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2019 | Book

Einleitung Read chapter Read first chapter

Leben durch chemische Evolution?

Eine kritische Bestandsaufnahme von Experimenten und Hypothesen

Author: Prof. Dr. Hans R. Kricheldorf

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

In diesem Buch werden experimentelle Ergebnisse zum Konzept der molekularen Evolution geschildert und kritisch bewertet. Dies geschieht erstmals aus der Sicht eines Polymerchemikers.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Wenn man sich mit der Frage beschäftigt, ob und wie Leben durch chemische Evolution entstanden sein kann, dann sollte man auch in der Lage sein, das Ziel, also Leben, klar zu benennen. Zu diesem Punkt hat sich allerdings der Schriftsteller Arthur Schnitzler sehr skeptisch geäußert: „Was Leben ist, vermag kein Wissenschaftler zu sagen.“ Dennoch haben sich zahlreiche Wissenschaftler mit der Frage, wie das Phänomen Leben zu definieren sei, ausführlich auseinandergesetzt, und an dieser Stelle soll nur eine Zusammenfassung verschiedener Aspekte dieser Problematik präsentiert werden, weil der Schwerpunkt dieses Buches eine ausführlichere Diskussion dieser Thematik nicht erfordert.
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 2. Hypothesen zur molekularen Evolution
Zusammenfassung
Schon den ersten Protagonisten einer chemischen Evolution war klar, dass die Zusammensetzung der Uratmosphäre unserer Erde einen wesentlichen Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit haben würde, mit der die organischen Bausteine lebender Organismen gebildet werden. Schon sehr früh, d. h. vor 1950, gab es zwei Denkrichtungen. Erstens waren da die Advokaten einer Atmosphäre, die als oxidierend oder neutral angesehen werden kann und bei der CO2 und CO als primäre Kohlenstoff-Quellen sowie N2 als Stickstoff-Quelle angesehen wurden.
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 3. Die Polymerisationsprozesse der chemischen Evolution
Zusammenfassung
Gemäß J. P. Flory, Nobelpreisträger für Chemie 1974, lassen sich alle Arten von Polymerisationen in zwei Gruppen einteilen: Stufenwachstum-Polymerisationen und Kettenwachstum-Polymerisationen. Diese Unterteilung beruht auf kinetischen und nicht auf thermodynamischen Eigenschaften der Polymerisationsprozesse. Die Stufenwachstum-Polymerisationen untergliedern sich in Polykondensationen und Polyadditionen, die sich thermodynamisch deutlich unterscheiden.
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 4. Modellsynthesen von Aminosäuren
Zusammenfassung
Da Peptide und Proteine die vielfältigste und häufigste Substanzgruppe darstellen, die in Tieren vorkommt, und da auch in Pflanzen fast alle Biokatalysatoren aus Proteinen bestehen, ist der Ursprung der Peptide und Proteine von besonderer Bedeutung für jegliche Theorie über den Ursprung des Lebens. Für die Entstehung ihrer Bausteine, der proteinogenen α-Aminosäuren (prAS), kommen zwei verschiedenen Quellen infrage, nämlich Kometen und Meteorite (s. Kap. 9) einerseits, und andererseits eine effiziente Synthesechemie auf der Erde selbst. Diese Ursprünge sind nicht notwendigerweise Alternativen, sondern können koexistiert haben und haben sich vielleicht sogar synergistisch ausgewirkt, indem optisch aktive Aminosäuren aus dem Weltraum die Entstehung von prAS mit Enantiomeren-Überschuss auf der Erde katalysiert haben (s. Kap. 10).
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 5. Modellsynthesen von Sacchariden, Nucleobasen, Nucleosiden und Nucleotiden
Zusammenfassung
Nucleotide, die Bausteine der RNA, bestehen aus zwei Arten organischer Komponenten, der D-Ribose und den Nucleobasen. Die vier Nucleobasen, welche der RNA zugrunde liegen, sind die Pyrimidine Uracil und Cytosin sowie die Purine Adenin und Guanin. Es besteht Einigkeit unter den Wissenschaftlern, dass die auf 2-Deoxyribose basierende DNA eine spätere Erfindung der Evolution ist als RNA, und dass sich die ersten Lebewesen auch ohne DNA erhalten und vermehren konnten.
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 6. Modellsynthesen von Oligopeptiden und Polypeptiden
Zusammenfassung
Erste Versuche zur Herstellung von Oligo- und Polypeptiden durch Polykondensation von prAS oder deren Alkylester wurden schon vor dem 1. Weltkrieg beschrieben und hatten keinen Bezug zur Hypothese einer chemischen Evolution. Hier sollen zum Vergleich mit späteren Arbeiten (s. Tab. 6.1) nur die Versuche von Balbiano (1900, 1901) und Curtius und Benrath (1904) erwähnt werden, durch Erhitzen auf über 100 °C Wasser abzuspalten und möglichst quantitativ zu entfernen.
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 7. Modellsynthesen von Oligo- und Polynucleotiden
Zusammenfassung
Die ersten Untersuchungen zur präbiotischen Bildung von Poly(ribonucleotiden) wurden schon kurz vor 1960 veröffentlicht. A. M. Michelson polymerisierte die 2′,3′-Zyklophosphate aller vier Nucleoside mithilfe von Phenylphosphorochloridat und erhielt Gemische von 2′,5′- und 3′,5′-verknüpften Nucleosidpolyphosphaten. Dieser Autor beschrieb auch eine schrittweise Synthese bis hin zu einem DP 6. Khorana und Mitarbeiter verwendeten Dicyclohexylcarbodiimid als Kondensationsmittel und umgingen die Problematik der unerwünschten Verknüpfung der 2′-OH-Gruppe zunächst dadurch, dass mit Thymidylsäure ein Deoxyribonucleosid eingesetzt wurde.
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 8. Copolymersequenzen, Selbstreproduktion und genetischer Code
Zusammenfassung
Proteine und natürliche Polynucleotide sind vom Standpunkt der Polymerchemie Copolymere. Von Homopolymeren unterscheiden sich Copolymere durch drei strukturelle Parameter:
1.
Sie enthalten zwei oder mehr verschiedene Typen an Monomereinheiten.
 
2.
Das molare Verhältnis dieser Comonomere kann variieren.
 
3.
Die Sequenz der Comonomere kann variieren.
 
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 9. Die Botschaft aus dem Weltraum
Zusammenfassung
Die Frage nach dem Ursprung des Lebens auf der Erde wurde von T. Chamberlin und R. Chamberlin schon im Jahre 1908 mit der Spekulation beantwortet, dass reaktive organische Moleküle, die durch Meteorite und andere „Botschafter“ aus dem Weltall zur Erde gelangt waren, eine chemische Evolution ausgelöst haben könnten. Im Jahre 1961 publizierte der amerikanische Chemiker J. Oró eine ausführlichere Darstellung eines extraterrestrischen Einflusses auf das chemische Geschehen der frühen Erde. Nach seiner Einschätzung waren es vor allem Kometen, die biochemisch relevante Moleküle auf die Erde brachten und dort einen evolutionären Prozess in Gang setzten, der schließlich zur Geburt der ersten Zellen führte.
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 10. Die Bedeutung der Chiralität
Zusammenfassung
Die Biopolymere aller Lebewesen, die im Verlauf der letzten ca. 150 Jahre analysiert wurden, bestehen aus homochiralen Monomersequenzen, d. h. alle Bausteine gehören zum gleichen Enantiomertyp. Peptide und Proteine bestehen fast ausschließlich aus L-Aminosäuren. Nur einige Pilze und Mikroorganismen synthetisieren winzige Mengen an Oligopeptiden, welche ein oder zwei D-Aminosäuren enthalten. Das giftige Zyklopeptid Phalloidin des Knollenblätterpilzes ist wohl das bekannteste Beispiel. Polysaccharide und Polynucleotide bestehen dagegen ausschließlich aus D-Sacchariden.
Hans R. Kricheldorf
Kapitel 11. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel sollen vor allem solche Argumente vorgestellt und zusammengefasst werden, die einer chemischen Evolution beim derzeitigen Kenntnisstand widersprechen. Diese geschieht nicht, um das Konzept einer chemischen Evolution nur schlecht zu reden, sondern in der Absicht, ein Gegengewicht zu den vielen überoptimistischen Büchern und Übersichtsartikeln zu bilden, die zu dieser Thematik publiziert wurden, außerdem sollen die offenen Fragen aufgezeigt werden, die am ehesten einer intensiven Bearbeitung bedürfen.
Hans R. Kricheldorf
Backmatter
Metadata
Title
Leben durch chemische Evolution?
Author
Prof. Dr. Hans R. Kricheldorf
Copyright Year
2019
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-57978-7
Print ISBN
978-3-662-57977-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-57978-7

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