Selbstvermehrende Moleküle
PharmaWikisynonym: Selbstvermehrende Verbindungen, Selbstvermehrende Polymere, Self-replicating molecules, Selbstreplizierende Moleküle
EinführungSelbstvermehrende Moleküle sind Polymere mit einer definierten Sequenz, welche sich durch Anlagerung komplementärer Monomere mithilfe intermolekularer Wechselwirkungen selbst verdoppeln. Die wichtigsten Beispiele sind die Nukleinsäuren, also die doppelsträngige DNA und die einzelsträngige RNA, die aus Nukleotiden bestehen und die Informationen für die Entwicklung von Lebewesen enthalten.
Komplexe Polymere können aus hunderten bis tausenden Monomeren bestehen und lagern sich selbst zu einer dreidimensionalen Struktur zusammen, die zusätzlich auch als Katalysator (Enzym) wirksam sein kann.
Selbstvermehrende Moleküle unterscheiden sich fundamental von anderen Objekten, welchen wir in unserem Alltag begegnen, also beispielsweise von einem Stück Papier, einer Parkbank oder einem Stein. Denn keiner dieser Gegenstände würde sich je selbst verdoppeln und eine identische Kopie von sich herstellen.
Die spontane Entstehung einfacher selbstvermehrender Moleküle vor vielleicht 4 Milliarden Jahren markiert den Beginn des Lebens auf der Erde. Untersuchungen wie das Miller-Urey-Experiment aus den 1950er-Jahren haben gezeigt, dass sich Biomoleküle wie die Nukleinsäuren und Aminosäuren aus einfacheren Verbindungen in der Natur bilden können. Einige Verbindungen könnten auch aus dem Weltall auf die Erde gelangt sein.
Selbstvermehrende Moleküle. Der Prozess ist stark vereinfacht. Zum Vergrössern anklicken. Illustration © PharmaWiki
Natürlich sind die erforderlichen Schritte nicht trivial. Die richtigen Substrate, Bedingungen, die erforderliche Energie, Aktivierungsenergie und geeignete Katalysatoren müssen zusammenspielen, um die Selbstreplikation zu ermöglichen. Des Weiteren sind ausreichend Monomere erforderlich, die aus weiteren Bestandteilen zusammengesetzt sind. Zeit für die chemischen Reaktionen stand auf der frühen Erde allerdings ausreichend zur Verfügung – die Prozesse konnten bei Bedarf Jahrzehnte, Jahrtausende oder Millionen von Jahren in Anspruch nehmen. Wie genau das Leben auf der Erde entstanden ist, wird wahrscheinlich nie genau herausgefunden werden, aber Experimente, Modelle und Berechnungen können wichtige Hinweise liefern.
Lebewesen sind nicht durch eine Schöpfung, sondern aus der unbelebten Natur durch chemische Reaktionen und physikalische Phänomene entstanden. Und einer der ersten Schritte dazu war die Entstehung selbstvermehrender Polymere. Sobald sich Moleküle selbst replizieren und in Konkurrenz um Monomere, ihre „Ernährung“, stehen, kommt die Evolution in Gang, was zu einer zunehmenden Komplexität führt. Denn Moleküle, die aufgrund kleiner Änderungen (Mutationen) besser an ihre Umgebung anpasst sind, werden selektioniert, überleben und können sich weiter vermehren.
Die zunehmende Komplexität ist darauf zurückzuführen, dass selbstvermehrende Moleküle ihre erworbenen Eigenschaften an ihre Nachkommen vererben. Gleichzeitig vermehren sich nur diejenigen Verbindungen, welche die besten Eigenschaften mitbringen.
Es wird vermutet, dass es sich bei den ersten selbstvermehrenden Verbindungen um Ribonukleinsäure (RNA) handelte. Denn es ist bekannt, dass sie katalytische Funktionen wahrnehmen kann (Ribozyme). Dies wird als RNA-Welt-Hypothese bezeichnet.
siehe auchNukleinsäuren, Emergenz, Chemische Elemente
AutorInteressenkonflikte: Keine / unabhängig. Der Autor hat keine Beziehungen zu den Herstellern und ist nicht am Verkauf der erwähnten Produkte beteiligt.