| Das Massenwirkungsgesetz beschreibt eine allgemeingültige Gesetzmäßigkeit: Die Konzentrationen von Reaktanten [A][B] und Produkten [AB] in einem Gas oder einer Flüssigkeit streben einem Gleichgewichtszustand entgegen. Der Gleichgewichtszustand wird von der Gleichgewichtskonstante K beziffert: K = [AB]:[A][B]. Der Zahlenwert für K wird experimentell ermittelt.
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| •• | Das Urmeer soll das Wasser auf der Erde gewesen sein, aus dem laut Evolutionstheorie vor mehreren Milliarden Jahren das Leben hervorging. Man nennt dieses Meer auch Ursuppe. Alle Evolutionsstammbäume gehen davon aus, dass das Leben aus dem Wasser kam.
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| •• | Allerdings: Aminosäureketten zerfallen in wässriger Umgebung. Die Berechnung der Entstehungswahrscheinlichkeit von Proteinen, wie auf der Seite Rechenaufgabe vorgeführt, gilt nicht für eine wässrige Umgebung. In einem Urmeer ist die Entstehungswahrscheinlichkeit von langen Ketten von Aminosäuren oder Nukleotiden gleich null. Genauer: Aminosäuren verbinden sich per Peptidbindung unter Wasserabspaltung miteinander. Nukleotide verbinden sich per PhosphodiEsterbindung unter Wasserabspaltung zu kettenförmiger DNS. Auf beiderlei Ketten, wenn man sie ins Wasser gibt, wirkt ein Zwang zur HydrolyseSpaltung der chem. Verbindung mit Hilfe von Wasser. Das Wassermolekül wird dabei aufgeteilt. Die Reaktion ist exergon (setzt Energie frei).. Das Gleichgewicht (gemäß Massenwirkungsgesetz) liegt dabei sehr weit auf Seiten der freien Komponenten (Aminosäuren, Nukleotide). Das Aufbrechen der Peptidbindungen oder Esterbindungen durch Zugabe von Wasser ist spontan, wenn auch relativ langsam, und setzt Energie frei. Eine ausreichend lange Aminosäurenkette könnte sich zwar theoretisch zu einem Protein auffalten, aber die vorbereitende Kettenbildung ist eben in Wasser nicht möglich. Ein fertiges Protein hingegen ist in Wasser etwas länger haltbar, denaturiert aber, evtl. löst es sich auch auf. |
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| •• | Bei der industriellen Herstellung langer Ketten (Polymerisation) muss man exakte Mischungsverhältnisse möglichst reiner bifunktionaler Ausgangstoffe herstellen, man muss kompartmentalisieren, man muss gezielt Wasser entziehen, um die Rückspaltung zu verhindern, und man muss Energie zuführen. Man könnte nun argumentieren, es seien auf der frühen Erde durch Zufall viele kleine Buchten entstanden, die gefüllt waren mit Aminosäuren, Nukleosiden und Phosphorsäure und bestimmten Katalysatoren. Der wässrige Anteil in den Buchten sei immer wieder aufs Neue verdunstet. Die darin entstandenen kurzen Ketten seien durch Naturkräfte in eine trockene Nebenbucht befördert worden, bevor sich die erste Bucht wieder mit Wasser füllte. Dieses Argument ist aber nichts weniger als die These, dass sich auf der frühen Erde „von alleine“ eine hochkomplizierte quasi-industrielle Anlage gebildet hat, in der die ersten brauchbaren Proteine entstanden sind.
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| •• | Zwei Aminosäuren gehen in wässriger Umgebung nur dann eine Peptidverbindung ein, wenn sie Hilfe von Enzymen (z. B. der Peptidyltransferase) erhalten und ihnen zur Herstellung der Verbindung Energie zugeführt wird. Diese Bedingungen zur Bildung wenigstens sehr kurzer Ketten in wässriger Umgebung sind in einem hypothetischen Urmeer nicht gegeben, wohl aber in der Zelle: Dort wird in den Ribosomen gezielt chemische Energie zugeführt (nicht Wärme) und Wasser wird ferngehalten. Die beteiligten Enzyme, wie etwa die Aminoacyl-tRNA-Synthetasen, sind selbst Eiweiße, deren Entstehung in einem Urmeer unmöglich ist.
Randnotiz: Im Augenblick des Todes beginnt die Verwesung: Die hochkomplizierten Mechanismen zur Herstellung, zum Erhalt und zur Reparatur von Proteinen und Nukleotidketten werden außer Kraft gesetzt. Die Proteine, die sich in Wasser nur nach längerer Zeit auflösen würden, werden in der Zelle aktiv demontiert: Im Augenblick des Todes steht den Zellen keine chemische Energie (ATP) mehr zur Verfügung. Darum können die Ionenpumpen in der Zellmembran nicht mehr arbeiten, die zuvor den Kalziumgehalt des Zellplasmas reguliert haben: Kalzium aus den intrazellulären Räumen dringt nun durch die Membran in die Zelle ein. Der Anstieg der Kalziumkonzentration aktiviert Enzyme in der Zelle: Proteasen beginnen, Peptide zu zerlegen; Nukleasen beginnen, die DNS zu zerlegen; Lipasen beginnen, die Zellmembranen aufzulösen. Hat dieser Prozess begonnen – das geschieht innerhalb von Minuten bis Stunden, nachdem der Energiestoffwechsel zum Erliegen kommt –, ist der Tod irreversibel. |
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| •• | Das so genannte Miller-Urey-ExperimentIn einem Gasgemisch aus Wasserdampf (H20), Methan (CH4), Ammoniak (NH3) und Wasserstoff (H2) wurden eine Woche lang aus 60 KV Spannung elektrische Funken erzeugt. von 1952 soll beweisen, dass „organische“ Stoffe als Vorstufe zum Leben von selbst entstehen konnten. Die Unterteilung in organische und anorganische Moleküle stammt aus dem 18. Jahrhundert: Organisch sind Moleküle, die Kohlenstoff enthalten (ausgenommen CO, CO2 u. a.) Das Miller-Urey-Experiment erzeugt viele Verbindungen, in denen Kohlenstoff enthalten ist. Es handelt sich mehrheitlich um toxische Verbindungen, aber es entstehen auch einfache Aminosäuren wie Glycin (C2H5NO2) und Alanin (C3H7NO2), sogar Zucker – Stoffe also, die auch in lebenden Organismen eine Rolle spielen. Dennoch sind Glycin, Alanin oder Zucker nicht lebendig. Sie stellen auch keine „Vorstufe“ des Lebens dar. Organismen benutzen viele leblose Stoffe, die sowohl im Organismus als auch außerhalb erzeugt werden können, wie z. B. Salzsäure. Das Miller-Urey-Experiment begrenzt nicht die Gültigkeit des Massenwirkungsgesetzes. Das Miller-Urey-Experiment belegt, wie wichtig es ist, sich über die Bedeutung der verwendeten Worte klar zu sein – in diesem Fall über die Definition und Bedeutung von „organisch“. Die Vormacht der amerikanischen Medien in der Welt bringt es mit sich, dass so manche technische oder wissenschaftliche Entdeckung Amerikanern zugeschrieben wird, die in Wahrheit andere vor ihnen gemacht haben. So auch beim Miller-Urey-Experiment, dessen Ergebnis schon 1913 bei LöbLöb, Walther (1913). Über das Verhalten des Formamids unter der Wirkung der stillen Entladung: Ein Beitrag zur Frage der Stickstoff-Assimilation. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Vol. 46(1), Seite 684-697. zu finden ist. Miller-Experimente wurden im Labor zigmal wiederholt. NukleosideGibt man dem Nukleosid eine Phosphatgruppe hinzu, hätte man ein Nukleotid. entstehen nicht. Monofunktionelle Moleküle (Kettenabbrecher) und bifunktionelle Moleküle liegen immer im Verhältnis von 3:1 oder höher vor. Selbst wenn die Anzahl der monofunktionellen Gruppen geringer wäre, weniger häufig als die bifunktionellen Gruppen oder sogar nur einen Bruchteil der bifunktionellen Moleküle ausmachen würden, könnten keine Makromoleküle gebildet werden: Nachdem sich einige bifunktionelle Molekül aneinandergekettet haben, kommt unausweichlich eine monofunktionelle Gruppe hinzu, die die Kette beendet. Unter den Bedingungen einer hypothetischen frühen Erdatmosphäre, wie die Miller-Experimente sie simulieren wollen, könnten kaum zwei kleine Moleküle aneinandergereiht werden. (Und selbst auf diese Minikette würde in der „Ursuppen“-Umgebung der Zwang zur Hydrolyse wirken.) |
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Die Theorie von der zufälligen Entstehung von großen Moleküen, wie Peptiden oder DNS, ist ein Wunschglaube, sonst nichts. Das ist auch recht gut an der relevanten Fachliteratur zu sehen: Den erfahrenen Verfechtern einer chemischen Evolution ist das Problem durchaus bewusst, sie wollen aber trotzdem gegen allen Verstand an der Selbstentstehung festhalten (vgl. Huber & Wächtershäuser, 1998Huber, C. und Wächtershäuser, G. (1998). Peptides by activation of amino acids with CO on (Ni,Fe)S surfaces: implications for the origin of life. Science 281(5377), Seite 670–672. Zitat daraus: The activation of amino acids and the formation of peptides under primordial conditions is one of the great riddles of the origin of life. Diesem Satz kann man nur zustimmen. ) Die Seite Rechnen gründet sich zu Demonstrationszwecken auf die utopische Vorstellung, dass zufallsgesteuerte Kettenbildung möglich ist. |
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