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Evolution

Selbstorganisation

Notwendig für eine Vererbung ist ein Mechanismus zur Replikation (identische Verdopplung). Es war von Vorteil, bevorzugte Eigenschaften an die nächsten Generationen weiterzugeben, anstatt dies dem Zufall zu überlassen.

Der genetische Code ist in Form von DNA gespeichert, wird dann in RNA transkribiert (überschrieben) und letztendlich in Proteine translatiert (übertragen). Dieser Prozess ist jedoch zu komplex, um als Modell für den Beginn der Selbstorganisation dienen zu können. Man nimmt an, dass die Informationsweitergabe anfangs aus einem Wechselspiel zwischen RNA und Proteinen bestand, z.B. in Form kurzer RNA-Stränge, die selbstreplizierend Aminosäuren verknüpfen. Vermutlich hat sich die DNA erst später aus der RNA entwickelt.

Auf Grund der erheblich höheren Stabilität der zweisträngigen DNA und vor allem wegen ihrer weit besseren Matrizeneigenschaften - nur die DNA hat ein Korrektursystem - konnte sich die DNA als Träger der Erbinformation durchgesetzen. Viele Fragen sind noch nicht abschließend geklärt, vor allem die Frage, ob die RNA tatsächlich der erste Informationsträger war.

Folgende Punkte sprechen für diese These:

  1. Im Reagenzglas – als Modell der Uratmosphäre – konnten bereits Ribonucleotide abiotisch hergestellt werden.
  2. Die RNA hat autokatalytische Eigenschaften (Ribozyme).
  3. RNAsen (RNA-abbauende Enzyme) enthalten häufig komplementäre Oligoribonucleotide für die spezifische Substraterkennung.
  4. Alle katalytischen Prozesse im Ribosom laufen unter Beteiligung der RNA ab.
  5. Der wesentliche Kontakt zwischen Aminosäuren und Nucleinsäuren läuft über eine RNA, entweder über die Transfer-RNA oder die Messenger-RNA.
  6. Die Replikation benötigt einen RNA-Primer (Ansatzstelle für die Polymerase, die die DNA-Replikation katalysiert).
  7. Es gibt keine de novo-Synthese von DNA.

Trotz all dieser Hinweise, ist die heutige RNA immer noch zu kompliziert, um als echtes Vorläufermolekül akzeptiert zu werden. Das brachte Julius Rebek und seine Kollegen auf die Idee, ein einfaches, selbstreplizierendes Molekül zu synthetisieren. Dieser Amino-adenosin-trisäureester (AATE) erwies sich tatsächlich als Kopiervorlage für weitere AATE-Moleküle. Die Replikation kann also durchaus zuerst eine Eigenschaft kleiner Moleküle gewesen sein, ehe sie von größeren Molekülen übernommen wurde.

Es könnten demnach zufällig Proteine mit guter enzymatischer Aktivität entstanden sein, deren Synthese sich weitervererben ließ, und aus denen sich die erste Kompartimente bildeten. Die einzelnen Bestandteile befanden sich damit in einem kleinen geschützten Volumen, so dass es zu einer besseren Kommunikation zwischen den Makromolekülen kam.

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