zum Directory-modus

Evolution

Frühe Polymerisation

Abb.1

Nachdem man erkannt hatte, dass die wichtigsten Moleküle der lebenden Zelle Polymere sind, lag es auf der Hand, den nächsten Schritt der Evolution in der abiotischen Polymerisation zu suchen. Als katalytische Oberflächen boten sich Tonmineralien mit ihrer polyionischen Oberfläche an. Der Vorteil dieser Oberfläche besteht darin, dass die Reaktion durch Temperaturschwankungen immer wieder neu startet, so dass sich polymeres Material anhäufen kann.

Polyionen

Polyionen, auch Polyelektrolyte genannt, sind Polymere mit einer großen Zahl an ionisch dissoziierbaren Gruppen. Ihr Entdecker L. Orgel spricht von abiotischen Polypeptiden oder Proteinoiden, also Protein-ähnlichen Polymeren. S. W. Fox hat sich seit den 1960er Jahren mit der Bildung von Proteinen aus Aminosäuren befasst. Seine Untersuchungen ergaben, dass Proteine und Proteinoide bei einer Erhitzung eines Aminosäuregemisches auf 150-200 °C entstehen. Die Inkubationszeit beträgt mehrere Tage. Unter Zusatz von Polyphosphat steigt die Ausbeute, die Polymerisation erfolgt bereits bei 70 °C.

Proteinoide haben katalytische Aktivitäten. Es werden zwar nicht alle Eigenschaften moderner Enzyme erreicht, besonders nicht die schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, es wird aber deutlich, dass die Voraussetzungen für eine Verbesserung durch Evolution gegeben sind. Aus der Kinetik der Reaktionen kann man ablesen, dass Proteinoide bereits kooperatives Verhalten zeigen. Protenoide haben die Tendenz zur Aggregation (Quartärstrukturbildung). In wässriger Lösung entstehen hohlkugelförmige Gebilde (Mikrosphären), deren Bildung wiederum ein wichtiger Schritt in Richtung Zellentstehung ist. Man könnte Mikrosphären als Vorstufen von Protozellen, als Vorläufer der Organisationsform Zelle ansehen. Eine wichtige Eigenschaft haben sie mit den Zellen gemeinsam: Sie bilden ein Kompartiment, durch das ein Reaktionsbereich von der umgebenden Umwelt abgetrennt wird.

Ton könnte damals auf der Urerde von besonderer Bedeutung gewesen sein. Er besitzt besonders viele geladene Partikel auf engstem Raum, an denen die amphoteren Aminosäuren (Zwitterionen) und andere Biomonomere binden können. Die Anwesenheit von Eisen oder Zink könnte die Effizienz der Katalysatoren gesteigert und die Bindungsreaktionen erleichtert haben. Tatsächlich gelang Orgel die Synthese von Oligomeren. Allerdings blieben die Experimente immer umstritten, weil er mit aktivierten Monomeren gearbeitet hat, ohne die entsprechende Energiequelle zu erklären. Anstatt Ton könnte aber auch Pyrit (FeS2) direkt als Substrat gedient haben. Nach G. Wächtershäuser könnte die abiotische Synthese von organischen Polymeren auch an der geladene Oberfläche des Pyrits stattgefunden haben.

Seite 8 von 16