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THEMA: Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck

Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 25 06. 2019 16:25 #53116

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Nach der Lektüre der einschlägigen Stellen im Buch bezüglich der Abiogenese fiel mir auf, dass sehr viel Schwergewicht auf Energiefluss, Molekülsynthese und -anreicherung sowie Schutz vor zerstörerischen Strahlungswirkungen gelegt wurde. Darüber hinaus wurde das Problem aus physikalischer Sicht für gelöst erklärt, da das Prinzip der lokalen Entropiesenkung über Membranhüllen gewährleistet wird, welche die angehäuften Makromoleküle im Innern eines Vesikels festhält.

Überhaupt nicht angerissen wurde die Frage, wie es denn dem ursprünglichen Vesikel und dessen Inhalt gelingt, die Ordnung der Reaktionsabläufe aufrecht zu erhalten, die neben der Stabilität des Vesikels als Ganzem zugleich auch die Komponenten reproduzieren, welche diese stabilisierenden Ordnungsprozesse überhaupt erst realisieren.

Das Problem, welches mit der spontanen Abiogenese verbunden ist, löst sich nicht von selbst, indem sich sukzessive immer mehr Makromoleküle in einem Vesikel anreichern - diese müssen im Zuge der Anreicherung zugleich auch so miteinander wechselwirken, dass dabei eine Struktur höherer hierarchischer Ordnung entsteht, welche als Ganzes wiederum auf die Bedingungen rückkoppelt, über die sich die Komponenten konstituieren, die diese geordnete Struktur hervorbringen und als Fließgleichgewicht stabilisieren.

Dass das Gesamtsystem dann als Effekt die Entropie lokal senkt, indem es unter Energieverbrauch die Entropie der Umgebung äquivalent erhöht, ist ein Resultat dieser Prozesse, auf das Erwin Schrödinger erstmals hingewiesen hat. Aber das Prinzip der lokalen Entropieabsenkung realisiert sich auch durch einen Kühlschrank, der an ein Stromnetz angeschlossen ist. Schrödingers Hinweis greift also zu kurz, um das Wesen des Lebens aus physikalischer Sicht zu erfassen.

Um sich dem Problem anzunähern, wie sich die Lebensvorgänge physikalisch erfassen lassen, genügt es nicht, sich bis zur DNA vorzuarbeiten und aus der "Schlüsselschrift" der Basensequenz das Geheimnis des Lebens als gelöstes Problem zu betrachten. Schon gar nicht lässt sich aus der Struktur von Nucleinsäuren und ihrer abiotischen Entstehung ableiten, dass das Problem der Abiogenese aus physikalischer Sicht geklärt sei, weil über die Nucleinsäuren das Prinzip der lokalen Entropiesenkung realisiert wird.

So simpel stellt sich die Problematik nun doch nicht dar. Zunächst ist festzustellen, dass das koordinierte Zusammenwirken der verschiedenen Moleküle in einer Zelle mehrheitlich ein Effekt verschiedener Enzyme ist. Enzyme sind Proteine und Proteine setzen sich meist aus einer Peptidkomponente zusammen sowie aus einer Nicht-Peptidkomponente, die man auch als prosthetische Gruppe bezeichnet.

Übertragen auf die Verhältnisse zum Beginn des Lebens kann man sagen, dass moderne Enzyme die Bedingungen eines mineralischen Untergrunds imitieren, der diverse spezifische Vertiefungen sowie diverse Verteilungsmuster von Metall-Ionen und hydrophilen und hydrophoben Gruppen aufwies. Relikte stellen z.B. die Fe-S-Cluster in einigen Enzymen dar.

Der Peptidanteil in Enzymen besitzt entsprechend der beteiligten Aminosäurenreste eine bestimmte Faltung, die sich aus der Interaktion mit Wasser ergibt, wobei hydrophile Seitenketten nach außen wandern und hydrophobe nach innen. Die ungefähr kuglige Gestalt weist somit mehrere Furchungen, Hervorstülpungen und Einstülpungen auf. Einige wenige Aminosäurenreste konzentrieren sich an der Stelle, wo die Reaktion erfolgt, die das Enzym ermöglichen soll. Diese Stelle ist das aktive Zentrum.

Das aktive Zentrum ist meist so beschaffen, dass ein bestimmtes Molekül / zwei bestimmte Moleküle festgehalten und chemisch umgeformt (z.B. Gruppentransfer) oder in kleinere Moleküle aufgespalten bzw. zu einem größeren Molekül verbunden wird. Interessant und aufschlussreich für dieses Thema ist hier, dass es sich im Wesentlichen um einen mechanischen Vorgang handelt, bei dem spezifische Molekülformen ineinandergreifen und eine bestimmte mechanische Arbeit verrichtet wird (Übertragen eines Molekülteils auf ein anderes Molekül, Spalten eines Moleküls, Verbinden zu einem Molekül).

Analoge Prozesse müssen sich ebenso während der Abiogenese ereignet haben, nur dass hier kein fixierter Enzymbestand vorgelegen hatte, der mit Hilfe von Nucleinsäuren beliebig oft reproduziert werden konnte. Das Problem, welches mit der Abiogenese verbunden ist, ist also primär kein chemisches - also nicht die Entstehung und Bereitstellung von diversen Makromolekülen aus einfacheren chemischen Vorstufen (Monomere) - sondern ein mechanisches, weil es im Zuge der sukzessive sich steigernden Komplexität zunehmend auf die Bereitstellung passend geformter Moleküle ankam, die infolge ihres passenden Ineinandergreifens Prozesse etablierten, die einen Ordnungszuwachs des Gesamtsystems nach sich zogen.

Vor der Etablierung eines genetischen Codes, der hinreichend robust und zugleich hinreichend spezifisch gewesen ist, um Peptide mit hinreichend ähnlichen Faltungsmustern zu reproduzieren, die für die Aufrechterhaltung des präbiotischen Gesamtsystems einer Protozelle notwendig gewesen sind, war das passende Zusammenfinden passender Moleküle vom Zufall abhängig, da die Sequenzen von Nucleinsäuren (insbesondere RNA, die ebenfalls enzymatische Eigenschaften aufweist) sowie von Peptiden ohne genetische Fixierung frei kombiniert worden sind.

Hier ist das eigentliche Problem zu sehen: Wie gelang es vor der Etablierung eines Mechanismus der genetischen Fixierung von Peptidsequenzen die für die Stabilisierung des Gesamtsystems notwendigen Enzyme hinreichend genau zu reproduzieren? Der Verweis auf die RNA-Welt-Hypothese reicht leider nicht hin, denn auch wenn RNA enzymatische Eigenschaften aufweist und über die Basensequenzen die Möglichkeit einer Fixierung über komplementäre Basenpaarungen besteht, wird der Aufwand für die Bewältigung sowohl der identischen Reproduktion der Ribozyme (als auch der Ribozym-Matrizen!) als auch der verschiedenen Stoffwechselmoderierungen im Gesamtsystem für eine einzelne Molekülklasse schon sehr bald zu groß.

Das zu lösende Problem ist die passgenaue Interaktion zwischen Peptiden (Enzymen) und Nucleinsäuren (Matrizen), wobei eine Aufspaltung der verschiedenen Funktionen (Katalyse und Matrize) auf zwei verschiedene Molekülklassen erfolgen muss im Sinne einer wechselseitigen Unterstützung bei der Reproduktion (Enzyme helfen den Nucleinsäuren, sich zu reproduzieren und umgekehrt helfen die Nucleinsäuren den Enzymen, sich zu reproduzieren). Der Schlüsselmechanismus ist hierbei die Translation - also der Schritt, bei dem mit Hilfe von Basensequenzen der beteiligten RNA-Moleküle die Aminosäuresequenz eines bestimmten Peptids zusammengebaut wird, welches dann z.B. als Protein u.a. als Enzym im Organismus eine bestimmte Funktion ausführt, welche sich dann wiederum auf den Phänotyp dieses Organismus' auswirkt.

Die Mechanik, die die Translation ausmacht, kann man in folgendem kurzen Video anschaulich dargestellt sehen:

Ribosome in action

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 25 06. 2019 20:34 #53126

Ok, ja was soll man dazu sagen, Willkommen bei Lebenden.

//: Ist das nicht Elektrostatik wo in der von dir beschriebenen Mechanik, für Bewegung sorgt? Unser Größte Organ ist wohl ein Faradayscher Käfig. Ich weiß das nicht, hat da wer mehr Infos? Forum braucht wohl mehr Mediziner. :D

Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

Man muss noch Chaos in sich haben, um einen tanzenden Stern gebären zu können.
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Letzte Änderung: von Chris. Begründung: // (Notfallmeldung) an den Administrator

Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 25 06. 2019 21:50 #53131

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Hallo Chris,

Willkommen bei Lebenden


Danke.

Ist das nicht Elektrostatik wo in der von dir beschriebenen Mechanik, für Bewegung sorgt?


Ja, im Kontext mit den verschiedenen spezifischen Molekülformen, die dann spezifische Reaktionen, Bewegungen usw. ermöglichen.

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 12 08. 2019 13:56 #55238

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 13 08. 2019 18:52 #55364

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Diagnostiker schrieb: Ein sehr guter Thread mit einem sehr guten Text, der das eigentliche Problem bei der Lebensentstehung klar herausarbeitet. Die molekulare Mechanik ist bislang in den einschlägigen Modellen tatsächlich ein blinder Fleck geblieben. Stattdessen erfährt man nur Oberflächliches, bei dem die Illusion genährt wird, wir stünden kurz vor dem finalen Durchbruch im Verständnis der Prozesse der Abiogenese. Dem ist nicht so!


Klingt ganz so, als wärst Du selbst der threadersteller.

Ganz nebenbei, die "molekulare Mechanik" ist kein blinder Fleck geblieben, sondern steht sogar im Zentrum mancher Modelle.
Die Hypothese der Root-Bernsteins beispielsweise ist zumindest interessant.

www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022519314006778
www.sciencedirect.com/science/article/pi...316001260?via%3Dihub
www.mdpi.com/1422-0067/20/1/140

Gruß,
Lulu

Wer mit hinreichendem Denkvermögen analysieren könnte, unter welchen Bedingungen die Erfahrung überhaupt möglich ist, der müsste zeigen können, dass aus den Bedingungen bereits alle allgemeinen Gesetze der Physik folgen. Die so herleitbare Physik wäre gerade die vermutete einheitliche Physik. (Carl Friedrich von Weizsäcker, 1967)
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Wer mit hinreichendem Denkvermögen analysieren könnte, unter welchen Bedingungen die Erfahrung überhaupt möglich ist, der müsste zeigen können, dass aus den Bedingungen bereits alle allgemeinen Gesetze der Physik folgen. Die so herleitbare Physik wäre gerade die vermutete einheitliche Physik. (Carl Friedrich von Weizsäcker, 1967)

Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 14 08. 2019 19:11 #55436

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 14 08. 2019 22:14 #55458

Danke Lulu für die Links.

Weit davon entfernt zu sein auch nur einen Hauch von Ahnung von Biochemie zu haben passt das doch zu meiner Vorstellung das nur ein einziges Molekül genügt das als Schablone für Selbstreplikation taugt um über andere zufällige Konfigurationen zu dominieren. Schutz durch eine funktionierende Zellstruktur dürfte zweitranging sein, Der könnte Anfangs auch durch natürliche Umgebungsbedingungen gegeben gewesen sein.
Schön das die aktuelle Forschung an echtem Genom Hinweise findet die für diesen Ansatz sprechen.

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 14 08. 2019 23:03 #55462

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 15 08. 2019 00:55 #55467

Diagnostiker schrieb: Dieses Szenario führt jedoch zum "egoistischen Replikator", der die vorhandenen Ressourcen nur dazu verbraucht, um weitere Kopien von sich herzustellen.

Ich denke man sollte allzu menschliche Attribute vermeiden. So ein Molekül will nichts und tut nichts aktiv mit irgend einer Absicht. Es will auch es keine Kopien von sich herstellen. Ob das passiert ist eine Frage der Wahrscheinlichkeiten. Ist ein solches Molekül erstmal da und existiert lang genug um als Schablone für mehrere Kopien seiner selbst zu dienen wird, ja muss es in einer Umgebung mit begrenzten Resourcen über kurz odel lang dominieren.

Das dieser Prozess die vorhandenen Resourcen verbraucht ist ja nicht schlecht sondern hilft "Konkurrenten" zu unterdrücken. (jetzt verwende ich die Attribute selber^^) Es ist ja nicht gesagt das die Kopie nur den Abschnitt betrifft der die Reproduktion ermöglicht. Sicher hängt da noch eine Menge zufälliger "Mist" mit dran. Einen Mechanismus zur Selbstreproduktion halte ich jedenfalls für das absolute Fundament auf dem die Biogenese weitergehen kann. Weitere vorteilhafte Veränderungen der Struktur können nur dann Bestand haben wenn diese auch irgendwie weitergegeben werden können. Ansonsten wären die bei Zerstörung des mutierten Moleküls unwiederbringlich verloren.

Diagnostiker schrieb: Für alternative Ansätze, die in ein Stoffwechselsystem eingebunden sind und als Matrize für eine Enzymsynthese dienen könnten, bleibt dann nichts mehr übrig.

Wieso? Das kann sich ja quasi Huckepack entwickeln. Es hängt natürlich viel davon ab wie sich Reproduktion und Zerstörung die Waage halten, wie die Mutationsrate ist und welche Prozesse welche Resourcen brauchen. Replikationsfehler könnten dafür sogar nützlich sein.
Wie kommt es denn das unser Genom so fehlertolerant ist wie es ist? Ein Fehler der zur Zerstörung führt liefert wieder Resourcen für die Kopien die den Fehler nicht haben, ein "Fehler" der auch nur den geringsten Vorteil bietet führt wieder dazu das genau diese Kopie früher oder später über die anderen dominiert.

Diagnostiker schrieb: So lange der Replikator in eine andere Matrix eingebunden ist (z.B. Gesteinsporen) kann er sich auch anderswo austoben,

Wer die Gesteinspoore verlässt und noch keinen Schutz hat wird keine Kopie von sich bekommen sondern ggf. als Rohstoff dienen. Das ist schon klar.

Diagnostiker schrieb: Eigentlich nicht, denn die betreffenden Paper informieren darüber, dass sich in der rRNA - also dem Nucleinsäurebestandteil der Ribosomen, welche für die Proteinsynthese zuständig sind - Sequenzen finden, die sich auch in anderen RNA's finden, die an der Proteinsynthese beteiligt sind.

MeredithRoot-Bernstein schrieb: Highlights
• Hypothesize that ribosome was self-replicating intermediate between compositional or RNA-world and cellular life.
rRNA contains genetic information encoding self-replication machinery: all 20 tRNAs and active sites of key ribosomal proteins.
• Statistical analyses demonstrate rRNA-encodings are very unlikely to have occurred by chance.
• Contradicts view of rRNA as purely structural suggesting instead that rRNA, mRNA and tRNA had common ribosomal ancestor.
• Suggest that DNA and cells evolved to protect and optimize pre-existing ribosome functions.

Das geht doch genau in die Richtung meines Ansatzes oder nicht?
Einzig den mittleren Punkt "...rRNA-encodings are very unlikely to have occurred by chance." verstehe ich irgendwie inhaltlich nicht.

Ich möchte nochmal betonen das ich auf dem Gebiet absoluter Laie bin der versucht sich den Prozess der Biogenese irgendwie vorzustellen.

assume good faith

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 15 08. 2019 06:41 #55474

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Diagnostiker schrieb: Hallo Merilix,

passt das doch zu meiner Vorstellung das nur ein einziges Molekül genügt das als Schablone für Selbstreplikation taugt um über andere zufällige Konfigurationen zu dominieren.


Dieses Szenario führt jedoch zum "egoistischen Replikator", der die vorhandenen Ressourcen nur dazu verbraucht, um weitere Kopien von sich herzustellen.
Für alternative Ansätze, die in ein Stoffwechselsystem eingebunden sind und als Matrize für eine Enzymsynthese dienen könnten, bleibt dann nichts mehr übrig. An diesem Szenario scheitert übrigens auch das Konzept der Hyperzyklen von Eigen und Schuster: Entweder er entartet zum egoistischen Replikator oder er kollabiert infolge der Anhäufung von Replikationsfehlern.


Hallo Merilix,

diese Charakterisierung der Root-Bernstein-Hypothese von unserem Naturalisten/Diagnostiker ist grob irreführend. Die Hypothese beinhaltet kein stupides Replizieren, sondern sieht das Ribosom als Minimalgenom, an dem die Evolution ( im Sinne von Mutation und Selektion ) ansetzen kann und das sich beim Replizieren weiterentwickelt und zunehmend komplexer wird. Ich habe heute keine Zeit, aber vielleicht komme ich am Wochenende dazu, die Hypothese so umgangssprachlich wie möglich darzustellen (für alle, die nie einen Biochemiekurs besucht haben).

Die Abiogenese-Forschung nimmt gegenwärtig erst so richtig Fahrt auf. Neben den klassischen Laborexperimenten wie diesem

www.en.uni-muenchen.de/news/newsarchiv/2019/trapp_dnawelt.html

sind es die Methoden der Bioinformatik, die hier ganz neue Möglichkeiten eröffnen. In einer Art Molekulararchäologie gräbt man nach den ältesten Sequenzen mit der Arbeitshypothese, so die minimalen Konstituenten einer Urzelle zu rekonstruieren.

Gruß,
Lulu

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 15 08. 2019 15:17 #55484

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 15 08. 2019 16:16 #55487

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 15 08. 2019 17:42 #55493

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Diagnostiker schrieb: Hallo Lulu,

diese Charakterisierung der Root-Bernstein-Hypothese von unserem Naturalisten/Diagnostiker ist grob irreführend.


es wäre für die Diskussion hilfreich, wenn Du meine Postings nicht sinnentstellend charakterisierst. Dein Zitat betraf meine Anmerkung bezüglich der Idee, ein einzelnes Molekül könnte den Beginn des Lebens darstellen, wenn es in der Lage ist, sich selbst zu replizieren und somit einen mengenmäßigen Überhang zu gewinnen. Die Root-Bernstein-Hypothese hatte ich anders beschrieben, wie man selber noch einmal nachlesen kann. Weiterhin ist mein Nick "Diagnostiker" und nicht "Naturalist". Ich bitte darum, dies künftig zu beachten.

Die Hypothese beinhaltet kein stupides Replizieren, sondern sieht das Ribosom als Minimalgenom, an dem die Evolution ( im Sinne von Mutation und Selektion ) ansetzen kann und das sich beim Replizieren weiterentwickelt und zunehmend komplexer wird.


Die Hypothese beschreibt, dass es offenbar einen Zusammenhang gibt zwischen der Evolution der verschiedenen RNA-Spezies, weil die Wahrscheinlichkeit, dass sich zufällig ähnliche Basensequenzen in allen drei RNA-Spezies, die miteinander verglichen wurden, vorfinden erheblich geringer ist als wenn es einen Entwicklungszusammenhang gibt. Auf dieser Grundlage wird überlegt, wie dieser Zusammenhang beschaffen gewesen sein könnte, der zur Entstehung des Ribosoms geführt hat. Das Ribosom wird als Bindeglied verstanden, welches die postulierte RNA-Welt mit der heutigen DNA-RNA-Protein-Welt verknüpft.

Die Details muss ich mir noch durcharbeiten, aber von einem "stupiden Replizieren" hatte ich in Bezug auf die dargestellte Hypothese nicht gesprochen.


Hallo Diagnostiker,

Danke für Deine Klarstellung bezüglich der Root-Bernstein-Hypothese. So wie Du es hier beschreibst, kommt es in Deinem vorherigen post, den ich jetzt noch mal nachgelesen habe, zumindest nicht deutlich zum Ausdruck.

Was den nickname betrifft: Wenn ein "neuer" User zu den gleichen Themen im genau gleichen Sprachstil genau die gleichen Ansichten vertritt, genau die gleiche Buchempfehlung gibt (Lily E. Kay) usw. , dann ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass es sich um einen wirklichen "neuen" User handelt fast so klein wie die, mit denen wir es bei der Abiogenese zu tun haben und zumindest ich kann mich des Eindrucks nicht erwehren, dass es sich doch um die selbe Person handelt. Und diesem Empfinden habe ich nur versucht, einen (Doppel-)namen zu geben.

Ganz abgesehen davon, dass der Diagnostiker diesen vom Naturalisten erstellten thread wie folgt lobt und, bislang jedenfalls, auch nicht abgestritten hat, selbst der threadersteller zu sein.

Lulu schrieb:

Diagnostiker schrieb: Ein sehr guter Thread mit einem sehr guten Text, der das eigentliche Problem bei der Lebensentstehung klar herausarbeitet. Die molekulare Mechanik ist bislang in den einschlägigen Modellen tatsächlich ein blinder Fleck geblieben. Stattdessen erfährt man nur Oberflächliches, bei dem die Illusion genährt wird, wir stünden kurz vor dem finalen Durchbruch im Verständnis der Prozesse der Abiogenese. Dem ist nicht so!


Klingt ganz so, als wärst Du selbst der threadersteller.

Gruß,
Lulu


Wer mit hinreichendem Denkvermögen analysieren könnte, unter welchen Bedingungen die Erfahrung überhaupt möglich ist, der müsste zeigen können, dass aus den Bedingungen bereits alle allgemeinen Gesetze der Physik folgen. Die so herleitbare Physik wäre gerade die vermutete einheitliche Physik. (Carl Friedrich von Weizsäcker, 1967)

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Wer mit hinreichendem Denkvermögen analysieren könnte, unter welchen Bedingungen die Erfahrung überhaupt möglich ist, der müsste zeigen können, dass aus den Bedingungen bereits alle allgemeinen Gesetze der Physik folgen. Die so herleitbare Physik wäre gerade die vermutete einheitliche Physik. (Carl Friedrich von Weizsäcker, 1967)

Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 15 08. 2019 18:14 #55495

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 15 08. 2019 21:16 #55509

Diagnostiker schrieb:

Ist ein solches Molekül erstmal da und existiert lang genug um als Schablone für mehrere Kopien seiner selbst zu dienen wird, ja muss es in einer Umgebung mit begrenzten Resourcen über kurz odel lang dominieren.


Das ist richtig, aber was passiert dann, nachdem es sich diese Dominanz verschafft hat? Was passiert, wenn das Rohmaterial ausgeht, also keine frei verfügbaren Nucleotide mehr vorhanden sind?

Das passiert nicht. Es gibt zerstörerische Umwelteinflüsse. Ich denke da eher an ein empfindliches Gleichgewicht. Ich unterstreiche das "existiert lang genug" um implizit zu sagen das die Moleküle natürlich nicht ewig Bestand haben. Heutzutage sind DNA Stränge wohl recht langlebig aber wie schaut es mit RNA unter damaligen Verhältnissen aus? Ich weis zu wenig um das wirklich seriös beurteilen zu können.

Diagnostiker schrieb: Dann hätte man eine Vorform von Evolution, wo die verschiedenen Molekülvarianten miteinander um Rohmaterial konkurrieren, indem sie sich dem Abbau durch die Konkurrenz entziehen.

An eine aggressive Richtung hatte ich jetzt nicht gedacht aber möglich wärs.

Einen Mechanismus zur Selbstreproduktion halte ich jedenfalls für das absolute Fundament auf dem die Biogenese weitergehen kann.


Dem will ich gar nicht widersprechen, aber dieser Mechanismus darf sich nicht auf eine Molekülsorte beschränken, sondern er muss vernetzt sein mit einem größeren Umfeld mit vielen Stoffwechselreaktionen.
[/quote]
Der erste Schritt darf nicht zu kompliziert sein um beliebig Unwahrscheinlich zu werden. Um den geht es.
Allzu komplexe Vernetzung der Prozesse als Voraussetzung wäre doch eher kontraproduktiv. Falls die Bedingungen sich ändern bräche das System zusammen weil noch kein Mechanismus existiert diese wenigstens im Umfeld der "Zellen" (ist hier nicht wörtlich zu nehmen) aufrechtzuerhalten. Es bestand ja bisher keine Notwendigkeit diese zu entwickeln.

Diagnostiker schrieb: Was wir also suchen, ist ein umfangreicheres Stoffwechselsystem, wo eine Vielzahl von Komponenten so zusammenwirkt, dass sich Rückkopplungen ergeben, die dann auch sich replizierende Moleküle einbinden, wenn diese für das Gesamtsystem einen "nützlichen Beitrag" leisten.

Wenn die Reproduktion erstmal funktioniert habe wir eine Basis dafür das der Replikant ein solches System in kleinen Schritten entwickeln kann. Wäre das vorher schon da müsste der Replikant intelligent genug sein sich Steuermechanismen auszudenken die er in sein Genom einbauen kann nur für den Fall das die äußeren Bedingungen sich mal ändern. Das können wir wohl getrost abhaken.

Diagnostiker schrieb: Wir kommen also um eine Mindestkomplexität nicht herum, wenn wir in der Biogenese weiterkommen wollen.

Ja sicher, die Frage ist wie Mindestkomplex das System sein muss, wo die absolute Untergrenze liegt. Wie gesagt, allzu komplex darf es nicht sein aber natürlich auch nicht allzu einfach. Sonst hätten wir ja ständig neue Lebensformen.

Diagnostiker schrieb: Das Problem besteht also in einem hinreichend genauen Reproduktionsmechanismus, der die benötigten Moleküle stetig nachliefert, nachdem die bereits vorhanden gewesenen sich verbraucht haben.

Die Frage ist wie genau die "Initialzündung" sein muss. Ich denke das sich der Reproduktionsmechanismus, einmal in Gang gekommen, selbst stabilisieren kann, Am Anfang wird die Fehlerquote womöglich noch recht hoch gewesen sein.

Replikationsfehler könnten dafür sogar nützlich sein. Wie kommt es denn das unser Genom so fehlertolerant ist wie es ist?

Ja, Replikationsfehler können nützlich sein, solange der Replikator als Einzelmolekül in seinem selbstbezüglichen Reproduktionszyklus festhängt, um sich effizienter zu replizieren. [/quote]
Was heist "festhängt"? Ist denn nicht "sich effizienter zu replizieren" DAS Prinzip nach dem Leben funktioniert?

Und naja, die individuellen Besonderheiten des Genoms des Replikanten dessen System kollabiert ist ist heute nicht Bestandteil unseres Genoms^^.

Diagnostiker schrieb: Zur Frage, warum unser Genom so fehlertolerant ist - das ist eine Folge von über 3 Milliarden Jahren Evolution mit funktionierenden Reproduktionsmechanismen innerhalb einer seither ebenfalls stabilen Komplexität der umgebenden biochemischen Abläufe, die optimierend gewirkt hat.

Ist es nicht so das man die Codierung so in ALLEN Lebensformen findet, nicht nur den heute lebenden sondern auch fossilen?

Die Fehlertoleranz der Codierung ist schon erstaunlich. Ein Informatiker hätte sich kaum eine bessere ausdenken können. Einerseits kompakt, andererseits liegen die größten Redundanzen gerade dort wo statistisch am häufigsten Fehler auftreten. Erstaunlich ist das insbesondere wenn man bedenkt das das alles nur auf Chemie bzw. physikalischen Grundprinzipien basiert -- dem Bestreben den energetisch günstigsten Zustand einzunehmen.

Und da kommen wir zum Kern meiner Anschauung:

Diagnostiker schrieb: Nein, denn Deine Richtung betrachtet einzelne Moleküle als Subjekt des Handelns.

Eigentlich sogar nur ein einziges Molekül (Einzahl) als Initialzündung.
Ich begründe das damit das -- zumindest soweit ich informiert bin -- die grundlegendsten Prozesse bei allen Lebensformen die wir kennen identisch sind. Es wäre schon erstaunlich wenn sich diese angesichts der Komplexität mehrfach genau gleich entwickelt hätten. (z.B. die Codierung bestimmter grundlegender Steuerenzyme...)

Man ist heute in der Lage am Genom einen sehr detailierten Stammbaum sehr weit zurück zu entwickeln. Mit zum Teil sehr erhellenden Resultaten z.B. im Zusammenhang mit der Entwicklung komplexer Organe wie dem Auge... Wenn ich mich nicht irre kann man stellenweise eine Verzweigung im Stammbaum auf ein einzelnes Individuum zurückführen. Warum sollte es dann nicht auch -- zumindest prinzipiell -- möglich sein den Begin des Lebens auf ein Molekül zurückzuführen? Ich meine was spricht dagegen?


PS: kleine Relativierung:
Gut möglich das es am Anfang mehrere parallele Entwicklungstränge gegeben hat, diese hatten aber keinen Bestand und sind deshalb nicht Bestandteil unseres Stammbaums geworden.
Wäre eine Vermischung zwischen verschiedenen Entwicklungsträngen denkbar? Dann müssten ja zumindest die Steuersequenzen kompatibel zueinander sein, sonst bringt das nix. Das wäre wie wenn man eine mir AES verschlüsselte Datei versuchte mit DES3 zu entschlüsseln^^

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 16 08. 2019 13:39 #55538

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 16 08. 2019 18:55 #55570

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 18 08. 2019 13:07 #55668

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Diagnostiker schrieb: Daraus ergibt sich als Mindestausstattung für ein potenziell evolutionsfähiges System 14 Peptide und 41 RNA's, also 55 Makromoleküle, die auf einander abgestimmt zusammenwirken müssen, um ein Gesamtsystem zu stabilisieren. Lassen wir die Schätzung mal noch um 50 Prozent Fehlertoleranz variieren, kommen wir auf eine Spannbreite von etwa 30 bis 80 Makromolekülen, die reproduziert werden müssen, damit es funktionieren kann.

Am Anfang wird die Fehlerquote womöglich noch recht hoch gewesen sein.


Ja, aber sie darf nicht zu hoch sein, da sonst der Systemkollaps droht. Das bedeutet, dass die Ausgangsbasis bereits hinreichend genau aufeinander abgestimmt gewesen sein muss, was dann wieder zur Folge hat, dass wir auf eine günstige Molekülkombination setzen müssen, die sich zufällig in einem abgegrenzten System eingefunden hat. Das senkt jedoch wieder die Wahrscheinlichkeit des Eintreffens auf einen sehr niedrigen Wert ab, ohne ihn genauer beziffern zu können.


Hallo Diagnostiker,

Deine Zusammenstellung von Biomakromolekülen liest sich wie eine Stückliste auf einer Montagezeichnung. So denkt man, wenn man vom Ergebnis her etwas "Zusammengesetztes" zu re-"konstruieren" versucht. Dann kommt man natürlich zu der Frage, wie alle diese Bauteile unabhängig voneinander "zufällig" entstanden sein können und sich dann auch noch "zufällig" gefunden haben, um ein "potenziell evolutionsfähiges System" zu bilden. Versucht man dann, Wahrscheinlichkeiten dafür abzuschätzen, kommt man zu Werten, für deren Kehrwerte die Bezeichnung "astronomisch" eine maßlose Untertreibung wäre, oder anders ausgedrückt, die Abiogenese hätte nie stattfinden dürfen.

Wenn wir aber über Evolution eins gelernt haben, dann das, dass Evolution so nicht funktioniert. Und ich hatte eigentlich gedacht, dass gerade Du diese Perspektive eines "menschlichen Konstrukteurs" bereits hinter Dich gelassen hast. Jedenfalls ließ Deine Kritik der Bauplan-Metaphorik dies vermuten.

Statt eines Bauteil-orientierten Blicks bedarf es eines holistischen, Interaktions-orientierten Blicks auf die "Ursuppe". Die Ursuppe muss man bereits als Ökosystem sehen und bevor es so etwas wie rudimentäre Urformen von Zellen gab, geht es um Interaktionen innerhalb und zwischen abiotisch entstandenen Populationen von Urbiomolekülen, ihre Aufspaltung in Subpopulationen und ihre Rückkopplungen mit den abiotischen Faktoren des Systems. Diese ökologische Denkweise ist in der Root-Bernstein-Hypothese implizit enthalten. Meredith Root Bernstein ist von Haus aus Ökologin und das merkt man bei genauerem Hinsehen auch.

(Wenn ich das Wort holistisch gebrauche, dann im Sinne eines echten Holismus und nicht im Sinne eines Pseudo-Holismus à la Martin-O aus dem Dunstkreis von Vitalismus, Lamarckismus, Kreationismus. Zwischen beiden gibt es ein ganz einfaches Unterscheidungskriterium: Beim echten Holismus ist die Summe aller Ganzheiten immer gleich Eins. "Gänzer" gehts nicht!)

Evolution lässt sich nur verstehen als ein in diesem Sinne holistischer biogeophysikochemischer Prozess. Es hat keine gesonderte Evolution des Lebens auf der Erde gegeben, sondern eine Evolution des Planeten. Aktuell hat der Planet zwar eine kleineres Problem, aber aus gewöhnlich gut unterrichteten Kreisen

urknall-weltall-leben.de/urknall-weltall...imawandel.html#54823

ist durchgedrungen, dass das Problem dabei ist, sich selbst zu lösen. Na wer sagts denn.

Aber zurück zur Abiogenese. Da, wo in Deinem Bauteil-Szenario die Evolution überhaupt erst beginnen kann, da ist sie in einem "Ursuppe-ökologischen" Szenario schon längst in Gange.
Stell Dir den Perspektivwechsel einfach so vor, als wäre der Präsident der Urbiomoleküle zu Beginn seiner Amtszeit vor die Mikrophone getreten und hätte den Seinen erklärt: "Frag nicht, was die Ursuppe für Dich tut! Frag, was kannst Du für die Ursuppe tun!"

Gehen wir zu Beginn von einer abiotisch entstandenen Zufalls-RNA-Molekül-Population und einer ebensolchen Zufalls-Polypeptidpopulation aus, dann hat der Vorläufer eines Vorläufers eines Vorläufers einer urribosomalen RNA wahrscheinlich nur eine minmal höhere Affinität zu Peptiden gehabt als andere RNA-Stränge. Aber durch die temporäre Aneinanderlagerung haben beide eine vorübergehend stabilere Konfiguration und damit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass einerseits ganz unspezifisch der Polypeptid-Strang verlängert wird und andererseits der RNA-Strang zumindest teilweise als Matrize für neue RNA-Moleküle diente.
Im Ergebnis gibt es in beiden Populationen bereits einen shift: in der Polypeptidpopulation in Richtung längerer Polypeptide, in der RNA-Population in Richtung "genetischer" Übereinstimmung mit diesem primitiven urribosomalen RNA-Strang. Beides wirkt wieder verstärkend auf die Ausgangssituation zurück.

Das heißt, am Anfang der Coevolution von Proteinen und Nukleinsäuren braucht es keine hinreichend aufeinander abgestimmte Ausgangsbasis gegeben haben, sondern mehr noch, es darf sie gar nicht gegeben haben. Das Wort "Fehlerquote" ist wieder der Perspektive des menschlichen "Re-Konstrukteurs" geschuldet.
(Badhofer, wo ist der Philosoph des "Fehlers im System", wenn man ihn braucht?)

Deine Stückliste von Makromolekülen, aufgestellt nach der hochspeziellen Funktion in einer Urform von Zelle, ist zu übersetzen in ökologische Nischen im Ökosystem Ursuppe. Viele davon dürften in einer Art Adaptiver Radiation wie bei den Darwin Finken besetzt worden sein. Überhaupt dürfen wir bei den Urformen heutiger, in einer langen Evolutionsgeschichte auf ihre spezielle Funktion hochgezüchteter Enzyme nur an Polypeptide/Proteine denken, die minimale Gleichgewichtsverschiebungen gegenüber den Prozessen in ihrer Abwesenheit bewirkt haben.

Für das Verständnis der Root Bernstein Hypothese ist die damalige Pressemitteilung der Aarhus University hilfreich:

www.eurekalert.org/pub_releases/2015-01/au-fts010715.php
www.mpg.de/7967321/mpibpc_jb_20131

Gruß,
Lulu

Wer mit hinreichendem Denkvermögen analysieren könnte, unter welchen Bedingungen die Erfahrung überhaupt möglich ist, der müsste zeigen können, dass aus den Bedingungen bereits alle allgemeinen Gesetze der Physik folgen. Die so herleitbare Physik wäre gerade die vermutete einheitliche Physik. (Carl Friedrich von Weizsäcker, 1967)
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Wer mit hinreichendem Denkvermögen analysieren könnte, unter welchen Bedingungen die Erfahrung überhaupt möglich ist, der müsste zeigen können, dass aus den Bedingungen bereits alle allgemeinen Gesetze der Physik folgen. Die so herleitbare Physik wäre gerade die vermutete einheitliche Physik. (Carl Friedrich von Weizsäcker, 1967)

Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 18 08. 2019 14:28 #55672

Hier stand mal etwas anderes.
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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 18 08. 2019 19:21 #55684

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Hallo Diagnostiker,

Diagnostiker schrieb:

Diese ökologische Denkweise ist in der Root-Bernstein-Hypothese implizit enthalten.


Diese Hypothese hat leider einige "Macken", wie ich inzwischen feststellen musste, aber dazu würde ich später noch einmal ausführlicher etwas schreiben. Ich will es kurz nur so sagen: Die weitreichenden Schlussfolgerungen werden durch die Resultate eines zweifelhaften Vorgehens nicht gedeckt.


Die Hypothese findet zunehmend Resonanz, sowohl in der Primär- als auch in der Sekundärliteratur. Kritik an ihrer Methodik ist mir bislang nicht untergekommen.
Ein aktuelles Beispiel: www.mdpi.com/2413-4155/1/2/46

Diagnostiker schrieb:

Aber durch die temporäre Aneinanderlagerung haben beide eine vorübergehend stabilere Konfiguration und damit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass einerseits ganz unspezifisch der Polypeptid-Strang verlängert wird und andererseits der RNA-Strang zumindest teilweise als Matrize für neue RNA-Moleküle diente.


Das folgt daraus keineswegs - weder dass sich der Peptidstrang verlängert, noch dass RNA eine Matrize wird für dann komplementäre Sequenzen, die sich vielleicht nicht mehr temporär an Peptide binden. Hier hätten wir schon mal eine Lücke, die noch zu schließen ist. Aber selbst wenn infolge einer temporären Anlagerung eine sukzessive Strangverlängerung beider Moleküle die Folge wäre, wäre offen, wie sich diese nunmehr längeren Moleküle in den Kontext einfügen, aus dem sie hervorgegangen sind.

in der RNA-Population in Richtung "genetischer" Übereinstimmung mit diesem primitiven urribosomalen RNA-Strang.


Wie gesagt, der neue Strang wäre komplementär zum alten und hätte damit eine andere Faltung - wobei noch hinzukommt, wodurch die Verknäuelung des alten Strangs verhindert wird, damit er als Matrize geeignet sein kann - ebenso natürlich die Verknäuelung des neuen Strangs, damit wenigstens er als Matrize für die Resynthese des alten Strangs dienen kann. Ganz so einfach scheint es nicht zu sein.


Die "Lücke" lässt sich mit Palindromsequenzen relativ einfach schließen.

Gruß,
Lulu

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 18 08. 2019 20:26 #55689

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 19 08. 2019 01:27 #55712

Hallo Diagnostiker,

Danke für deine ausführlichen Erklärungen. Eine ausführliche Antwort erfordert Zeit und Konzentration auf das Thema die im Moment knapp sind^^
Darum nur kurz:
Ich denke du setzt viel weiter hinten an als ich das tue, Viel zu viele Voraussetzungen die schon ungesteuert funktionieren müssen ohne das ein Druck da wäre diese ins Genom einzubauen.
Deiner Auffassung bezüglich des stupiden Replikators kann ich mich nicht anschliessen. Ich denke das System bricht nicht zusammen wenn die Resourcen ausgehen. Bei der Weinherstellung z.B. passiert das nur wenn die Alkoholkonzentration toxisch wird; geht nur der Zucker aus kommt die Gärung nur ins stocken, setzt aber wieder ein wenn Nachschub kommt (Sektherstellung). Ich sprach oben von einem Gleichgewicht zwischen Replikation und Zerstörung der Spielraum für Veränderungen liefert. Veränderungen die, wenn sie positiv sind rein statistisch zur Dominanz führen.

... ich merke: ich wiederhole mich.

assume good faith

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 19 08. 2019 16:05 #55731

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 19 08. 2019 21:38 #55753

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Hallo Diagnostiker,

aus Zeitgründen heute nur ein paar kurze Anmerkungen zu Deinen Kritikpunkten:

Dein Hauptkritikpunkt ist offensichtlich, dass Dir die Homologiesuche als zu ergebnisorientiert erscheint. Im ersten Artikel wird ja auch ausgeführt, dass es verschiedene Programme gibt, die, und das auch noch einstellungsabhängig, zu verschiedenen Ergebnissen führen. Ähnlichkeit kann molekularbioinformatisch tatsächlich verschieden definiert werden. Die Frage bezüglich der Methodik ist dann die, ob das von den Autoren gewählte Programm mit seinem Begriff von Ähnlichkeit dem zu untersuchenden Szenario angemessen ist.

Im Kern besteht das Szenario darin, dass das Ribosom ursprünglich selbst Träger der für es relevanten genetischen Information war, die dann mittels einer reversenTransskriptase irgendwann in cDNA weggeschrieben, gewissermaßen in die Cloud out(ge)sourced wurde. Das wäre dann die Erfindung der DNA gewesen. Hier ergeben sich schon gleich zwei neue Ansatzpunkte für die weitere Prüfung der Hypothese:

1.Auch bei der reversen Transskriptase ist dann natürlich ein evolutionärer Zusammenhang mit dem Ribosom-Komplex zu vermuten. Reverse Transkriptasen werden evolutionsgeschichtlich auf RNA-Polymerasen zurückgeführt. Bei den sogenannten RdRps lassen neuere Ergebnisse wiederum einen Ursprung in proto-tRNAs vermuten. Diese Ergebnisse stützen indirekt wieder die Root-Bernstein-Hypothese als ein weiteres Puzzlestück, das zum vermuteten Bild passt.

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28979293

2.Die weitere Entwicklung von cDNA-Genomen aus der Ribosom-DNA via Duplikationen usw. sollte seine Spuren in dem Aufbau der DNA und im Protein-Stammbaum hinterlassen haben. In dem letzten der 3 Artikel gibt es ja schon entsprechende Überlegungen hinsichtlich bestimmter Enzyme. Aber hier gibt es sicher noch viel Forschungspotential, um die Hypothese weiter zu erhärten oder eben nicht.

Wichtig ist, dass diese Hypothese a) erlaubt Vorhersagen zu machen und diese mit bioinformatischen Methoden zu überprüfen und
. b) eine in sich plausible Geschichte der Coevolution von Proteinen und Nukleinsäuren erzählen kann.

Mit der Erfindung der cDNA als externem Speicher, musste das ribosomale Genom keine genauen Kopien seiner ursprünglich Gene mehr behalten. Es konnte auf die Aufgabe Proteinbiosynthese optimiert werden. Das von den Root Bernsteins benutzte Programm hält bei seiner Suche nach ähnlichen Sequenzen damit Rechnung, dass es bei dieser Optimierung zu allen Arten möglicher genetischer Abwandlungen der ursprünglichen Gene kommen konnte: Deletionen, Substitutionen, Introns usw..

Nach so einer langen Evolutionsgeschichte ist gar nicht zu erwarten, dass die Sequenzen von tRNAs und der auf Sequenzübereinstimmung untersuchten Proteine noch intakt und an einem Stück auf der ribosomalen RNA vorzufinden sind. Insofern ist das, was Du als Artefakte empfindest, grundsätzlich zu erwarten.

Aus dem Artikel, den ich gestern zitiert habe, geht hervor, dass auch andere Forscher (mit anderen methodischen Ansätzen), signifikante Homologien zwischen tRNAs und rRNA gefunden haben.

www.mdpi.com/2413-4155/1/2/46/htm

Zu Deinem letzten Punkt hinsichtlich der Entstehung des genetischen Codes, so wird bei der Hypothese nicht unterstellt, dass dieser unabhängig von den Ribosomen entstanden wäre, sondern im Gegenteil genau in ihrem Kontext.

www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4687566/
www.mdpi.com/2075-1729/9/1/25/htm

Gruß,
Lulu

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 19 08. 2019 22:09 #55758

www.spektrum.de/news/am-anfang-war-die-tna/344811

TNA, eine interessante Hypothese. Ist es nur das oder gibts da inzwischen mehr Erkenntnisse?

Bin grad dabei die zum Thema 1) gehörenden Wiki-Artikel durchzuarbeiten -- Ist wirklich Arbeit aber die sind recht gut verständlich geschrieben. Man muss nur bisschen kritisch lesen und aufpassen wenn da chemischen Molekülen sprachlich irgend eine Absicht oder Intelligenz untestellt wird^^

Interessant finde ich
de.wikipedia.org/wiki/Ribosom#Ursprung und
de.wikipedia.org/wiki/RNA-Welt-Hypothese

Interessant ist auch das manche Triplets je nach Umgebung Verschiedenes codieren. Das kann ja nur funktionieren wenn nur die jeweils passende tRNA vorhanden ist und nicht die andere. Heist, die Entwicklung der zugehörigen Prozesse muss sehr früh in der Evolution getrennte Wege genommen haben... woher sollte das Molekül auch wissen ob es sich in einem Mitochondrium, einem eColi oder Chloroplast befindet^^


PS:
Um etwas aufs Thema "molekulare Mechanik" zu kommen: mich würde interessieren ob bei den Prozessen stets direkt benachbarte Basenpaare (Triplets) beteiligt sind oder ob -- rein aus mechanischen Gründen -- auch einzelne Basen im Code übersprungen werden, vergleichbar mit einem Kamm dessen Zinken verschieden Abstände haben.

Nachtrag
1) Mit "Thema" meinte ich nicht TNA sondern Replikation/Genetik


Noch ein Nachtrag:
Oben erwähnte ich Mitochondrien und Chloroplasten sprich Organelle von Eukaryoten.
Quizfrage:
Passierte die Endosymbiose genau ein einziges Mal oder öfters?
Im ersteren Fall würde das bedeuten das sämtliche eukaryotischen Lebensformen von einem einzigen Individuum abstammen!
Ganz ähnlich wie die These das alles Leben von einem einzigen Molekül abstammt.
Fände man im Genom der Organelle Unterschiede die sich auf eine Zeit vor der Endosymbiose datieren lassen spräche das für das Zweite.

assume good faith

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 20 08. 2019 15:37 #55800

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Die molekulare Mechanik als bislang blinder Fleck 20 08. 2019 16:23 #55802

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