warum sollte es kein anderes leben geben

Dgoe

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Hallo Mahananda,

Da RNA darüber hinaus auch enzymatische Aktivität zeigt (wenn auch nicht in einem großen Umfang, aber immerhin!), bildete sie ein Brückenglied hin zur Aufspaltung in Genom (aus Nucleinsäuren - neben RNA auch DNA) und Proteom (aus Proteinen, die mit Hilfe von Aminosäuren produziert wurden).
Wenn ich das richtig in Erinnerung habe, dann sind es heute noch genau die RNA, die die DNA kopieren, in dem sie sie aufspalten und jeder Base eine neue Partnerbase spendieren. Auch das Auslesen von einem Protein-Code der DNA gehört zu deren Kompetenzen. Meintest Du das mit Brückenglied? Die RNA soll es zudem schon lange vor der DNA gegeben haben. Ich werde gleich in der Wikipedia noch ein wenig nachlesen... (edit: weiß nicht, ob das so stehen gelassen werden kann, ist alles noch viel komplexer mit rRNA usw.)

In einer Konkurrenzsituation würde RNA das Rennen machen.
Es lebe die RNA! Dann wahrscheinlich ebenso auch auf möglichen erdähnlichen Welten im Laufe der Zeit. (Falls der Blitz im richtigen Winkel einschlägt. *scherz* :)
Es gibt ja Überlegungen, dass selbst die humanoide Gestalt ein typisches Erfolgsrezept der Natur sein könnte.

Denkbar sind natürlich Varianten, in denen die Nitrilchemie oder die Aromatenchemie stärker zum Tragen kommt, so dass Zucker und Phosphat ins Hintertreffen geraten, nachdem hier eine fundamentale Weichenstellung erfolgt ist, (...) Die stärkere Integration von Schwefel könnte z.B. ebenfalls zu völlig anderen Synthesewegen führen als die, die sich bei uns etabliert haben.
Ja, die erwähntest Du schon teilweise. Aber selbst wenn mehrere Varianten mal vor kämen, je nach den gegebenen Umständen, so wäre die uns bekannte Variante dennoch manchmal möglich - hypothetisch; vielleicht sogar die Einzige, die zu komplexeren Organismen fähig ist. Davon abgesehen hätte das Leben dann sogar noch mehr 'Gesichter'. Das erinnert mich an das ungewöhnliche Biotop der rauchenden Schlote der Tiefsee.

Man könnte vielleicht im Labor Leben künstlich erzeugen, aber der dabei beschrittene Weg muss nicht derselbe sein wie der, der einst auf der Erde beschritten wurde.
Es sei denn man hat rund eine Milliarde Jahre Zeit zuzuschauen. (+/-) :)


Finden sich Anzeichen eines chemischen Nichtgleichgewichts (also z.B. das gemeinsame Vorkommen von Ozon und Methan), haben wir ein deutliches - wenn auch nicht absolut sicheres - Indiz für das Vorhandensein einer Biosphäre.
Auf dem Mars hat man ja Methan in der Atmosphäre nachgewiesen, was sich normalerweise verflüchtigen müsste. Die passenden aktiven Vulkane für den Nachschub hat man noch nicht entdeckt, die passenden Mikroorganismen (oder Kühe) meines Wissens nach leider ebenso wenig. :(

Gruß,
Dgoe
 
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Mahananda

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Hallo Dgoe,

Wenn ich das richtig in Erinnerung habe, dann sind es heute noch genau die RNA, die die DNA kopieren, in dem sie sie aufspalten und jeder Base eine neue Partnerbase spendieren.

Na ja, das Ganze ist schon ein wenig komplizierter. Aber RNA ist in mehreren Varianten beteiligt, wenn es darum geht, aus einem DNA-Strang ein Protein herzustellen. Stichworte sind hier Transkription (Herstellung eines RNA-Negativstrangs (mRNA) aus einem DNA-Vorlagestrang auf der Grundlage des Prinzips der komplementären Basenpaarung mit Hilfe mehrerer Proteine) und Translation (Umsetzung der Nucleotidsequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins mit Hilfe spezifischer Enzyme sowie tRNA - die die Aminosäuren heranführt - und rRNA, die dann die eigentliche Verkettung der Aminosäuren vornimmt) Entscheidend ist hierbei, dass die RNA insbesondere im Bereich des Genoms eine Nische innehat, wo sie ihre vielseitige Verwendbarkeit entfalten kann. DNA selbst ist eigentlich ein totes Molekül, dass erst infolge der Wechselwirkung mit RNA und Proteinen seine fundamentale Bedeutung für den Lebensprozess gewinnt.

Meintest Du das mit Brückenglied?

Auch, aber nicht nur. In den frühen Evolutionsstadien, als es noch nicht die komplizierte Maschinerie gab, die heute aus DNA Proteine macht, mussten ebenfalls die grundlegenden Erfordernisse abgedeckt werden, die mit der Existenz einer Protozelle verbunden sind - im engeren Sinne betrifft das Stoffwechsel und Vererbung durch Generationswechsel. Zufallsproteine hat es bestimmt schon gegeben, aber eben noch keine genetisch fixierten Sequenzen, weil der Translationsmechanismus noch fehlte, der solchen - sicher ebenfalls vorhandenen - RNA-Zufallssequenzen eine wechselseitige Bedeutung zuwies. Also musste RNA vor der Funktionsaufspaltung in Genom und Proteom zunächst beides können: Einerseits Vererbung mittels Basenpaarung und andererseits Enzymwirkung mittels katalytischer Aktivität. RNA als Enzym wird auch als Ribozym bezeichnet.

Man kann sich leicht vorstellen, dass das zunächst alles sehr ungenau und umständlich abgelaufen sein muss. Die Mutationsrate war sehr hoch (etwa am Rand der Eigenschen Fehlerschwelle), was wiederum dazu führte, dass die Variantenvielfalt sich sehr schnell auffächerte. Das wiederum erleichterte es der Selektion, hier rasch für optimierte Fitness zu sorgen, die letztlich dazu führte, dass ein Translationsmechanismus gefunden wurde (was allerdings kein Selbstläufer ist!). Erst dadurch war es dann möglich, gefundene Aminosäuresequenzen mittels RNA (und später DNA) zu fixieren, wobei Mutationen im Genom zu veränderten Proteinen führten, die wiederum in ihrem Funktionsspektrum variierten, was sich auf die Fitness des Gesamtorganismus auswirkte. Über die Selektion verblieben dann nur die Genome, die fittere Organismen zur Folge hatten.

Vorteil der Aufspaltung in Genom und Proteom war, dass Proteine im Vergleich zu RNA ein viel größeres Spektrum an chemischen Reaktionen abdecken können. Organismen mit einem Translationsmechanismus setzten sich daher sehr schnell durch und verdrängten die prägenomischen Vorstufen. Zu erwähnen ist noch, dass in den frühen Evolutionsstufen der horizontale Gentransfer dominierte - also das, was heute mittels Gentechnik praktiziert wird. Gefundene Lösungen für spezifische Stoffwechselvorgänge konnten so schneller ausgetauscht und in die Genome integriert werden. Erst später wurden die immer komplexer gewordenen Zellen autonomer (was wohl daran lag, dass die komplexer gewordenen Genome immer weniger passfähig für einwandernde Genomteile wurden) und sonderten sich von der "kommunalen Matrix" ab. Fortan dominierte der vertikale Gentransfer - also die Vermehrung über Zellteilung.

Relikt aus dieser Frühzeit ist die Rolle der RNA, die sie heute noch ausübt. Das Umfeld der Proteinsynthese ist die Nische, in die das einstige Brückenglied, das ursprünglich beides konnte, zurückgedrängt wurde und heute eine andere Art von Brückenglied darstellt - nämlich die Zuweisung von Bedeutung an DNA-Sequenzen via des genetischen Codes, der eigentlich nichts anderes ist als eine Zuweisungstabelle von RNA-Tripletts zu Aminosäuren sowie Leerstellen. Das Ribosom, an der die eigentliche Proteinsynthese abläuft, besitzt in ihrem RNA-Bereich (es gibt im Ribosom darüber hinaus noch einige Dutzend Proteine) immer noch katalytische Aktivität. Genau genommen ist das Ribosom ein Ribozym - eins der wenigen, die aus der Anfangszeit der biologischen Evolution übrig geblieben sind.

Dann wahrscheinlich ebenso auch auf möglichen erdähnlichen Welten im Laufe der Zeit.

Das ist schwer zu sagen, weil die Vielfalt der Ausgangsbedingungen nicht kalkulierbar ist. RNA muss nicht das Optimum jeglicher Ansätze einer chemischen Evolution darstellen. Eventuell gibt es andere, besser geeignete chemische Stoffklassen, die hätten entstehen können, aber nicht entstanden sind, weil die Weichenstellungen im Verlauf des Try-and-error-Prozesses in Richtung RNA gerichtet waren, die sich dann auch durchgesetzt hat.

Es gibt ja Überlegungen, dass selbst die humanoide Gestalt ein typisches Erfolgsrezept der Natur sein könnte.

Das halte ich für überzogen. Gerade die Zweibeinigkeit scheint mir nicht gerade nach einem Erfolgsrezept auszusehen. Es wäre vielleicht einfacher gewesen, den aufrechten Gang - und damit das Freiwerden von Greifhänden - hinzubekommen, wenn wir drei statt zwei Beinpaare gehabt hätten - oder noch besser vier, denn dann könnten wir uns so flink wie Insekten bewegen und hätten trotzdem ein Beinpaar frei für Arme und Hände ...

Aber schau Dich doch um: Was im Verlauf der letzten 600 Millionen Jahre allein im Tierreich an Formenvielfalt entstanden ist, die keinerlei Ähnlichkeit mit Menschen hat, zeigt, wie unvorhersehbar evolutionäre Entwicklungen sind. Und wenn dies hier der Fall ist, wie unvorhersehbar müssen dann "Erfolgsrezepte" in anderen Biosphären aussehen? Ich denke nicht, dass man eine humanoide Gestalt als das Non-plus-ultra auslegen kann, auf das eine Evolution hinauslaufen müsste, um Intelligenzwesen hervorzubringen. Hier hat die Natur noch viel mehr in ihrer Trickkiste als wir uns vorstellen können ...

Aber selbst wenn mehrere Varianten mal vor kämen, je nach den gegebenen Umständen, so wäre die uns bekannte Variante dennoch manchmal möglich - hypothetisch; vielleicht sogar die Einzige, die zu komplexeren Organismen fähig ist.

Unmöglich ist nichts, aber wie bereits gesagt - das wissen wir nicht, und es dürfte schwer bis unmöglich sein, hier Gewissheit zu erlangen.

Auf dem Mars hat man ja Methan in der Atmosphäre nachgewiesen, was sich normalerweise verflüchtigen müsste.

Dazu gab es bereits vor zwei Jahren eine plausible Erklärung und Curiosity hat dort auch ein Jahr später nichts gefunden. Das war übrigens auch hier schon einmal Thema.

Viele Grüße!
 

Dgoe

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Hallo Mahananda,

hier nur kurz ein Dankeschön, und das mit dem Mars schaue ich mir gleich an, wusste ich nicht.

Das ist wirklich sehr informativ, was Du schreibst, und in dem Kontext und Dialog viel anschaulicher, als einen allgemeinen populärwissenschaftlichen Text zu lesen oder eine Enzyklopädie zu bemühen. Danke dafür nochmals.

Gruß,
Dgoe
 

Mahananda

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Hallo Dgoe,

durch den Kontext werden solche Texte oft recht lang, aber ich hoffe, nicht langatmig. Falls noch irgendwelche Fragen offen sind, kann ich darauf noch eingehen.

Viele Grüße!
 

Dgoe

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Hallo Mahananda,

nein, keineswegs langatmig, ich freue mich über über Deine detaillierte Fachkenntnis, bzw. über Deine Motivation einen kleinen Einblick zu gewähren.
Ich möchte den Beitrag später nochmal in Ruhe lesen, da gerade viel zu tun ist bei mir hier. Gerne komme ich nochmals darauf zurück dann, bei Fragen oder ähnlichem.

Wenn Andere auch mitdiskutieren wollen, bitte keine Hemmungen.

Gruß,
Dgoe
 

ralfkannenberg

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nämlich die Zuweisung von Bedeutung an DNA-Sequenzen via des genetischen Codes, der eigentlich nichts anderes ist als eine Zuweisungstabelle von RNA-Tripletts zu Aminosäuren sowie Leerstellen.
Hallo Mahananda,

hierzu eine Frage: wenn ich mich recht entsinne ist dieser auch heutzutage noch nicht ganz einheitlich, so dass er früher also mehr Abweichungen innerhalb der Lebewesen-Vielfalt hatte.

Weiss man da näheres, wie sich aus den verschiedenen Varianten die heute bei den meisten Lebewesen verwendete Variante des genetischen Codes entwickelt hat ?


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Mahananda

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Hallo Ralf,

die Ko-Evolutions-Hypothese von Wong geht davon aus, dass sich der genetische Code im Kontext mit der begleitenden Biochemie entwickelte. Zunächst also wurden nur einige wenige Aminosäuren codiert, später - mit der zunehmend eindeutiger werdenden Zuordnung von Tripletts zu Aminosäuren - auch die, die im Verlauf von Syntheseschritten als Modifikationen immer wieder anfielen.

Einen guten Überblick über die Probleme, die mit der Entwicklung des genetischen Codes verbunden sind, liefert dieser Artikel. In der dort enthaltenen Figur 4 sind einige Evolutionswege aufgezeichnet, die sich aus der Ko-Evolutions-Hypothese ergeben haben könnten.

Wenn man sich die bis jetzt gefundenen Abweichungen ansieht, stellt man fest, dass sich insbesondere die Position TGA = Stop (Standard) bzw. Tryptophan (u.a. in Mitochondrien) sowie die Position ATA = Isoleucin (Standard) bzw. Methionin (u.a. in Mitochondrien) verändert haben. Aus einer Doppelbelegung ist eine Einzelbelegung geworden. Das ursprünglichere Muster scheint mir die Variante Nr. 5 (5. The Invertebrate Mitochondrial Code (transl_table=5)) zu sein, wo die Belegungen entweder in Vierergruppen oder in - nach Purin und Pyrimidin sauber getrennten - geteilten Vierergruppen zugeteilt sind. Die darauf folgenden "Erosionen" sind dann wohl spätere Fixierungen.

Ich hatte mich dazu bereits schon einmal in einem anderen Forum geäußert, allerdings ist das sehr spekulativ.

Viele Grüße!
 

ralfkannenberg

Registriertes Mitglied
Einen guten Überblick über die Probleme, die mit der Entwicklung des genetischen Codes verbunden sind, liefert dieser Artikel. In der dort enthaltenen Figur 4 sind einige Evolutionswege aufgezeichnet, die sich aus der Ko-Evolutions-Hypothese ergeben haben könnten.
Hallo Mahananda,

besten Dank, werde ich mir nächste Woche mal anschauen. Das letzte Mal, dass ich mich mit solchen Fragestellungen beschäftigt habe, was vor ~15 Jahren und da dürfte es nun mittlerweile schon neuere Erkenntnisse geben.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Dgoe

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Hallo Mahananda,

ich habe mir erst einmal Enzym bei Wikipedia angeschaut, denn 'katalytisch' und 'enzymatisch' sind für einen Laien, wie mich, durchaus Fremdwörter, erzeugen höchstens nur eine äußerst vage Vorstellung. Immerhin war ein Protein mir schon ein Begriff (dazu noch Fragen), wie praktisch, dass ein Enzym fast das Gleiche ist und die RNA wieder einmal den Unterschied erklärt.
Zitat:
Ein Enzym (altgriechisches Kunstwort ἔνζυμον, énzymon), früher Ferment (lateinisch fermentum), ist ein Stoff, der eine oder mehrere biochemische Reaktionen katalysieren kann. Fast alle Enzyme sind Proteine, die Ausnahme bildet katalytisch aktive RNA, wie z. B. snRNA. Ihre Bildung in der Zelle erfolgt daher, wie auch bei anderen Proteinen, über Proteinbiosynthese an den Ribosomen. Enzyme haben wichtige Funktionen im Stoffwechsel von Organismen: Sie steuern den überwiegenden Teil biochemischer Reaktionen – von der Verdauung bis hin zur Transkription (RNA-Polymerase) und Replikation (DNA-Polymerase) der Erbinformationen.
Soweit, so gut.
Dein letzter Link führt einen Klick weiter auch zu dem dort vorangehenden Post #1, den ich sehr lesenswert finde und hier jedem empfehlen kann als Ergänzung zu dem Kontext. Denn Du erklärst dort - wie hier auch schon - von Grund auf nachvollziehbar die genauen Zusammenhänge, womit das Wikipedia-Zitat oben mit Leben gefüllt wird, sozusagen. Falls Du mal ein Buch schreibst, sag mir (uns) bitte umgehend Bescheid. :)

Eine Vertiefung in die Biochemie sprengt vielleicht das Thema, andererseits auch passend, dass man das Thema nicht nur oberflächlich angeht. Das Spannende ist vor allem ja, dass wenn man ernsthaft nach 'anderes Leben' fragt, vor allem erst mal mit den grundlegendsten Eigenschaften des Hiesigen konfrontiert wird und mit deren Historie.

In meinem nächsten Beitrag möchte ich gerne noch auf einen anderen Punkt Deiner Antwort eingehen und auch noch Fragen stellen - muss das hier nur gerade unterbrechen.

Gruß,
Dgoe
 

Mahananda

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Hallo Dgoe,

Dein letzter Link führt einen Klick weiter auch zu dem dort vorangehenden Post #1, den ich sehr lesenswert finde ...

Eine überarbeitete Version dieses Beitrags hatte ich bereits schon einmal hier verlinkt - ist aber mittlerweile schon wieder vier Monate her ...

Viele Grüße!

EDIT: Ich sehe gerade, dass sich die überarbeitete Version auf diesen Forumsbeitrag bezieht. So kann man sich manchmal täuschen ... :eek:
 
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Dgoe

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Hallo Mahananda,

ach, der Artikel ist von Dir? Das erklärt einiges, denn ich hatte ihn sogleich gelesen, als ich den Thread durchgelesen hatte (bevor ich hier gepostet habe) und fühlte mich zuletzt schon gleich daran erinnert.

Beinah hätte ich schon erneut darauf verwiesen, doch dann die Idee verworfen, schließlich liegt der Link nur ein paar Seiten zurück - sicherlich wäre mir dabei aufgefallen, dass Du es selber warst, der ihn hier eingestellt hat, denn wer es genau war, hatte ich vergessen. Schon lustig, irgendwie.

In dem Artikel sprichst Du auch die Entropie an, was ich ganz besonders interessant fand, weil hier gerade zuletzt erst darüber diskutiert wurde, wenn auch in einem anderen Zusammenhang. Jedenfalls hatte ich mir kürzlich erst den schwer verdaulichen Wikipedia-Artikel zur Entropie gegeben und war dennoch überrascht die Entropie im Zusammenhang mit Lebewesen wiederzufinden.

Konkret:
Lebewesen besitzen als fundamentales Merkmal die Fähigkeit zur aktiven Entropietrennung
Hm.

Gruß,
Dgoe
 

Mahananda

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Hallo Dgoe,

die Idee der Entropietrennung geht genau genommen auf Erwin Schrödinger - "Was ist Leben?" - zurück, also auf die 1940er Jahre. Vor einigen Jahren las ich von Eike Libbert "Kompendium der allgemeinen Biologie" aus dem Jahr 1976 und fand das dort im Einleitungskapitel sehr schön, weil verständlich, herausgearbeitet. Auf dieser Basis begann ich dann, mir eigene Gedanken dazu zu entwerfen. In meinem Vortrag anlässlich der letzten Langen Nacht der Wissenschaften habe ich das Thema "aktive Entropietrennung" (im Unterschied zur passiven Entropietrennung, die z.B. beim Kristallwachstum abläuft) allgemeinverständlich aufgedröselt. Der ganze biochemische Rest ergibt sich dann zwanglos, wenn man das zugrundeliegende Prinzip verstanden hat.

Viele Grüße!

P.S.: Wenn Du magst, kann ich Dir über PN die PowerPoint-Präsentation zukommen lassen.
 
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Dgoe

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... wenn man das zugrundeliegende Prinzip verstanden hat.
Sehr gerne komme ich deswegen darauf zurück, gleich per PN, und könnte dann ja mal berichten, was ich verstanden habe und wo Fragen meinerseits offen sind.

Gruß,
Dgoe


Edit:
Ups, PN geht nicht, da kommt
Mahananda möchte oder darf keine Privaten Nachrichten empfangen. Daher können Sie Ihre Nachricht nicht an diesen Benutzer schicken.
Muss man wohl erst entsperren, ein Häckchen irgendwo.
 
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Dgoe

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Hallo Mahananda,

wegen Proteinen. Also es gibt 20 Aminosäuren, sind nicht auch mehr möglich?

Ist das chemisch genau so begrenzt durch irgendwelche Elektronenanzahlen? Hängt das auch mit der Temperatur oder mit dem Druck zusammen, ist da Spielraum?

Davon abgesehen.
Hierzu bin ich skeptisch:

Gerade die Zweibeinigkeit scheint mir nicht gerade nach einem Erfolgsrezept auszusehen. Es wäre vielleicht einfacher gewesen, den aufrechten Gang - und damit das Freiwerden von Greifhänden - hinzubekommen, wenn wir drei statt zwei Beinpaare gehabt hätten - oder noch besser vier, denn dann könnten wir uns so flink wie Insekten bewegen und hätten trotzdem ein Beinpaar frei für Arme und Hände ...

Nun ja, warum nicht 50 Arme und 10 Beine? Das würde unheimlich viel auf einmal bewerkstelligen können. Es wäre nur nicht unbedingt energieeffizient, und sofern diese Ressource denn knapp ist ein K.O.-Kriterium.

Du hast das Gleiche selber für den mikroskopischen Bereich angeführt:
Es ist nun interessant, zu untersuchen, was passiert, wenn man die einzusetzenden Werte verändert. Daraus lassen sich Schlussfolgerungen ableiten, die generell auf hypothetische Lebewesen übertragbar sind.

Beispielsweise könnte man annehmen, dass nicht vier Basen, sondern mehr oder weniger zur Verfügung stehen. Da das Prinzip der komplementären Basenpaarung gilt, sind nur geradzahlige Werte für a zulässig, also 2; 4; 6; 8; … Um 20 Aminosäuren repräsentieren zu können, benötigt man:

Für 2 Basen eine Kombination mit 5 Basen, also 2^5 = 32;
Für 4 Basen eine Kombination mit 3 Basen, also 4^3 = 64;
Für 6 Basen eine Kombination mit 2 Basen, also 6^2 = 36;
Für 8 Basen eine Kombination mit 2 Basen, also 8^2 = 64.
Letztlich hast Du dort weiter erörtert welche Gründe (Argumente) die einen und die anderen eher ausschließen, immer ging es letztlich um eine Optimiertungsaufgabe, verständlicherweise.

Nun einen Schritt weiter zu den Zweibeinern oder einen Schritt zurück zu den Supernovae (wo es auch drauf ankommt).


Aber schau Dich doch um: Was im Verlauf der letzten 600 Millionen Jahre allein im Tierreich an Formenvielfalt entstanden ist, die keinerlei Ähnlichkeit mit Menschen hat, zeigt, wie unvorhersehbar evolutionäre Entwicklungen sind. Und wenn dies hier der Fall ist, wie unvorhersehbar müssen dann "Erfolgsrezepte" in anderen Biosphären aussehen? Ich denke nicht, dass man eine humanoide Gestalt als das Non-plus-ultra auslegen kann, auf das eine Evolution hinauslaufen müsste, um Intelligenzwesen hervorzubringen. Hier hat die Natur noch viel mehr in ihrer Trickkiste als wir uns vorstellen können ...
Vielleicht. Vielleicht auch nicht. Vielleicht sehen wir das im Spiegel. Die vielen Millionen Jahre haben NIE so etwas wie unser Gehirn hervorgebracht, außer bei uns auf unserem Planeten, zumindest.
Unser Gehirn ist mit weitem Abstand das komplexeste Gebilde überhaupt (das wir kennen) und zudem noch auf so kleinem Raum. Ich weiß nicht wie die Entropie-Theoretiker das verpacken. Fakt ist, in dem uns bekannten Universum sucht es Seinesgleichen - was ich sinnbildlich meinte, man aber durchaus auch wörtlich nehmen kann.

Gruß,
Dgoe
 
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Mahananda

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Hallo Dgoe,

Muss man wohl erst entsperren, ein Häckchen irgendwo.

Jetzt müsste es funktionieren.

Also es gibt 20 Aminosäuren, sind nicht auch mehr möglich?

Es gibt mehrere Hundert Aminosäuren, aber nur 20 werden in der DNA codiert. Es hätten auch mehr sein können. Mit dem vierbasigen Triplett-Code sind maximal 63 Belegungen möglich (sowie eine Stopp-Stelle). Eine solche eindeutige Zuordnung hätte jedoch wegen fehlender Redundanz einige Nachteile gegenüber der im Durchschnitt dreifachen Redundanz pro Aminosäure, die sich durchgesetzt hat.

Ist das chemisch genau so begrenzt durch irgendwelche Elektronenanzahlen?

Nein, aus rein chemischen Gründen gibt es da keine Einschränkungen. Natürlich können die Seitengruppen nicht beliebig lang werden, da diese dann aufgrund von Faltungen mit sich selbst zu Ringstrukturen reagieren. Irgendwann wird es dann etwas sperrig, wenn man solche Aminosäuren in einen Peptidstrang verbaut, aber die chemische Vielfalt im kurzkettigen Bereich ließe weitaus mehr als nur 20 Aminosäuren zu.

Nun ja, warum nicht 50 Arme und 10 Beine?

Tausendfüßler machen uns vor, dass auch das nicht unmöglich ist ... Ich denke, das Problem wäre hier der Aufwand an Gehirnkapazität, wenn es Wirbeltiere mit derart vielen Gliedmaßen gäbe. Aber die Vierfüßigkeit der Landwirbeltiere geht ja nicht auf eine Beinreduktion infolge des Landlebens zurück, sondern auf den Umstand, dass diejenige Gruppe an Süßwasserfischen, die zuerst das Festland besiedelt hat, zufällig nur noch zwei Flossenpaare übrig hatte. Wären es drei oder vier Flossenpaare gewesen, könnten wir uns vielleicht über ein weiteres Beinpaar freuen und hätten weniger Probleme mit Bandscheibenvorfall, Arthrose und Hüftgelenkbrüchen ...

Letztlich hast Du dort weiter erörtert welche Gründe (Argumente) die einen und die anderen eher ausschließen, ...

Richtig. Hier ging es um eine Aufwandsminimierung zum Erreichen einer möglichst großen Vielfalt. Und ein achtbasiger Code ist nun mal aufwändiger als ein vierbasiger, um 64 Kombinationen zu ermöglichen. Hinzu kommt, dass die Größe von drei Basen pro Codeeinheit auf stereochemische Gründe zurückgeht, weil sich die Anticodonschleife der tRNA nicht "spitzer" ausformen lässt. Und ein achtbasiger Triplettcode ergibt 512 Kombinationen, die irgendwie belegt werden müssen - so etwas ist von vornherein utopisch. Auch die sechsbasige Variante ergäbe als Triplettcode 216 Kombinationen, was selektiv ungünstig wäre.

Im Unterschied dazu sind ein oder zwei zusätzliche Beinpaare hinsichtlich des Aufwands für den Gesamtorganismus geradezu Peanuts, wie es uns diejenigen Gliederfüßer vormachen, die die überwiegende Mehrzahl aller Tierarten stellen - also die Insekten.

Die vielen Millionen Jahre haben NIE so etwas wie unser Gehirn hervorgebracht, außer bei uns auf unserem Planeten, zumindest.

Das kann sein, aber wir wissen es nicht. Wenn wir es herausfinden wollen, müssen wir danach suchen. Im Rahmen unserer Möglichkeiten werden wir vielleicht Indizien dafür finden.

Ich weiß nicht wie die Entropie-Theoretiker das verpacken.

Der Aufwand für das große Gehirn wird durch die damit ermöglichten kulturellen Leistungen (Zivilisation + Technologie) wettgemacht, die auf die biologische Fitness rückwirken.

Viele Grüße!
 

Dgoe

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Es gibt mehrere Hundert Aminosäuren, aber nur 20 werden in der DNA codiert.
Hallo Mahananda,

ach so, ist diesen 20 denn irgendetwas Besonderes gemeinsam. Warum nicht 21, Zufall?

Meistens trifft man ja eine Analogie an, die Basen mit Buchstaben vergleicht, ich würde jetzt aber spontan diese 20 Aminosäuren mit unserem Alphabet vergleichen, während Wörter dann Proteine darstellen. Die vierbasigen Triplets würden dann die Form des Buchstabens definieren. Hinkt der Vergleich? Ich finde die Analogie so nicht schlecht, wir hätten in unserer Sprache ja auch mehr Buchstaben haben können, nur würde es unübersichtlicher, irgendwann hat man die Anzahl 'eingefroren' und so beibehalten.

Die dreifache Redundanz erinnert mich wiederum an unsere heißgeliebten Backups (Daten-Sicherheitskopien), bei welchen ein Optimum zwischen Sicherheit und Aufwand ebenfalls eine dreifache Redundanz (Original und 2 Backups) gilt. Oft sagt man ja auch 'doppelt redundant', das Original nicht mitgezählt.

Gruß,
Dgoe

P.S.:
In Raumsonden werden/wurden manche wichtigen Systeme auch doppelt redundant verbaut, also 3-fach.
 
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Mahananda

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Hallo Dgoe,

Warum nicht 21, Zufall?

Mit Umwegen sind es sogar 22. Pyrrolysin wird bei einigen Organismen anstelle des Stopp-Codons UAG eingefügt. Selenocystein anstelle des Stopp-Codons UCA. Die Einbauwege sind zwar verschieden, aber an diesen beiden Beispielen wird deutlich, dass der genetische Code a) erweiterungsfähig und b) in seiner Fixierung noch nicht abgeschlossen ist. Er unterliegt also weiterhin der optimierenden Evolution. Allerdings sind Neuerungen zunehmend schwieriger in ein seit langer Zeit etabliertes Muster einzubringen.

Meistens trifft man ja eine Analogie an, die Basen mit Buchstaben vergleicht, ...

Na ja, als Metapher gebraucht, ergeben sich da einige Parallelen, aber wenn man die Metapher nicht mehr als solche im Blick behält, sondern das Umschreibende mit dem Umschriebenen gleichsetzt, gelangt man schnell auf Irrwege. Bereits die Anwendung des Begriffs "Information" auf die Biologie birgt eine Reihe von Fallstricken, in denen man sich leicht verheddern kann, wenn man die jeweiligen Kontexte nicht sauber auseinanderhält. Lily E. Kay hat darüber ein - nicht ganz einfach zu lesendes - Buch geschrieben: "Das Buch des Lebens. Wer schrieb den genetischen Code?" Vielleicht schaffe ich es , morgen dazu noch etwas genauer ins Detail zu gehen. Jetzt ist es gerade ungünstig.

... irgendwann hat man die Anzahl 'eingefroren' und so beibehalten.

Die Geschichte der Schrift ist etwas komplexer, aber das "Einfrieren" in Bezug auf den genetischen Code wurde tatsächlich von Francis Crick als "Frozen-Accident"-Hypothese in den 1960er Jahren vorgebracht. Hier kannst Du seinen Artikel nachlesen, der 1968 veröffentlicht wurde.

Die dreifache Redundanz erinnert mich wiederum an unsere heißgeliebten Backups ...

Die dreifache Redundanz ergibt sich lediglich als Durchschnittswert, wenn ich die 61 belegten Tripletts durch die 20 Aminosäuren teile. In Wirklichkeit ist die Redundanz pro Aminosäure zwischen 1 und 6 angesiedelt, wobei die sechsfache Redundanz für Leucin, Arginin und Serin mit der Bedeutung für den Stoffwechsel korreliert. Tryptophan und Methionin mit der Redundanz 1 finden sich in Proteinen eher selten. Auf die Schlüsselrolle von Methionin im Zusammenhang mit dem Startcodon bin ich ja bereits eingegangen.

Dass die Verteilung der Redundanzen Resultat einer Optimierung ist, kann man z.B. hier nachlesen. Also einerseits eine Art "Frozen Accident" - aber nachfolgend mit selektiver Optimierung, um einerseits Fehlertoleranz sowie andererseits Evolutionsfähigkeit auf bestmöglichem Level feinabgestimmt zu gewährleisten. Na gut, es waren ja über 3 Milliarden Jahre Zeit ...

Viele Grüße!
 

Dgoe

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Hallo Mahananda,

Meistens trifft man ja eine Analogie an, die Basen mit Buchstaben vergleicht, ...
Na ja, als Metapher gebraucht, ergeben sich da einige Parallelen, ...
Ich habe Francis Cricks Artikel noch nicht gelesen, danke für den Link.
Ich habe nur den Eindruck, dass Du eventuell etwas überlesen hast, denn ich meinte ja gerade nicht diese übliche Analogie, sondern eine, meines Erachtens, viel besser passende, als Vorschlag. Denn die 20 bis 22 Säuren passen von der Größenordnung viel besser zum Alphabet, als wie nur 4 Basen analog zu Buchstaben. Das kleinere Vokabular baut erst die Zeichen auf, wie Bits die Bytes. Unsere Buchstaben sind ja auch noch optisch kodiert (analog) mit Ecken, Rundungen, Richtung, Grundlinie, usw. eher ähnlich einem Triplett aus Vierern. Die Aminosäuren wären dann Buchstaben und Enyme/Proteine die Wörter, deren Kombination dann Sätze (Gene?). Bis hin zu Texte (komplexe Gene?).
Dass es dabei Grenzen gibt, will ich ja nicht bestreiten. Aber es ist keineswegs ein Vergleich zwischen Äpfel und Birnen, vielmehr zwischen verschiedenen Äpfelsorten.
Ich sehe uns ja nicht losgelöst von der Natur, sondern als Teil dessen (wenn auch eigenartigen), von daher fallen diese wiederholenden ähnlichen Muster der Natur einfach auf (beides Leben, beides Kommunikation, beides Fixierung) eben in den unterschiedlichen aufeinander aufbauenden Größen (siehe Fraktale - ähnlich aber nicht gleich). Wer weiß schon genau, wie abwechslungsreich und komplex das mit der RNA im Vergleich zu unsere_r/n Sprachen war, zumal einige hundert bis tausend mal mehr Zeit gedauert.
Vielleicht wären so die beiden, Pyrrolysin und Selenocystein ähnlich unserem ß(sz, ss) oder den Umlauten im Deutschen. (+/-)

In Wirklichkeit ist die Redundanz pro Aminosäure zwischen 1 und 6 angesiedelt, wobei die sechsfache Redundanz für Leucin, Arginin und Serin mit der Bedeutung für den Stoffwechsel korreliert. Tryptophan und Methionin mit der Redundanz 1 finden sich in Proteinen eher selten.
Das ist auch voll passend. Es gibt Untersuchungen welche Buchstaben in den verschiedenen Sprachen am meisten vorkommen, respektive benutzt werden, für alternative Tastaturbelegungen zum Beispiel von Bedeutung, denn die Aktuelle hat sich noch an der Schreibmaschine orientiert, die vermeiden wollte, dass häufige Buchstaben direkt nebeneinander liegen, damit die sich nicht verklemmen. Ergonomisch ist das nicht. Heute gibt es Alternativen, die man auch kaufen kann und die schnell erlernbar sind, mit deutlichem Geschwindigkeitszuwachs und Sehnen-Entlastung. Die häufigsten Buchstaben liegen dabei auf die am einfachsten zu erreichenden Stellen, die punktemäßig mehrfach zählen (Zeigefinger, etc.). Die Seltenen dann ganz außen.

...


Da ist noch mehr, zu ein paar anderen Zitaten, unterbreche mal hier jetzt.
+ zur Entropietrennung ...

Gruß,
Dgoe
 
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Dgoe

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+Na komm,

hier auch schnell dazu, dann habe ich alles gesagt, was mir auf dem Herzen lag:

Tausendfüßler machen uns vor, dass auch das nicht unmöglich ist ...
Das hatte ich geahnt ein wenig, dass das kommt. Das ist aber grundlegend anders, weil dabei eher ein Schwarm-Effekt genutzt wird und die Glieder für sich nicht so strukturell ausgebaut sind.


... die zuerst das Festland besiedelt hat, zufällig nur noch zwei Flossenpaare übrig hatte.
Ja aber, das ist doch wie die ganze Zeit schon (Stichwort 20 von zig), die anderen mit mehr oder weniger hatten das Nachsehen auf Dauer und der Landgang hat nochmal ausgesiebt. Die zwei Flossenpaare-Variante würde das vielleicht auch jedes mal bis zu einem Humanoiden voranbringen, wenn der Planet es anbietet. Vielleicht auch manchmal anders am vorläufigen Ende, ein intelligentes Reptil (immerhin hatten damals schon manche zwei Hände frei, wenn auch noch mit Winzhirn) oder Exoskelett, Insekten, wenn mehr Sauerstoff da wäre, für größere Körper. Erinnert mich alles an diverse SF, aber substanzlos ist es irgendwie keineswegs, finde ich.


Gruß,
Dgoe
 
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