hyperzyklus; präbiotische chemie; chemische evolution

Evolution - Fragen und Antworten: Präbiot. Chemie

Was versteht man unter einem Hyperzyklus? Welche Bedeutung hat er im Zusammenhang mit der Entstehung des Lebens?

Unter der Bezeichnung „Hypercycle“ hat Manfred Eigen gemeinsam mit Peter Schuster (1977/78) ein Modell vorgestellt, in dem autokatalytische Reaktionen (Reaktionen, die durch das Reaktionsprodukt ermöglicht werden) miteinander in der Weise verknüpft sind, dass das Produkt von Reaktion 1 (P1) auch eine Reaktion 2 katalysiert, deren Produkt (P2) wiederum eine dritte Reaktion katalysiert bis schließlich das Produkt der Reaktion n (Pn) wieder die Reaktion 1 katalysiert, also der Kreis geschlossen ist. In Abb. 311 ist ein einfacher Hyperzyklus für 2 RNA-Stränge dargestellt. Experimentelle Studien mit RNA-Phagen (bakterienzerstörende Viren) stützen das Hyperzyklus-Modell. Die Autoren haben das Modell mathematisch sehr detailliert ausgearbeitet und verschiedene Anwendungsbereiche vorgestellt. Dieses mathematische Modell ist in sich stimmig und auch die molekularbiologischen Folgerungen daraus sind schlüssig. Sie sind inzwischen vielfach in der modernen Biotechnologie angewendet und bestätigt worden.

Eigen und Schuster haben das Prinzip des Hyperzyklus in den Zusammenhang von Darwinscher Evolution und der Lebensentstehung gestellt. Konkret entwickelten sie Vorstellungen über die Entstehung von ersten Systemen zur Translation (Übersetzung) genetischer Information. Damit das von den Autoren skizzierte Modell funktioniert, sind bestimmte Anfangs- und Randbedingungen notwendig. Am Institut von Eigen wurden dazu Experimente durchgeführt. Inwieweit diese aber mit präbiotischen (vor der Existenz von Leben) Bedingungen vereinbar sind, ist fraglich und muss kritisch geprüft werden. Es ist insbesondere unwahrscheinlich, dass z.B. die für einen Hyperzyklus erforderlichen Oligonukleotide (aus wenigen Bausteinen bestehend) mit genügender Masse (Kettenlänge) unter Ursuppenbedingungen in so hoher Konzentration vorliegen, dass Wechselwirkungen der oben beschriebenen Art möglich sind. Bisherige Kenntnisse aus der Synthese von Nukleinsäurepolymeren zeigen, dass diese nur unter hochspezifischen Bedingungen herzustellen sind (d.h. unter Einsatz chemischen Knowhows). In präbiotischen Szenarien sind diese nicht gegeben.

Die entscheidenden Fragen über die Bedeutung von Hyperzyklen für die Entstehung von Leben sind also, wie die notwendigen Randbedingungen in einer präbiotischen Situation eingestellt und aufrechterhalten werden können. Weiter ist fraglich, ob die von Eigen geforderten Anfangsbedingungen für die Entstehung eines Hyperzyklus irgendeine Entsprechung auf einer hypothetischen frühen Erde haben. Für beide Fragen gibt es derzeit keine belastbaren positiven Belege.


Autor: Harald Binder, 03.03.2007

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