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Alfred Wegener
02_LUCA
Antarktis
    

LUCA/T-RNA||Der Ursprung von Komplexitšt >>
Molecule/Calculus

Pecs/Graz 2009/2010
JANUS PANNONIUS MUSEUM
6.11.-7.12.2009/10.10. 2010-Lecture Bridges 2010, PECS/EU Cultural Capital City

gezeigt wurden 30 Zeichnungen und Collagen und 3 Filme. In einer Vitrine befanden sich 8 Molekülmodelle, gehäkelt von der Lebenshilfe Feldbach. Ein Molekülmodell war als Kleinplastik mittig zur Anschau.
Mariateresa Sartori (IT) zeigte ihren Film, „The Reasons of Science“, 2002 und „Das hydraulische Konstanzprinzip“, 2000. Petra Maitz zeigte „EVOLUTION, MENSCH, GENE, BOTEN-tRNA“, eine Dokumentation über Erbfolge und Botenstoffe im Aminsäurezyklus.
Am RNA-Wissen werden derzeit zahlreiche Tests für „artificial Bacteria“ und „neue Proteine“ in jungen Molekularlabors weltweit vollzogen. Das Kalkül heißt „making money“ mit Molekülen.

DOKUMENTATION
Die transfer RNA (tRNA, lat. transferre "hinübertragen") nimmt eine zentrale Funktion in allen Zellen ein. Sie ist die Schnittstelle zwischen den Nucleinsäuren und den Proteinen. Neben der tRNA gibt es nur noch ganz wenige Beispiele für kovalente Bindungen zwischen Proteinen und Nucleinsäuren. Man geht davon aus, dass die Vorläufer der heutigen tRNAs bereits zu den allerersten lebenden Zellen gehörten.

LUCA oder der Beginn der Evolution
Aus welchen chemischen Vorgängen entstand das Leben?
Leben entsteht aus Leben, meinte der Chemiker Louis Pasteur. Aber er irrte. Was er nicht wusste: Einst kreiste die Erde als leerer und toter Gesteinsbrocken um die Sonne. Aus rein chemischen Vorgängen entwickelte sich in dieser Ödnis das älteste Glied in der Kette der Evolution, der Vorfahre aller heutigen Lebewesen. Die Wissenschaftler nennen ihn Luca, den Last Universal Common Ancestor.
LUCA muss aus rein chemischen Prozessen hervorgegangen sein. Verschiedene Grundsubstanzen müssen sich also zu neuen Stoffe wie beispielsweise DNA, RNA und Proteine verbunden haben, die im Ergebnis eine vollkommen neue Qualität zeigen: das Leben.
Doch diese chemischen Reaktionen sind nicht sehr wahrscheinlich. Deshalb können Chemiker beispielsweise die Entstehung des Lebens nicht einfach im Reagenzglas nachkochen. Sie müssen in ihren Modellen also klären, weshalb diese Reaktionen auf der frühen Erde, aber kaum in heutigen Labors ablaufen können.

Was war zuerst da: Protein oder Erbgut?

Was die Entstehung des Lebens
unwahrscheinlich macht

Die chemischen Reaktionen, die letztlich zur Entstehung des Lebens führten, verletzten verschiedene naturwissenschaftliche Prinzipien. Zum Beispiel den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik: die Ordnung im Universum nimmt ab. Nun ist die DNA jedoch das am stärksten geordnete Molekül der Erde. Sie kann sich nur unter Zugabe von Energie gebildet haben. Energie gab es jedoch auf der frühen Erde in Form von Wärme und Strahlung, beispielsweise von der Sonne.
Die Bausteine der Proteine sind die Aminosäuren, eine Stoffgruppe, die in über 200 Varianten vorkommt. Gerade mal 20 von ihnen, Alfa-Aminosäuren genannt, werden in Proteinen verbaut. Zudem unterscheiden sich diese Moleküle in ihrer Form wie ein linker vom rechten Handschuh. In chemischen Reaktionen bilden sich jedoch beide Arten gleichmäßig.
Doch nur die linksseitigen Aminosäuren können sich zu Proteinen aneinanderreihen. Mischt sich eine rechtsseitige darunter, kann die Kettenbildung leicht abbrechen. Chemiker müssen also eine Reaktion finden, die verhindert, dass sich rechtsseitige Aminosäuren bilden.
Man sagt, die Baupläne der Proteine seien im Erbgut gespeichert. Das Erbgut selbst wird von einer chemisch ähnlichen Substanz namens RNA abgelesen. Dabei muss das Erbgut zuerst jedoch von einem Protein aufgeschnitten werden. Damit entsteht ein Teufelskreis. Ohne Protein kann die RNA das Erbgut nicht ablesen und ohne die Informationen aus dem Erbgut kann sich das Protein nicht bilden. Was war zuerst da: Protein oder Erbgut?

Urbakterie: Entstehung des Lebens

Heute gehen Wissenschaftler von folgendem Szenario aus, das sie "RNA-Welt" nennen. Die RNA soll die Erde als erstes Biomolekül besiedelt haben. Sie selbst ist lediglich ein paar Nukleinsäuren lang, also viel kürzer und längst nicht so kompliziert aufgebaut wie das Erbgut. Allerdings hat sie eine zusätzliche, sehr wichtige Eigenschaft.
2003 fand der Chemiker Jack Szostak von der Harvard Unversity heraus, dass sich die RNA selbst vermehren kann. Aus zwei RNA-Stücken werden vier, aus denen acht und daraus wiederum sechzehn. Wenn nichts dazwischen kommt, könnte bald die ganze Welt von einer Ur-RNA bedeckt sein. Die Aminosäuren der ersten Proteine, nimmt der Chemiker Uwe Meierhenrich von der Universite Antipolis in Nizza an, stammen aus Kometen. Mit dem Astrophysiker Louis D’Hendecourt von der Universite XI in Paris Orsay baute er das Modell eines Kometen nach, in dessen Eis sich einfache Kohlenwasserstoffverbindungen befanden. Einer simulierten Weltraumstrahlung ausgesetzt zeigte sich, dass sich diese Verbindungen zu einer neuen Art von Aminosäuren zusammenschlossen, die links-rechts-symmetrisch waren. Diese Di-Aminosäuren, so der Fachausdruck, könnten sich auf der Erde zu Proteinen zusammengefunden haben.
Im nächsten Schritt könnte sich eine Membran aus Fettsäure um das RNA-Proteinsystem gebildet haben, sagt der Biochemiker Henry Strasdeit von der Universität Hohenheim. Darin reichert sich die Konzentration der Substanzen an. Später reguliert die Membran, dass nur noch bestimmte Stoffe nach innen gelangen, nämlich solche, die für die Produktion von RNA und Protein notwendig sind.
Die RNA-Moleküle und die Proteine, nimmt Andrei Lupas vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie an, könnten sich einander angepasst haben. Die RNA speichert gewissermaßen den Bauplan der Urproteine und die Urproteine vermehren sich mittels RNA. Später legt die RNA die Informationen im Erbgut, in der DNA ab, quasi als chemisches Backup. Das ist die Geburtsstunde der Urbakterie LUCA, dem Last Universal Common Ancestor.

Das Leben
Die Überlegungen der Wissenschaftler haben Modellcharakter. Viele verschiedene chemische Reaktionen sind denkbar, aus denen der Last Universal Common Ancestor, LUCA, hervorgegangen sein kann. Tatsächlich ist schwer vorstellbar, dass das Leben seinen Ursprung in nur einer einzigen Bakterie hat.
Auf der Erde ist kein Biotop bekannt, das nur von einer Art besiedelt ist. Leben besteht nicht nur aus Chemie, sondern auch aus Kommunikation. Selbst heute noch kommunizieren Bakterien, indem sie untereinander Chemikalien austauschen.
Die Einen leben von den Substanzen des Anderen und die Anderen brauchen die Stoffe, die ihnen von den Ersten zur Verfügung gestellt werden. So bilden sich biologische Systeme heraus. Und damit die biologische Evolution: Die Suche nach Nischen in der Umwelt, die das Überleben ermöglichen.

KONZEPT
wissenschaftlich, museale Betreuung: Dr. Julia Fabenyi, Prof.Dr. Anthony Weiss, Prof.Dr.Peter Maitz, Sydney, Prof. Dr. Christian Reder, Wien, Prof. Dr. Gerd Mueller, Wien

T-RNA Molekül

Molekuel

Originalgröße: 4,5 Meter
LUCA / T-RNA
Molecule / Calculus

Pecs / Graz 2009/2010
JANUS Pannonius MUSEUM
6.11.-07.12.2009

In this exhibition were shown 3o drawings and collages, and three films. In a display case there were eight molecular models crocheted by Lebenshilfe Feldbach. A molecular model was centered on a small plastic viewing.
Maria Teresa Sartori (IT) showed her film, "The Reasons of Science," 2002 and "The Hydraulic Principle of Constancy", 2000. Petra Maitz showed "EVOLUTION, HUMANS, GENE, MESSENGER-tRNA,"
a documentary about succession and messengers in the Proteincycle (Biosynthesis).
RNA-knowledge has numerous tests for "artificial Bacteria" and the "new proteins" in young molecular laboratories are performed worldwide. The calculus is called "making money" with molecules.

 

DOCUMENTATION

The transfer RNA (tRNA Latin transferre „carry over ") plays a central role in all cells. It is the interface between the nucleic acids and proteins. In addition to the tRNA, there are only very few examples of covalent bonds between proteins and nucleic acids. It is believed that the forerunner of today's tRNAs already one of the very first living cells belonged.

Luca or the beginning of the evolution
What chemical processes created life?
Life comes from life, "the chemist Louis Pasteur. But he was wrong. What he did not know: Once the earth revolved as empty and dead rocks around the sun. From a purely chemical processes developed in this wasteland, the oldest link in the chain of evolution, the ancestor of all modern organisms. The scientists call him Luca, Universal Common Ancestor of elementary power.
LUCA must be derived from purely chemical processes. Several basic substances must have been so connected to new fabrics such as DNA, RNA and proteins that show in the result a completely new quality of life.
However, these chemical reactions are not very likely. Therefore, chemists can identify the origin of life not just cook in the test tube. They must clarify in their models, then, why these reactions on the early Earth can hardly take place in today's laboratories.

What came first, proteins or genetic material?

What is the origin of life?
The chemical reactions that ultimately led to the emergence of life, injured several scientific principles. For example, the second law of thermodynamics: the order in the universe decreases. Now the DNA is the most ordered molecule of the earth. It may have only formed with the addition of energy. Energy was on the early Earth in the form of heat and radiation, for example, from the sun.
The building blocks of proteins are amino acids, a group of substances, present in more than 200 variants. Only 20 of them, called alpha-amino acids in proteins are built. Moreover, these molecules differ in their form as a left from the right glove. In chemical reactions are, however, both types equally.
But only the left-sided amino acids can string together into proteins. Mixes including a right form can break the chain slightly. Chemists need to find a reaction that prevents the formation of right-amino acids.
They say the construction plans of the proteins are stored in the genome. The genome itself is read from a chemically similar substance called RNA. It will cut the DNA first, however, of a protein. This creates a vicious circle. Without protein, the RNA can not read the DNA and without the information from the DNA cannot be formed the protein. What came first, proteins or genetic material?

Ancient bacteria: origin of life

Today scientists believe in the following scenario, which they call "RNA world". The RNA is said to have inhabited the earth as a first biomolecule. It is itself only a few nucleic acids long, much shorter and therefore long been undiscovered an not as complicated as the genome. However, it has an additional, very important property.
2003, the chemist Jack Szostak of Harvard Unversity said the RNA can replicate itself. From two to four pieces of RNA, of which eight and from this sixteen. If all goes well, the whole world could soon be covered with a primordial RNA. The amino acids of the first proteins, is attending the chemist Uwe Meier Henrich of the Universite Antipolis in Nice, come from comets. Louis D'Hendecourt astrophysicist from the Universite XI Paris in Orsay, built the model for a comet, in its ice were simple hydrocarbon compounds. A simulated space radiation exposure showed that these compounds are merged to a new kind of amino acids, which were left-right symmetric. This di-amino acids, the technical term, could have come together on Earth to proteins.
The next step might be a membrane made of fatty acid to the RNA-protein system formed, says the biochemist Henry Strasdeit from the University of Hohenheim. In it enriches the concentration of the substances. Later regulates the membrane that only certain substances are inside, namely those that are necessary for the production of RNA and protein.
The RNA molecules and proteins, takes on Andrei Lupas from the Max Planck Institute for Developmental Biology, could have adapted to one another. The RNA stores proliferate to some extent the design of the Urproteine and Urproteine themselves by RNA. Later, the RNA determines the information in the genome, into the DNA, almost as a chemical backup. This is the birth of the ancient bacteria LUCA,
The Last Universal Common Ancestor.

Life
Scientists have a model now! Many different chemical reactions are possible, from which the Universal Common Ancestor can be derived. LUCA. In fact its hard to imagine that life has its origin in a single bacterium.
On Earth, no habitat is known, which is inhabited only by one species. Life is not only about chemistry, but also of communication. Even today, bacteria communicate by exchanging each other chemicals.
They live one of the substances of the Other and the others need the materials of which they are made available by the first. So are emerging biological systems. And therefore biological evolution: The search for niches in the environment that enable survival.

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tRNA