Evolution: Entstehung des Lebens (Präbiotische Chemie)

Interessierte: RNS-Welt

Inhalt

In diesem Artikel wird das präbiotische Henne-Ei-Problem erläutert und es werden Vorschläge zu dessen Lösung diskutiert.

Das präbiotische Henne-Ei-Problem

Ribozyme

Von der RNS-Welt zu heutigen Zellen

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Das präbiotische Henne-Ei-Problem

Während die Proteine aufgrund ihrer enzymatischen Funktion für den Stoffwechsel unentbehrlich sind, werden die Nukleinsäuremoleküle benötigt, um genetische Information zu speichern. Für die Synthese der Nukleinsäuren werden in den einfachsten, heute bekannten Zellen mehr als hundert Enzyme (also Proteine) gebraucht. Zur Proteinbiosynthese wird in den Zellen wiederum die genetische Information benötigt, die auf der DNS abgelegt ist, dazu ein komplexer Apparat von Proteinen. Welcher der beiden Molekültypen sollte zuerst entstanden sein? Proteine und Nukleinsäuren werden gleichzeitig benötigt; ohne deren gleichzeitige Existenz ist heutiges Leben nicht bekannt.

Dieses Problem ist für die präbiotische Chemie von besonderer Bedeutung. Wir stehen vor der präbiotischen Variante des berühmten Henne-Ei-Dilemmas: Was war zuerst da: Henne (Proteine) oder Ei (Nukleinsäuren DNS oder RNS)? Anders ausgedrückt: Wie entstand die erste Replikationseinheit, also eine molekulare Konstellation aus einem Protein und einer RNS, die sich selbst verdoppeln kann?

Ribozyme

Durch die Entdeckung der Ribozyme (Ribonukleinsäuren mit enzymatischer Aktivität) mit ihrer Fähigkeit, interne Molekülabschnitte (Introns) der RNS herauszuschneiden und die verbleibenden Stücke (Exons) miteinander zu verknüpfen, schien dieses lange und intensiv diskutierte Problem gelöst oder einer Lösung näher gebracht zu sein.

Ribozyme vereinigen beide Eigenschaften, enzymatische Aktivität und Speicherung genetischer Information, in einem einzigen Molekül. Diese Erkenntnis war der Ausgangspunkt für die Formulierung eines neuen Modells zur Lebensentstehung, der sog. RNS-Welt. Dieser Begriff repräsentiert eine von vielen Autoren als bedeutend angesehene Etappe auf dem Weg von der präbiotischen Chemie hin zu lebenden Zellen. In dieser Phase sollen zur Replikation (=Vervielfältigung) fähige Systeme auf proteinfreier Basis entstanden sein, auf deren Basis sich dann die ersten Zellen - mit Proteinen - entwickeln konnten. Die präbiotische Synthese von Nukleinsäuren einschließlich der RNS ist jedoch ungeklärt (Begründung dazu in Entstehung von Nukleinsäuren). Die Synthese der Bausteine einer RNS-Welt unter präbiotischen Bedingungen ist derzeit nicht bekannt, damit hat eine RNS-Welt derzeit keine Basis in der präbiotischen Chemie.

Von der RNS-Welt zu heutigen Zellen

Eine weitere, bisher nicht überwundene Schwierigkeit ist der Übergang von einer proteinlosen RNS-Welt zu einer Phase, in der wesentliche Bereiche von Stoffwechsel und Fortpflanzung auf Proteinen basieren. Im Labor kann man RNS Moleküle in komplexen Reaktionsfolgen synthetisieren und durch unter bestimmten Bedingungen auf für spezielle Funktionen optimieren. Durch die Entwicklung und Untersuchung solcher in vitro (=im Reagenzglas) Selektionstechniken wurde ein neuer Forschungszweig mit Aussicht auf viele vorstellbare Anwendungsmöglichkeiten zugänglich: die „evolutive Biotechnologie". Ein Zusammenhang solcher „gerichteter molekularer Evolution" mit der Frage der Lebensentstehung ist bisher allerdings nicht zu erkennen. Denn es handelt sich dabei um ausgesprochen künstliche Systeme, in welchen eine Funktion unter Anwendung spezieller Selektion durch Einstellung der Randbedingungen gezielt optimiert wird. Bezüglich der RNS-Welt als mögliche Station der Lebensentstehung macht sich zunehmend Ernüchterung breit. Orgel resümiert das schon 1989 in folgenden knappen Worten: „Zur Zeit gibt es keine überzeugende Theorie, die die Entstehung replizierender RNS erklären kann." Dies gilt bis heute.

Außerdem wäre noch zu klären: Sollte sich jemals eine proteinfreie RNS-Welt etabliert haben, warum und wie soll dann ein solches funktionsfähiges System sich in ein komplizierteres umwandeln?

Literatur

R. Junker & S. Scherer (2001) Evolution - ein kritisches Lehrbuch. Gießen, Kapitel IV.8

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Autor: Harald Binder, 19.10.2004

 
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