ersatz für Guanosin gedient haben könnte.“

Noch wichtiger jedoch: Das Inosin benötigt keine exotischen Vorläufer-Moleküle, sondern könnte durch eine relativ einfache Abspaltung einer Aminogruppe aus Adenosin entstanden sein. Damit müssen Forscher zwar nun noch immer klären, wie genau das Adenin und seine in die RNA integrierte Variante Adenosin gebildet wurden. Haben sie dies aber einmal entschlüsselt, wäre dann der Satz der allerersten Genbausteine vollständig.

---

https://www.scinexx.de/news/biowissen/ne...ein-des-lebens/

Lebensentstehung mit Maxwells Dämon:

Re-Thinking Biology—I. Maxwell’s Demon and the Spontaneous Origin of Life
https://file.scirp.org/pdf/ABC_2017092216085127.pdf

Aus sonst interessant. Vielleicht muss man Quanteneffekte stärker berücksichtigen.
Ich denke, die Mikrobiologie muss stark überarbeitet werden.

Sehr schöne Beschreibung, der Hypothesen zur Entstehung des Lebens, sind in folgendem Buch zu finden:

Das lebendige Universum
Komplexes Leben auf vielen Planeten?
https://www.springerprofessional.de/das-...versum/16671766

Mir hat das lesen jedenfalls spaß gemacht.

#11 Bestimmt interessant laut Übersicht. Ich schaue neuerdings aber weniger nach historischem, sondern mehr danach,
wie der Ist-Zustand aussieht. Ich weiß nicht, aber hat schon mal jemand aus der Entstehung des Lebens
und der Formen eine Anti/Reverse-Massnahme abgeleitet?

Steht zufällig nachvollziehbar drin, was Leben ist? Meist werden nur die Eigenschaften beschrieben.

Zitat

---

Ich weiß nicht, aber hat schon mal jemand aus der Entstehung des Lebens
und der Formen eine Anti/Reverse-Massnahme abgeleitet?

---

Noch nie davon gehört.

Zitat

---

Steht zufällig nachvollziehbar drin, was Leben ist?

---

Naja, das würde wohl jeder recht individuel sehen...

Es gibt auch eine Leseprobe von google:
https://books.google.at/books?id=B3WUDwA...epage&q&f=false
https://books.google.at/books/about/Das_...BAJ&redir_esc=y

Zitat von La_Croix im Beitrag #13

---

Noch nie davon gehört.

---

Zitat von La_Croix im Beitrag #13

---

Naja, das würde wohl jeder recht individuel sehen...

---

Zitat von Dr.Faust im Beitrag #14

---

Zitat von La_Croix im Beitrag #13

---

Naja, das würde wohl jeder recht individuel sehen...

---

Ich meine, das ist keine individuelle Frage. Entweder man kann den Mechanismus der "living matter" erklären
oder nicht. Ansätze wurden ja schon hier beschrieben. Allerdings schein es in letzter Konsequenz nicht eindeutig
geklärt. Das so scheint mir ist sehr relevant für eine Erhaltung und Verbesserung von Leben.
Es betrifft ausschliesslich die Zelle, denn sonst lebt nichts.

---

Diese Präsentation ist interessant, was dsie Erklärung bzw. Entstehung von Lbn btrifft:
https://www.researchgate.net/publication..._origin_of_life

Nochmal als paper:
https://www.researchgate.net/publication..._Origin_of_Life

Zellatmung ohne Sauerstoff
Energiegewinnung von Urzeitmikroben – uraltes Enzym isoliert
Auf der urzeitlichen Erde mussten die ersten Organismen noch ohne Sauerstoff auskommen. Dies gelang ihnen mit speziellen Enzymen, die Zellatmung trotz der unwirtlichen Bedingungen ermöglichten. Forscher der Universität Frankfurt haben nun erstmals dieses Ur-Enzym isoliert und seine Funktionsweise untersucht.

Zitat

---

Egal ob Ameise, Spatz oder Blauwal – nahezu jedes Lebewesen auf der Erde atmet Sauerstoff und nutzt ihn für verschiedene biochemische Prozesse wie die Energiegewinnung. Das war nicht immer so. Denn zu den Anfangszeiten des Lebens war Sauerstoff noch Mangelware. Damals mussten sich die Organismen anders behelfen: Mit entsprechend spezialisierten Enzymen, die auch ohne Sauerstoff die Zellatmung ermöglichen.

Forscher der Goethe-Universität haben nun das vielleicht älteste Enzym der Zellatmung gefunden. Aus dem hitzeliebenden Bakterium Thermotoga maritima haben sie einen äußerst fragilen Proteinkomplex namens „Rnf“ isoliert.

---

https://www.laborpraxis.vogel.de/energie...liert-a-954971/


Enzym der Zellatmung isoliert
Forscher der Goethe-Universität haben das vielleicht älteste Enzym der Zellatmung gefunden.

Zitat

---

Aus dem hitzeliebenden Bakterium Thermotoga maritima konnten sie jetzt einen äußerst fragilen Proteinkomplex namens „Rnf“ isolieren. Die Gene, die für das Enzym kodieren, waren zwar bereits vor rund 10 Jahren entdeckt worden. Die Isolierung des Enzyms und damit der Nachweis, dass es wirklich von Bakterien gebildet und zur zellulären Energiegewinnung genutzt wird, ist jetzt den Frankfurter Forschern gelungen. Ihre Forschungsergebnisse wurden in "Communications Biology" veröffentlicht.

In der ersten Milliarde an Jahren gab es auf der Erde keinen Sauerstoff. Das Leben entwickelte sich in einer anaeroben Umgebung. Frühe Bakterien gewannen ihre Energie wahrscheinlich durch den Abbau verschiedener Substanzen mittels Gärung. Daneben schien es jedoch auch eine Art „Atmung ohne Sauerstoff“ gegeben zu haben. Dies legten Untersuchungen an ursprünglichen Mikroben nahe, die heute noch in anaeroben Lebensräumen vorkommen.

„Wir hatten schon vor 10 Jahren gesehen, dass es in diesen Mikroben Gene gibt, die vielleicht für ein ursprüngliches Atmungsenzym kodieren. Seitdem haben wir und andere Gruppen weltweit versucht, die Existenz dieses Atmungsenzyms nachzuweisen und es zu isolieren. Für lange Zeit ohne Erfolg, der Komplex war zu fragil und fiel bei jedem Versuch, ihn aus der Membran zu isolieren, auseinander. Die Bruchstücke wurde gefunden, ließen sich aber nicht wieder zusammensetzen“, erklärt Prof. Volker Müller aus der Abteilung Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik der Goethe Universität Frankfurt.

---

Zitat

---

Wie die Wissenschaftler in ihrer aktuellen Forschungsarbeit berichten, funktioniert der Enzymkomplex in etwa so wie ein Pumpspeicherkraftwerk, das Wasser in einen höher gelegenen See pumpt und aus dem wieder nach unten fließenden Wasser über eine Turbine Strom gewinnt.

Nur transportiert in der Bakterienzelle das Rnf-Enzym (biochemisch: Ferredoxin:NAD-Oxidoreduktase) Natrium-Ionen aus dem Zellinneren über die Zellmembran nach außen und erzeugt dadurch ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld nutzt eine - sozusagen- zelluläre „Turbine“ (ATP-Synthase): Sie erlaubt es den Natrium-Ionen, entlang des elektrischen Felds zurück ins Zellinnere zu strömen, und gewinnt dabei Energie in Form von ATP.

Der biochemische Nachweis und die bioenergetische Charakterisierung dieses ursprünglichen Rnf-Enzyms erklärt, wie erste Lebensformen ATP erzeugt haben. Das Rnf-Enzyms funktioniert offenbar so gut, dass es auch heute noch in vielen Bakterien und einigen Archaeen enthalten ist, auch in einigen pathogenen Bakterien, in denen die Rolle des Rnf-Enzyms noch vollkommen unklar ist. „Unsere Untersuchungen strahlen also weit über den Untersuchungsorganismus Thermotoga maritima hinaus und sind für die Physiologie der Bakterien äußerst wichtig“, erklärt Müller. Nun sei es wichtig zu verstehen, wie das Rnf-Enzym genau funktioniere und welche Rolle die einzelnen Teile hätten. „Da sind wir auf einem sehr guten Weg, da wir das Rnf-Enzym mittlerweile mit gentechnischen Verfahren selbst herstellen können“, freut sich Müller.

---

https://www.labo.de/zell-und-mikrobiolog...ng-isoliert.htm


Ältestes Enzym der Zellatmung isoliert
Rnf-Enzymkomplex könnte den ersten Zellen die ATP-Synthese ermöglicht haben
Endlich geschafft: Zehn Jahre nachdem eines der vielleicht ältesten Enzyme der Zellatmung entdeckt wurde, ist nun auch seine Isolierung gelungen. Forscher haben das fragile Ur-Enzym erstmals aus einem hitzeliebenden Bakterium isoliert und konnten so seine Funktion als zentraler Energielieferant beweisen. Demnach pumpt dieser Enzymkomplex Natriumionen durch die Zellmembran nach außen und erzeugt so den Gradienten, der die ATP-Synthese antreibt.

Zitat

---

Wo und wann genau das erste Leben auf der Erde entstand, ist bis heute strittig – ob an Tiefseeschloten, in heißen Tümpeln oder auch in Gesteinsporen. Klar scheint aber, dass die ersten Zellen ihre Energie wahrscheinlich anaerob gewinnen mussten, weil Sauerstoff auf der Urerde rar war. Dafür benötigten die ersten Lebensformen Enzyme, die über Elektronenaustausch-Prozesse elektrochemische Gradienten an ihren Membranen erzeugten. Aus diesen konnte dann ein weiteres Enzym den zellulären Energielieferanten ATP erzeugen.

Uralter Enzymkomplex
Doch was für Enzyme erlaubten den ersten Zellen ihre anaerobe Atmung? Schon länger vermuten Wissenschaftler, dass einfache Ferredoxin-Moleküle ein Teil dieser Urenzyme gebildet haben könnten. „Ferredoxin ist ein idealer Elektronendonor in der anoxischen Welt, weil es ein niedriges Redox-Potenzial besitzt“, erklären Martin Kuhns und seine Kollegen von der Goethe-Universität Frankfurt.

Kombiniert zu einem sogenannten Rnf-Komplex (Ferredoxin-NAD-Oxidoreduktase) transportiert dieses Enzym Natriumionen aus den Zellen nach außen. Wenn diese dann passiv wieder einströmen, erzeugt dies die Energie, die die ATP-Produktion antreibt. So die Theorie. Tatsächlich haben Forscher diesen Enzymkomplex schon bei einigen anaeroben Bakterien nachgewiesen. Bislang fehlte aber der Nachweis, dass der Rnf-Komplex diese Atmungsfunktion ausübt.

---

Zitat

---

Wie eine Pumpe
Erstmals war es damit möglich, die Funktionsweise dieses Ur-Enzyms näher im Labor zu untersuchen. Es zeigte sich: Der Rnf-Komplex transportiert tatsächlich Natriumionen aus den Zellen heraus und ermöglicht so die ATP-Synthese. Der Enzymkomplex funktioniert damit in etwa so wie eine Pumpe, das Wasser in den höher gelegenen See eines Pumpspeicherkraftwerks pumpt. Aus dem wieder nach unten fließenden Wasser gewinnt dann eine Turbine Strom.

„Unsere Studien liefern damit den Beweis, dass der Rnf-Komplex tatsächlich ein Ionentransportierendes Atmungsenzym ist“, sage die Forscher. Damit könnte dieser uralte Komplex schon die ersten Lebensformen die Synthese der zentralen Energiewährung ATP ermöglicht haben. „Unsere Untersuchungen strahlen demnach weit über den Untersuchungsorganismus Thermotoga maritima hinaus und sind für die Physiologie der Bakterien äußerst wichtig“, sagt Müller.

Nun sei es wichtig zu verstehen, wie das Rnf-Enzym genau funktioniere und welche Rolle die einzelnen Teile hätten. Immerhin funktioniert das Rnf-Enzym offenbar so gut, dass es auch heute noch in vielen Bakterien und einigen Archaeen enthalten ist, auch in einigen pathogenen Bakterien, in denen die Rolle des Rnf-Enzyms noch vollkommen unklar ist.

---

https://www.scinexx.de/news/biowissen/ae...tmung-isoliert/

Hallo Prometheus,

beim Menschen könnten evtl. bis zu 10000000000000 Quantencomputer miteinander kommunizieren (Atmungskette der Mitochondrien). Diese Komplexität ist für uns kaum vorstellbar.

Viele Grüße

Roger

Bei den Dokus von Arte lernt man immer neues!

Was brachten Meteoriten auf die Erde? | Leben aus dem All | Doku HD Reupload | ARTE

Video leider nicht verfügbar, steht bei mir?

Zitat von Nurdug im Beitrag #21

---

Video leider nicht verfügbar, steht bei mir?

---

Meteoriten analysiert
Gab es das erste Leben im Sonnensystem am Mars?
Als der Mars vor rund 4,5 Milliarden Jahren ein junger Planet war, wurde er von eisreichen Asteroiden regelrecht bombardiert, die Wasser, aber auch organische Moleküle lieferten, wie sie für die Entstehung von Leben - so wie wir es kennen - notwendig sind. Laut einer neuen Studie ist das erste Leben in unserem Sonnensystem demnach auf dem Roten Planeten entstanden …
https://www.krone.at/2862447