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Ursprung des Lebens : Die Evolution im Labor

  • -Aktualisiert am

Ein Strang genügt: eine RNS-Struktur Bild: University of Illinois

In einer RNS-Welt dürften die ersten Schritte des Lebens stattgefunden haben, bevor das Wechselspiel von DNS und Proteinen begann. Nun haben Wissenschaftler erstmals RNS-Moleküle hergestellt, die sich nur mit Hilfe von ihresgleichen reproduzieren.

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          Am Anfang stand die Ribonukleinsäure, die RNS. Das vermuten die Forscher, die der Entstehung des Lebens auf der Spur sind, aus gutem Grund. Zwar ist heutzutage das genetische Inventar aller Lebewesen, ob Mensch oder Mikrobe, aus Desoxyribonukleinsäure (DNS) zusammengesetzt. Vervielfältigen lässt sich diese Erbsubstanz aber nur mit speziellen Proteinen, die als Enzyme wirken - deren Baupläne wiederum in Form von DNS vorliegen.

          RNS kann dagegen nicht nur als Speichermedium für Erbinformationen dienen - bei einigen Viren übernimmt sie diese Funktion -, sie kann sich auch als Enzym nützlich machen. In einer "RNS-Welt" sind daher primitive Lebensformen denkbar, die ohne das komplizierte Zusammenspiel von DNS und Proteinen auskommen. Im Labor wurde nun erstmals RNS hergestellt, die sich mit Hilfe von ihresgleichen selbst reproduziert. Wie Tracey A. Lincoln und Gerald F. Joyce vom Scripps Research Institute in La Jolla (Kalifornien) in der Online-Ausgabe der Zeitschrift "Science" (10.1126/science/1167856) berichten, konnten sie bei ihrer Schöpfung sogar eine regelrechte Evolution in Gang setzen.

          Varianten und Reproduktionsraten

          Die fraglichen RNS-Enzyme fügen zwei kleine RNS-Moleküle zu einem größeren zusammen. Dabei erwies es sich als zweckmäßig, mit Paaren von komplementären Enzymen zu arbeiten: Der eine Partner produziert jeweils den anderen. Indem die Forscher einen Teil der RNS-Bausteine gegen andere austauschten, erzeugten sie ein reichhaltiges Sortiment von Enzymvarianten. Anschließend wählten sie jene aus, die sich durch eine besonders effiziente Reproduktion auszeichneten. Bei einem dieser optimierten Enzympaare ersetzten sie dann an bestimmten Stellen noch einmal einzelne Bausteine durch andere.

          Diese Varianten waren einander derart ähnlich, dass die kleinen RNS-Moleküle, die für die einen zum Zusammenfügen bereitstanden, mehr oder minder gut auch zu anderen passten. Folglich wurden hin und wieder kleine RNS-Moleküle, die ursprünglich nicht zusammengehörten, aneinander gekoppelt. Von diesen neu kombinierten Enzymen vermehrten sich einzelne unter Umständen sogar eifriger als der bisherige Spitzenreiter. Welche Variante in kürzester Zeit die meisten Kopien hervorbrachte, hing von den experimentellen Bedingungen ab.

          Ein einfaches Modell für die RNS-Welt

          Durch Mutation und Rekombination verändert, sind die untersuchten RNS-Enzyme zwangsläufig einer natürlichen Auslese unterworfen. Damit liefern sie ein freilich simples Modell für Evolution in einer RNS-Welt. Womöglich lassen sich daraus Schritt für Schritt komplexere Systeme konstruieren, in denen die RNS-Enzyme neben der eigenen Reproduktion auch andere Fähigkeiten entfalten. So hoffen die Forscher, dem näherzukommen, was sich einst auf der jungen Erde abspielte, als sich dort erste Vorstufen des Lebens entwickelten.

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