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IV. Evolution und Leben: Zufall und Wahrscheinlichkeit

  

2. Chemische Evolution - Entstehung des Lebens

2.1. Die Rolle der Selektion in der chemischen Evolution

Der fehlerhaften Argumentation mit der Wahrscheinlichkeit begegnet man aber nicht nur in der kreationistischen Diskussion bioevolutiver Prozesse, sondern auch im Falle der Bewertung chemisch-historischer Abläufe.

Wie lange, so die vielmals gestellte Frage, müsse ein Sturm über einen Schrottplatz fegen, um durch Zufall einen kompletten Airbus oder einen Personenkraftwagen zusammengewürfelt zu bekommen? Oder wie lange bräuchte eine Horde Schimpansen, die ziellos auf Schreibmaschinen herumhämmert, um zufällig ein Werk Shakespeares zu reproduzieren? Diese Analogie, die durch den britischen Zoologen THORPE einschlägig bekannt geworden ist, soll die Wahrscheinlichkeiten verdeutlichen, die sich hinter der zufälligen Entstehung just derjenigen Moleküle verbirgt, die als "Bausteine des Lebens", nämlich Aminosäuren, Zucker, Lipide, Nucleotidbasen etc., infrage kommen.

Geht man von der Existenz 93 irdischer chemischer Elemente aus, so hat kürzlich ein engagierter Kreationist vorgerechnet, so betrüge die Wahrscheinlichkeit, daß sich rein statistisch eine der essentiellen Aminosäuren in der Ursuppe gebildet habe, maximal 10-40000! So wenig man sich unter einer derart kleinen Zahl auch vorzustellen vermag, in die Alltagssprache übersetzt bedeutet dies: Die chemische Zufalls-Synthese irgendeiner Substanz, ganz gleich welcher, ist ausgeschlossen! Derartige Berechnungen, im Rahmen derer chemo- und biohistorische Prozesse auf formalarithmetische Berechnungen reduziert werden, verkörpern einen grundlegenden Irrtum des Antievolutionismus. 

Daß sich nämlich auch hinter chemischen Prozessen mehr verbirgt als angewandte Statistik, hat bereits im Jahre 1953 Stanley MILLER in seinem vielbeachteten Experiment zur Simulation chemischer Prozesse in der Uratmosphäre aufgezeigt. In einem Kölbchen brachte er Wasser zum Sieden und leitete den Dampf über ein Gasgemisch, das den Urdünsten der Erde nachempfunden war. Diese Gase wurden beständig dem Einfluß elektrischer Entladungen unterzogen, welche wiederum die gewaltigen Gewitter und die ultraviolette Strahlung, die nach unserem heutigen Wissen in der erdgeschichtlichen Urzeit geherrscht haben müssen, simulieren sollten.

Welche Gase man auch immer in der Apparatur einschloß, es entstanden jedesmal bereits nach der lächerlich kurzen Zeit von einigen Tagen bis Wochen fast alle biologisch relevanten Kleinmoleküle, die entweder Bestandteile des Lebens selbst oder aber zur Synthese praktisch aller uns geläufigen proteinogenen Aminosäuren, Lipide, etc. geeignet sind. Hauptsache war, daß ein Gemisch aus neutralen oder leicht reduzierenden Verbindungen aus Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff vorlag. In den Experimenten der "zweiten Generation" wurden alle Nucleotidbasen, Zucker und selbst so kompliziert gebaute Komplexe wie Porphyrine und Isoprene (die etwa als chemische Vorstufen des Blattfarbstoffs Chlorophyll gelten) unter gleichsam unspezifischen Bedingungen erzeugt.                                         

Chemische Prozesse laufen also nicht zufallsgesteuert ab, sondern werden - wie oben betont - durch die Gesetze der Thermodynamik und Reaktionskinetik kontrolliert. Natürlich kodeterminieren statistische Faktoren den Chemismus präbiotischer Umsetzungen, so werden kurzkettige Aminosäuren dominieren, längerkettige und kompliziertere Moleküle entstehen in geringeren Ausbeuten. Aber die Bildung selbst großer Komplexe (wie beispielsweise Porphyrine) belegt, wie enorm reaktionskinetische und thermodynamische ("selektive") Gesichtspunkte in den präbiotischen Chemismus eingreifen!

Prof. EIGEN vom biophysikalischen Institut in Göttingen hat bereits im Jahre 1971 mathematisch gezeigt, daß Fließgleichgewichte fernab des thermodynamischen Gleichgewichts in Selektionsprozesse hineintreiben können, denen ein natürlicher Entwicklungsprozeß und damit Evolution als Ereignis folgt. Der selektive Aspekt wird in der Evolution allzu oft "vergessen", häufig ist dann irrigerweise von "Zufallsevolution" die Rede (vgl. LÖNNIG, 1989). Selektion ermöglicht aber gerade die Entstehung von Ordnung in Systemen fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht, das heißt in solchen, in denen ein ständiger Energiefluß herrscht. Ferner muß das System aus Elementen (Individuen) bestehen, die einen energetischen Differenzbetrag zum Aufbau einer makroskopischen Struktur nutzen. Die Disziplin, die sich mit der Entstehung von Selbstorganisation befaßt, wird "Synergetik" genannt (HAKEN, 2000; HAKEN-KRELL, 1987).

In Systemen, die den obigen Bedingungen genügen, entstehen Strukturen (Ordner), welche die mikroskopischen Strukturelemente (Individuen) "versklaven", ihnen also ein "geordnetes Verhalten" aufzwingen. Selbstorganisation findet erst nach dem Überschreiten von Schwellenwerten statt. Das bedeutet, die Zustände erweisen sich in selbstorganisierenden Systemen als erstaunlich stabil gegen Störungen von außen, sofern sie sich weitab von kritischen Bereichen befinden. Erreicht das System jedoch einen kritischen Schwellenwert (einen labilen Zustand), kann dies schlagartig einen dramatischen Wandel der makroskopischen Strukturen zur Folge haben, bis das System erneut einen unkritischen Bereich (einen neuen geordneten Zustand) eingenommen hat.

LORENZEN hat nun unter Berücksichtigung chaostheoretischer Erkenntnisse ein synergetisches Modell der Evolution entwickelt, welches das Entwicklungsgeschehen als Prozeß der Selbstorganisation beschreibt. Das Versklavungsprinzip wird als Selektion erkannt, die Umwelt fungiert als Ordner (vgl. LORENZEN, 1988). Schließlich erfüllen die Organismen in der Evolution alle Bedingungen, die an ein sich selbstorganisierendes System gestellt werden müssen.

Die Veränderungen von systemspezifischen Faktoren, die über kritische Bereiche hinaus erfolgen, können unter dem Einfluß von Selektion dramatische Wandel hervorbringen, das heißt in konvergente Selektionsprozesse umschlagen; ein Szenario, das nicht nur in der biologischen sondern auch in der chemischen Evolution gilt.

Man denke sich als Beispiel ein selbstreplikatives Oligonucleotidmolekül (also ein sich selbst reproduzierender, möglicher Vorläufer der DNA). Wir haben ein autokatalytisches Molekül vorliegen, das gemäß EIGEN und LORENZEN in einen Selektionsprozeß hineintreibt. Die in Bezug auf Reproduktionsgeschwindigkeit, Kopiergenauigkeit und Stabilität effektivsten Varianten setzen sich gegenüber den anderen durch. Viele dieser Oligonucleotide bestehen nun aus Riboseeinheiten, die sich in ihrer Molekülform wie "Bild und Spiegelbild" verhalten. Jede Molekülform wird als "Enantiomer" bezeichnet, in der klassisch chemischen Synthese entstehen nun Gemische aus beiden Enantiomeren (sogenannte "razemische Gemische"). Nun kann es gelegentlich aber vorkommen, daß durch Zufall ein Oligonucleotid entsteht, das ausschließlich aus enantiomerenreinen Riboseeinheiten einer Sorte besteht (unter einer Million Sequenzen aus je 20 Nucleotidbasen ist statistisch mindestens einmal mit einem solchen zu rechnen). Durch die Ausrichtung aller Nucleotide nach einer Seite wird schlagartig die Bildung stabiler Doppelhelices möglich, die an Kopiergenauigkeit und Stabilität alle anderen übertreffen. Der divergente Prozeß der Entstehung schlägt in einen konvergenten Selektionsprozeß um, der dazu führt, daß alle anderen Varianten aus dem Feld geschlagen werden und sich ein "dramatischer Wandel" in der makroskopischen Struktur vollzieht. Diese enantiomerenreinen Oligonucleotide sind nun der Ausgangspunkt für die weitere Entwicklung. Durch Längenwachstum werden alle Nachkommen von da an infolge konvergenter Selektion nur noch aus stereochemisch einheitlichen Ribosemolekülen bestehen, die Doppelhelices bilden. Während die a-priori-Wahrscheinlichkeit für die spontane Zufallsentstehung einer optisch einheitlichen DNA aus 3 Milliarden Basenpaaren praktisch mit Null anzusetzen ist, führt die Evolution dagegen infolge konvergenter Selektionsprozesse stufenweise ganz zwangsläufig zu enantiomerenreinen Spezies.

Beispiel nach KUHN, 1972 aus: KÄMPFE, 1991

Ordnung in evolvierfähigen Systemen fernab des thermodynamischen Gleichgewichts ist mit anderen Worten nicht Ausdruck einer geringen Bildungschance sondern die Folge von (konvergenter) Selektion, die in die Zufallsverteilung eingreift.

                                                                                                                        

2.1.1. Das Chiralitätsproblem

Im Lichte dieser Überlegung können wir auch das "Problem der Chiralität" lösen, das im Antievolutionismus häufig gegen die abiotische Entstehung des Lebens eingewandt wird: Wenn organische Verbindungen an einem oder mehreren Kohlenstoff-Atomen 4 verschiedene Substituenten tragen, lassen sich zwei Molekülformen unterscheiden, die sich wie Bild und Spiegelbild (also "chiral") verhalten (sogenannte "Enantiomere"). In der FISCHER-Projektion lassen sich D- und L-Formen unterscheiden, die polarisiertes Licht in entgegengesetzter Richtung drehen.

"In Lebewesen finden wir davon häufig nur eine der beiden Formen (...) Bei der chemischen Synthese solcher (enantiomerer) Verbindungen entstehen die beide Formen im Verhältnis 1:1 (man bezeichnet diese Mischung als Razemat). Dies gilt auch für präbiotische Bedingungen (...) Die Entstehung enantiomerenreiner Verbindungen ist ein Hauptproblem in der präbiotischen Chemie und bislang sowohl theoretisch als auch experimentell ungelöst."

(JUNKER und SCHERER, 1998, S. 144 f.)

                                                                                                                    

Es ist nun richtig, daß in chemischen Simulationsexperimenten immer nur razemische Gemische entstehen. Dort lassen sich jedoch kaum Selektionsmechanismen nachbilden, wie sie in den sehr heterogenen Nischen der Ozeane eine Rolle gespielt haben müssen. Wie wir am Beispiel der Entstehung einer Doppelhelix gezeigt haben, läßt sich das "Chiralitätsproblem" nur unter dem Einfluß von Selektion erklären. Die Vorteile chiraler Proteine liegen in der Alpha-Helix-Bildung, die durch Ausfällung vor Hydrolyse schützt. Unter 1 Million Polypeptidketten mit einer Länge von 20 Gliedern ist statistisch mindestens einmal mit einer enantiomerenreinen Variante zu rechnen.

Wie wir wissen, kann an reinen Calciten eine Enantiomeren-Spezies angereichert, Razemate mit hoher Selektivität aufgetrennt werden. Dabei kristallisiert bevorzugt immer nur ein bestimmtes optisches Isomer - entweder die links- oder aber die rechtsdrehende Aminosäure aus (vgl. Spektrum der Wissenschaften, 06/2001). Desweiteren lassen sich aus übersättigten Lösungen unter dem Einfluß asymmetrischer Kristallisationskeime entweder D- oder L-Formen auskristallisieren, wobei die bereits auskristallisierte Form als Kristallisationskeim dienen kann (HARADA, 1970). Die Entstehung übersättigter Lösungen scheint in räumlich getrennten Gewässern durch Austrocknung oder über erhitzten Gesteinen geologisch durchaus möglich (DOSE und RAUCHFUSS, 1975, S. 115). Schließlich wird durch polarisierte ß-Strahlung aus dem natürlichen 90Sr-Zerfall das D-Tyrosin stärker zerstört als L-Tyrosin (FOLLMANN, 1981, S. 73). Ähnliche Effekte lassen sich bei Aminosäuren mit zirkular polarisiertem Licht erreichen. Die Behauptung, daß es keine Methoden für die Selektion von enantiomerenreinen Substanzen gäbe, entspricht also schlichtweg nicht dem aktuellen Stand der Forschung.

Sobald Wissenschaftler jedoch Simutationsexperimente und Selektion bemühen, um ihren Theorien Gewicht zu verleihen, wird von Antievolutionisten eine empiristische Haltung eingenommen und auf den "Unsicherheitsfaktor" in der Paläobiologie verwiesen:                                                             

"Alle Angaben darüber beruhen auf Modellen und Modellrechnungen. Abhängig von der Perspektive werden auch gegenwärtig sehr widersprüchliche Modelle zur Uratmosphäre oder allgemein hinsichtlich günstiger Rahmenbedingungen für die präbiotische Chemie diskutiert."

(JUNKER und SCHERER, 1998, S. 137 f.)

                                                                       

Daß die exakten Rahmenbedingungen und paläobiologischen Abläufe nur schwer rekonstruiert werden können, erscheint trivial. Im Antievolutionismus wird insgesamt jedoch verkannt, daß Wissenschaft ja gerade zum Ziel hat, das unbeobachtbare Faktum zu erforschen, das durch Theorienbildung erschlossen wird. Keine große wissenschaftliche Theorie kann ihre Erkenntnisgegenstände direkt feststellen oder gar "beweisen"; Wissenschaft operiert mit anderen Worten nicht empiristisch, sondern "hypothetico-deduktiv" schlußfolgernd. Bestimmte rationale Vorannahmen sind immer notwendig, um überhaupt sinnvolle Überlegungen über die Welt anstellen zu können, das heißt, Erlärungen zu finden. Entsprechend lassen sich zwar keine Entwicklungswege rekonstruieren, wohl aber die physico-chemischen Notwendigkeiten in der Evolution. Wenn sich in plausiblen Simulationsexperimenten dann Beobachtungen gewinnen lassen, welche die theoretischen Erwartungen stüzten, gilt die Theorie als belegt. Wer aber nicht bestimmte Annahmen und rationale Voraussetzungen gelten lassen will, die nicht aus der Erfahrung stammen, wer nicht zugesteht, daß man sich dieses oder jenes unbeweisbare Detail hinzudenken muß, damit die Erscheinungen ihren Sinn bekommen, der verunmöglicht zugleich die sinnvolle Reflexion über die Welt und leugnet damit die Existenzberechigung aller Naturwissenschaften. Die Schöpfungsidee bietet hier keine Alternative, weil sie nicht geprüft werden kann und nichts erklärt.

Darüber hinaus wissen wir auch, daß das Faktorenproblem eine additive Fragestellung darstellt, das bedeutet, daß sich unterschiedliche Faktoren nicht ausschließen müssen. So steht beispielsweise WÄCHTERSHÄUSERs Biofilmtheorie nicht in grundsätzlicher Konkurrenz zur Ursuppentheorie UREYs und MILLERs, obwohl sie einen etwas anderen Ansatz verfolgt. Es spricht aber kein Einwand gegen die Möglichkeit, daß die in beiden Modellen beschriebenen Prozesse synchron abgelaufen sein könnten. Wir müssen also darauf hinweisen, daß es sich nicht - wie im Falle der Grundfrage der Deszendenz - um alternative, das heißt sich gegenseitig ausschließende Fassungen handelt, sondern um ergänzende bzw. additive Faktorenfragen. Theorienvielfalt ist gerade ein Erkennungsmerkmal in der Wissenschaft, was damit zusammenhängt, daß sie alle Erklärungen für jeweils bestimmte Beobachtungen liefern. In dieser Frage unterliegt die Schöpfungstheorie, weil es möglich ist, überhaupt jeden denkbaren Befund mit ihr in Zusammenhang zu bringen, was von vorn herein das Begehen von Irrtümern und das Liefern von Erklärungen ausschließt (vgl. Kapitel Ia.1).

Und schließlich zeigt die Tatsache, daß unter einer Vielzahl an möglichen Ausgangsbedingungen praktisch alle wesentlichen biotischen Kleinmoleküle experimentell entstanden sind, daß die Entstehung biotischer Moleküle unter unspezifischen Bedingungen sehr wohl möglich gewesen sein konnte. So bemerkte v. DITFURTH auch recht treffend:

"In unzähligen Laboratorien der ganzen Welt gingen die Experten daran, die so unglaublich simpel erscheinende Versuchsanordnung des jungen Amerikaners (Miller) nachzubauen und sein Experiment zu wiederholen (...) Nicht ein einziger der vielen Nachprüfer zog eine Niete. Daraufhin begann man das Experiment abzuwandeln. Es wurden nach und nach immer neue Ausgangsstoffe durchprobiert und andere Energiequellen benutzt. Das Ergebnis war immer das gleiche: Neben vielen anderen chemischen Zufallsverbindungen entstanden Aminosäuren, Zucker, Purine und andere Moleküle (...) In den Glaskolben entstanden Zucker, Adenin und andere Nucleinsäurebausteine, sogar Porphyrine, und schließlich wurde von mehreren Wissenschaftlern sogar die abiotische Entstehung von Adenosintriphosphat gemeldet, jedem Biochemiker unter der Abkürzung ATP als die wichtigste Energiequelle aller auf der Erde lebenden Zellen bekannt (...) so fanden sie schließlich sogar einzelne Polymere. Bei allen diesen Experimenten waren selbstverständlich, ungeachtet der sonstigen Variationen, immer nur ganz elementare Ausgangsstoffe als Reagenzien benutzt worden, Substanzen, deren Vorkommen auf der Urerde auch von Skeptikern nicht bestritten werden konnte."

(v. DITFURTH, 1972)                                               

                                                       

2.2. Stabilitätsprobleme

"Die aus dem Stoffwechsel von Zellen bekannten Eiweiße bestehen aus Aminosäuren, die zu langen, unverzweigten Ketten verknüpft sind und ihrer chemischen Struktur nach als Polypeptide bezeichnet werden (...) Die Anwesenheit von Wasser verhindert eine Polykondensationsreaktion, also die Kettenbildung."

(JUNKER und SCHERER, 1998, S. 140)       

                                                                                    

Nun ist bekannt, daß biologische Makromoleküle nicht retrograd aus der Ursuppe entstanden sein mußten, sondern durch Oberflächendiffusion auf zweidimensionalen Strukturen entstehen können. Die Thermodynamik begünstigt in freier Lösung die Spaltungsreaktion, auf Oberflächen treibt sie ein System dagegen zur Synthese.

Entscheidender Faktor ist dabei die sogenannte Reaktionsentropie. Sie ist ein Maß für die Änderung der Bewegungsfreiheitsgrade. Nimmt die Reaktionsentropie stark zu (was bei Reaktionssystemen in Lösung immer der Fall ist), so wird das Reaktionsgleichgewicht auf die Seite der Spaltungsprodukte verschoben. Nimmt sie dagegen nicht oder nur geringfügig zu, so treiben die Reaktionsenthalpien das System zur Synthese. In Lösungen nimmt die Zahl der Bewegunsfreiheitsgrade pro zu spaltendes Teilchen um 3 translatorische und 3 rotatorische (also insgesamt um 6) zu, auf Oberflächen dagegen nur um 2 rotatorische. Deshalb ist auf einer fixierten Molekülschicht die Bildung größerer Moleküle auch bei wenig stark aktivierenden funktionellen Gruppen bevorzugt (vgl. WÄCHTERSHÄUSER, 1988).

Diese theoretische Überlegung konnte vielfach empirisch - und zwar unabhängig von Ursuppentheorien - untermauert werden. So erhielt CAIRNS aus verdünnten Aminosäurelösungen, die mit Ton gekocht wurden, Polypeptide, die bereits aus bis zu einem Dutzend Aminosäuren aufgebaut waren. FOX und Mitarbeiter haben gezeigt, daß Mischungen von Aminosäuren beim Erhitzen zu proteinähnlichen Produkten kondensieren können, die als Proteinoide bezeichnet werden. Zugabe von Lava, Ton oder Sand fördert den Prozeß; die Ketten können bis 100 Glieder lang sein (vgl. KÄMPFE, 1992). Wie wir oben herausgestellt haben, wachsen Proteine nicht völlig zufällig. Die Reihenfolge der Aminosäuren im Polykondensat (die Aminosäuresequenz) wird durch die chemischen Eigenschaften der Aminosäuren sowie durch die Versuchsbedingungen beeinflußt.

Da Sand, Lava, Tone, Mineralien (wie Pyrit) besonders in der Tiefsee zuhauf vorkommen, darf man annehmen, daß unter dem Einfluß hydrothermaler Energiequellen und katalytisch wirkender Metallsulfidoberflächen viele Proteine, Proteinoide und Oligonucleotide entstanden sein könnten.

                                                              

2.3. Konzentrationsprobleme               

"Zur Synthese von Zucker wird auf die Formose-Reaktion hingewiesen, die bereits 1861 von BITLEROW beschrieben wurde. Er hatte beobachtet, daß in wässriger alkalischer Formaldehydlösung Produkte mit süßem Geschmack entstanden. Später wurden zuerst von E. FISCHER und seinen Mitarbeitern (1888) einzelne Zucker aus dem Produktgemisch isoliert und identifiziert (...) Formaldehyd ist (jedoch) sehr reaktiv und verbindet sich rasch mit Stickstoffverbindungen (...) Zweitens wird Formaldehyd in den publizierten Simulationsexperimenten in Konzentrationen und in einer Reinheit eingesetzt, deren Auftreten unter präbiotischen Bedingungen bisher nicht plausibel gemacht werden konnte. Drittens liefert die Formose-Reaktion ein heterogenes Produktgemisch, in welchem Ribose nur in sehr niedriger Konzentration vorkommt. Viertens zeigen kinetische Untersuchungen (...), daß in der Formose-Reaktion diejenige Gruppe von Zuckern, denen die Ribose zugeordnet wird (...) nach kurzer Reaktionszeit wieder zerfällt."

(JUNKER und SCHERER, 1998, S. 142)                                                                             

                         

Natürlich fallen die Konzentrationen biogener Moleküle in den Millerschen Experimenten recht gering aus. Wir müssen uns vergegenwärtigen, daß es sich hierbei um unspezifische Ausgangsbedingungen handelte, um keine gezielten Kunstsynthesen (was ja auch gefordert werden muß). Da weiterhin das Produktspektrum notwendigermaßen sehr groß sein muß (was glücklicherweise auch der Fall war), sind die Konzentrationen pro Einzelkomponente gering.

Unter Selektionsgesichtspunkten spielen kleine Ausgangskonzentrationen jedoch keine Rolle, da in bestimmten Nischen der Erde (etwa auf den Oberflächen von anorganischen Salzen oder Festkörperverbindungen, wie Pyrit, Calcit, Sand oder Lava oder aber in geschützten Bereichen wie Koazervaten) bestimmte Verbindungen angereichert werden können. Bildet sich unter dem katalytischen Einfluß von anorganischen Katalysatoren ein Oberflächenmetabolismus heraus, werfen die stabileren und beständig neu gebildeten Molekül-Spezies oder aber die "erfolgreicheren" autokatalytischen Systeme (wie selbstreplikative Oligonucleotide oder Hyperzyklen) die "erfolgloseren" aus dem Rennen, was im Laufe der Äonen zu einer selektionsgesteuerten Anreicherung führt.

               

Außerdem zerfallen Biomoleküle in der Regel zwar in verdünnten Lösungen rasch, nicht jedoch, sofern sie an Oberflächen gebunden oder mit anderen Molekülen verbunden sind. Die Notwendigkeit der Kompartimentierung in einer Zellmembran läßt sich also unter dem Einfluß der Selektion begründen. Nährsubstrate (biotische Kleinmoleküle) können durch Lipidschichten, die an anorganischen Oberflächen entstehen, aufgenommen werden und sich an der Oberfläche zu komplexen Biomolekülen umsetzen. Die Kompartimentierung der Oberflächen (beispielsweise Metallsulfide) hätte den Abtransport der Produkte verhindert und zugleich den schnellen Zerfall der Biomoleküle inhibiert. Solche topologischen Umsetzungen an lipidummantelten Metallsulfidoberflächen hätten also in jedem Falle einen Selektionsvorteil gegenüber anderen Systemen in freier Lösung gehabt. WÄCHTERSHÄUSER "Theorie des Biofilms" begründet also anschaulich die Entstehung der ersten Metabolismen durch Oberflächenreaktionen.  

                                                   

2.4. Matrixprobleme

Gemäß den theoretischen Erwartungen muß die Existenz "störender" Moleküle angenommen werden. Dies führt jedoch zu einer Vergrößerung des Produktspektrums, wodurch zwar die Konzentrationen der einzelnen Produkte sinkt, die Zahl der möglichen, erwünschten Verbindungen jedoch zunimmt. Da Adsorptionseffekte und selektive Prozesse eine Aufkonzentrierung bestimmter Moleküle herbeiführen, spielt, wie dargelegt wurde die "niedrige" Konzentration keine Rolle. Entsprechend besitzt der folgende Einwand wenig Relevanz:

"Die Synthese der Stickstoffbasen ist durch Oligomerisierung von Cyanwasserstoff (HCN) möglich (...) 1961 konnten ORO und Mitarbeiter auf diesem Weg Adenin in geringer Ausbeute herstellen (...) Die Schwierigkeiten bei der präbiotischen Synthese (...)  veranlaßten SHAPIRO (1996) zu folgendem Resümee: 'Die Befunde, die gegenwärtig zur Verfügung stehen, bestätigen die Idee nicht, daß RNS oder ein alternatives Replikationssystem unter Benützung der RNS-Basen am Beginn des Lebens beteiligt war. Diese Schlußfolgerung kann widerlegt werden, wenn ein präbiotisches Simulationsexperiment entwickelt wird, bei dem alle Basen in hoher Ausbeute synthetisiert werden, unter einheitlichen Bedingungen, welche eine plausible Kombination aus Wasser, atmosphärischen Gasen und Mineralien umfaßt."

(JUNKER und SCHERER, 1998, S. 143)

                                                              

Da nicht begründet werden kann, was man unter "hohen Ausbeuten" zu verstehen hat und weshalb man dies fordern sollte (wie groß sollten diese in der Vorstellung der Autoren denn sein, damit sie die abiotische Entstehung des Lebens anerkennen würden?), beruht die Aussage auf einem Vorurteil und ist daher ohne wissenschaftlichen Wert.

Der Anspruch, gar ein einheitlich gestricktes Evolutionsterrain zu Simulationszwecken einzusetzen, und die Reproduktion der gesamten chemischen Evolutionsgeschichte durch "einheitliche Bedingungen" simulieren zu können, belegt, daß hier die Komplexität des Entwicklungsgeschehens nicht verstanden wurde. Wir wissen ja, daß Evolution nur als komplizierter Systemprozeß vorstellbar ist, der sich durch eine Vielzahl an rückgekoppelten Interaktionen ihrer Elemente auf verschiedenen Systemebenen auszeichnet. Damit sind jedoch die Bedingungen in jedem Falle nichtreproduzierbar und indeterministisch. Mit anderen Worten: "Einheitliche Bedingungen" sind in der Evolution niemals zu bekommen, weil ihre Aktoren keineswegs als bloße "Evolutionsobjekte" eingestuft werden können. Niemand könnte in sinnvoller Weise aus der Tatsache, daß das Vielkörperproblem in der Newtonschen Physik nicht analytisch lösbar ist, die Klassische Mechanik als unzureichend bezeichnen. Um wieviel mehr, so darf man fragen, trifft dies dann erst recht auf die belebte Natur zu, die man zurecht als "noch weniger berechenbar" und "uneinheitlich" einstuft.

Außerdem entsprechen nach heutigem Wissen die Angaben zu den "niedrigen Ausbeuten" in diesem Falle nicht der Wahrheit. So weißt KÄMPFE darauf hin, daß aus den Urgasprodukten Cyanacetylen und Harnstoff aus verdünnten Lösungen bereits nach einer Woche (!) stehenlassen Cytosin in bereits 1%iger Ausbeute (was für Simulationsexperimente ohne Selektionsmechanismen einem recht hohen Gehalt entspricht!) entsteht. Alle Nucleotidbasen wurden in den Experimenten der zweiten Generation nachgewiesen; die UV-Bestrahlung verdünnter HCN-Lösungen führt bereits zu brauchbaren Guanin-Konzentrationen (>0,1%). Natürlich reagiert Cyanwasserstoff auch mit anderen Komponenten, wie Ammoniak und Aldehyden. Dies führt aber gerade zu der erwünschten Verbreiterung der Produktpalette, weil auf diesem Wege gemäß der STRECKER-Synthese wichtige Aminosäuren, Hydroxycarbonsäuren und dergleichen aufgebaut werden.

                                                                   

2.5. Falsche Behauptungen

"FOX hat die katalytische Aktivität von Proteinoiden untersucht. Die katalytischen Reaktionen umfassen Esterspaltungen, Decarboxylierung, Desaminierung und Oxidation. Es zeigt sich jedoch, daß die Umsatzraten im Vergleich zu technischen oder biologischen Katalysatoren äußerst bescheiden sind und keine Spezifität für bestimmte Moleküle oder Reaktionen zeigen, wie dies für Enzyme typisch ist. Viele der beschriebenen Effekte kann man z.B. auch durch Verunreinigungen mit Metallionen erzielen. Den Proteinoiden kommt in der aktuellen Diskussion um die Bedingungen für die Entstehung des Lebens kaum noch Bedeutung zu."

(JUNKER und SCHERER, 1998, S. 141)                               

                             

Tatsächlich wurden bis heute Proteinoide mit Transaminase-, ATPase-, Peroxidase- und Katalase-Aktivitäten entdeckt. Darüberhinaus kennt man thermische Proteinoide, die unter dem Einfluß von ATP Oligonucleotide des Adenins aufbauen (!) (vgl. KÄMPFE, 1992). Proteinoidartige Mikrosphären können also als matrizenfreie Synthetasen fungieren.

Alle Funktionsproteinoide zeigten zudem enzymartige Kinetiken und bildeten Enzym-Substrat-Komplexe. Sie sind daher als Protoenzyme aufzufassen und in ihrer katalytischen Wirkung nicht mit Metallionen vergleichbar! Die Aktivitäten sind zwar im Vergleich zu biogenen Enzymen recht bescheiden und liegen um den Faktor 100 bis 108 niedriger. Dies entspricht aber immer noch einer Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit um den Faktor 100 bis 1012 gegenüber der unkatalysierten Umsetzung (Zahlen in Anlehnung an KÄMPFE und BAYER, WALTER).

Da zu Beginn der Evolution des Lebens schnellere Konkurrenten noch fehlten, dürften sie im Gegensatz zur Behauptung der Autoren eben doch eine ganz wesentliche Rolle als "Biokatalysatoren" im wörtlichen Sinne gespielt haben.

"(...)die verantwortlichen Moleküle (Proteinoide) sind Protoenzyme, wenn auch ihre Aktivität viel niedriger ist als bei biotischen Enzymen. Dennoch dürften solche Protoenzyme bei der Evolution zum Leben eine wichtige Rolle gespielt haben, da je 'schnellere Konkurrenten' noch fehlten."

(KÄMPFE, 1991, S. 198)                                                  

                                 

Ein weiterer Fehler liegt in der Behauptung, die Entstehung von Nucleinsäuren und Oligopeptiden aus einzelnen Nucleotidbasen, ja die Bildung der Nucleotidbasen überhaupt, sei bislang empirisch nicht belegt worden:

"Wie oben gezeigt, ist die Entstehung der für die Bildung von RNS- und DNS-Molekülen notwendigen Nukleotide also unter Ursuppenbedingungen bislang experimentell nicht nachvollzogen worden."

(JUNKER und SCHERER, 1998, S. 144)         

                                                    

Entgegen dieser Einschätzung hatten ORO und Mitarbeiter gezeigt, daß dAMP und TMP unter dem Einfluß von Histidin oder Polyornithin zur Bildung von Oligonucleotiden führt. Alle Edukte wurden in Simulationsexperimenten bereits nachgewiesen. Die Tatsache, daß Mikrosphären thermischer Proteinoide durch die Einwirkung von ATP Oligonucleotide des Adenins aufbauen, stellt einen sehr bemerkenswerten Umstand dar. Ebenso ist die matrizenfreie Synthese durch spezifische Enzyme (z. B. Qß-Replikase) bekannt. Oligonucleotide lassen sich aber auch durch Erwärmung trockener Nucleotide mit Polyphosphat auf 65 °C oder aber auch aus wässriger Lösung aus den aktiven Bausteinen in Gegenwart von Carbodiimid oder aus unaktivierten Bausteinen auf katalyt. Oberflächen aufbauen. Bislang lassen sich zwar keine effizienten Synthesewege zur Entstehung von Oligo- und Polynucleotiden beschreiben. Tatsächlich wurde aber nur ein geringer Teil der möglichen Reaktionswege analysiert.

Zweite, völlig neu bearbeitete Fassung, (c) 12.02.2002                                                       

Last update: 12.02.02                              

                  

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