Frage:
Leben ohne DNA?
Phonon
2011-12-15 20:20:57 UTC
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Ich bin kein Experte auf diesem Gebiet, nur ein neugieriger Besucher, aber ich habe darüber nachgedacht und Google ist keine große Hilfe. Kennen wir Lebensformen, die nicht die konventionelle Doppelhelix-DNA haben, wie wir sie kennen? Wurden ernsthafte Alternativen theoretisiert?

Ich weiß nicht genau, ob Viren und Prionen als "lebendig" behandelt werden können ...
Was gilt als lebendig? Das ist eine gute Frage. Ich denke, es ist sicher, etwas als lebendig zu definieren, wenn es (1) in der Lage ist, sich selbst zu erhalten und zu replizieren und (2) in der Lage ist, mit seiner Umgebung zu interagieren.
Unabhängig davon, ob Viren und Prionen "lebendig" sind, können diejenigen, die wir kennen, ohne RNA / DNA nicht in einem Wort überleben.
Ich stimme @Poshpaws zu, es ist eine gute Frage
Fünf antworten:
#1
+39
Poshpaws
2011-12-15 22:06:20 UTC
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Um die Aussagen von mbq weiterzuverfolgen, gab es eine Reihe von Studien zum "Ursprung des Lebens", die darauf hinweisen, dass RNA ein Vorläufer der DNA war, der sogenannten "RNA-Welt" (1). Da RNA beide Rollen übernehmen kann, spielen DNA und Proteine ​​heute eine Rolle. Weitere Spekulationen legen nahe, dass Dinge wie eine Peptid-Nukleinsäure " PNA" der RNA vorausgegangen sein könnten und so weiter.

Katalytische Moleküle und genetische Moleküle müssen im Allgemeinen unterschiedliche Merkmale aufweisen. Beispielsweise sollten katalytische Moleküle in der Lage sein, sich zu falten und viele Bausteine ​​zu haben (für die katalytische Wirkung), während genetische Moleküle sich nicht falten sollten (für die Templatsynthese) und wenige Bausteine ​​haben sollten (für eine hohe Kopiergenauigkeit). Dies stellt hohe Anforderungen an ein Molekül. Auch katalytische Biopolymere können (möglicherweise) ihre eigene Zerstörung katalysieren.

RNA scheint in der Lage zu sein, diese Anforderungen auszugleichen, aber dann besteht die Schwierigkeit darin, RNA präbiotisch herzustellen - bisher wurde seine nicht erreicht. Dies hat zu Interesse an "Metabolism First" -Modellen geführt, bei denen das frühe Leben kein genetisches Biopolymer enthält und irgendwie zu einer genetischen Vererbung führt. Bisher scheint dies jedoch wenig erforscht und weitgehend erfolglos gewesen zu sein (2).

edit

Ich habe gerade diesen beliebten Artikel in New Scientist, das auch TNA (Threose-Nukleinsäure) diskutiert und Hintergrundinformationen zu PNA, GNA (Glykol-Nukleinsäure) und ANA (Amyloid-Nukleinsäure) liefert.


(1) Gilbert, W., 1986, Nature, 319, 618 "Ursprung des Lebens: Die RNA-Welt"

(2) Copley et al., 2007, Bioorg Chem , 35, 430 "Der Ursprung der RNA-Welt: Koevolution von Genen und Stoffwechsel."

Es gab tatsächlich eine Studie, in der sie zwei der vier RNAs (unter Verwendung theoretischer Bedingungen der frühen Erde) erzeugen konnten. Obwohl es mir immer schwer fällt, das Videointerview dafür zu finden, habe ich es gefunden. http://www.wired.com/2009/05/ribonucleotides/
#2
+24
nico
2011-12-15 21:01:24 UTC
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Es gab kürzlich einen Bericht über die Wissenschaft, der in der allgemeinen Presse viel Beachtung fand, in dem ein Bakterium identifiziert wurde, das in einer Umgebung leben könnte, in der Arsen durch Phosphor (eine der Komponenten der DNA, die das Rückgrat bildet) ersetzt wurde des doppelten Helyx).

Dies ist das Originalpapier:
Ein Bakterium, das durch Verwendung von Arsen anstelle von Phosphor wachsen kann
und der Kommentar erschien auf Nature Arsen fressende Mikroben können die Chemie des Lebens neu definieren

Es gibt jedoch viel Kritik an der in der Arbeit verwendeten Methodik und daran, ob Arsen tatsächlich in die DNA eingebaut wird anstelle von Phosphor.

Die Wissenschaft veröffentlichte mehrere dieser Kritiken in einer Anmerkung des Herausgebers. Hier finden Sie die Antwort der Autoren

Davon abgesehen ... Nun, wenn Sie Viren als Lebensformen betrachten, gibt es viele, die keine doppelsträngige DNA haben, sondern stattdessen Einzelstrang-DNA oder Einzelstrang-RNA oder Doppelstrang-RNA.

XKCD on arsenic-based life

"darüber, ob Arsen wirklich in DNA anstelle von Phosphor eingebaut wird." - Ich bin auch ziemlich skeptisch. Der Unterschied in (atomaren, kovalenten) Radien ist [eher] (http://www.webelements.com/phosphorus/atom_sizes.html) [groß] (http://www.webelements.com/arsenic/atom_sizes.html) , unter anderem. Der Unterschied zwischen [Bindungsenthalpien] (http://www.webelements.com/periodicity/enthalpy_diatomics_MO/) und Sauerstoff (Phosphat gegenüber Arsenat) scheint erwartungsgemäß ebenfalls erheblich zu sein (je größer das Atom, desto schwächer die Bindungen). .
Ich bin auch skeptisch - aber faszinierend, wenn es richtig ist!
Ich möchte nicht zu tief in die Kontroverse über diese Studie eintauchen, aber wenn ich die Zeitung selbst lese und mit anderen spreche, ist das Gewicht der aktuellen Meinung sicherlich gegen das Arsenergebnis.
Yamad, kann man die vorherrschende Skepsis für diejenigen von uns zusammenfassen, die neugierig auf das Ergebnis sind?
@KatieBanks, Dies ist nicht mein Fachgebiet, daher sollten Interessierte die 8 Kritiken lesen. Ein Hauptkritikpunkt ist jedoch, dass ihr As + / P- Medium ausreichend Spurenphosphor aufweist, um das Wachstum zu unterstützen, das sie dem Einbau von Arsen zuschreiben. Die Autoren argumentieren, dass ihre As- / P-Kontrolle, die überhaupt kein Wachstum zeigt, darauf hinweist, dass es sich nicht nur um eine Spur P handelt, die das Wachstum unterstützt. Dies ist ein guter Punkt, aber dies erfordert immer noch keine Interpretation, dass As in die DNA eingebaut ist. Ihre anderen Daten wurden ebenfalls wegen unzureichender Reinheit ihrer Proben / Präparate kritisiert.
Dies wurde entlarvt: http://news.nationalgeographic.com/news/2012/07/120709-arsenic-space-nasa-science-felisa-wolfe-simon/
@woliveirajr Die Originalarbeiten finden Sie hier: [GFAJ-1 ist ein arsenatresistenter, phosphatabhängiger Organismus] (http://www.sciencemag.org/content/337/6093/467.short) und [Abwesenheit von nachweisbar Arsenat in DNA aus Arsenat-gezüchteten GFAJ-1-Zellen] (http://www.sciencemag.org/content/337/6093/470.full). Ich würde jedoch nicht so weit gehen zu sagen, dass sie die Studie "entlarvt" haben, sondern nur eine bessere Erklärung für ihre Ergebnisse gegeben haben (d. H. Die wissenschaftliche Methode angewendet haben).
Außerdem: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22798070
#3
+13
Bart Jacobs
2011-12-15 21:07:49 UTC
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Es hängt davon ab, ob Sie Prionen eine Lebensform nennen, aber Prionen verwenden keine (direkte) DNA, um sich zu vermehren. Sie zwingen andere Proteine ​​in einen fehlgefalteten Proteinzustand.

Auch hier bleibt die Frage, ob Prionen als "lebendig" betrachtet werden sollten.

Die Frage, ob sie am Leben sind, ist umstritten. Prionen sind für ihre Vermehrung letztendlich auf DNA angewiesen, da der Wirt zusätzliches Substrat erzeugen muss, damit sie sich umdrehen können.
Das ist der Grund, warum ich "direkt" zwischen Klammern setze. Genau genommen nutzen Prionen keine DNA zur Vermehrung. Wie Sie angeben, gibt es jedoch definitiv Raum für Debatten.
Prionen können jedoch kein Protein in einen fehlgefalteten Zustand verwandeln ... sie sind ein fehlgefalteter Zustand des PrP-Proteins, das normalerweise vom Organismus synthetisiert wird und für das ein Gen existiert.
Zum Glück können sie nicht. Unter Berücksichtigung der obigen Frage halte ich dies jedoch nicht für relevant.
#4
+12
user59
2011-12-15 21:52:53 UTC
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Es gibt ernsthafte Spekulationen, dass die Ursprünge des Lebens RNAs sowohl als Enzyme als auch als Träger genetischer Informationen verwendeten.
Später entwickelten sich diese informativen RNAs zu stabileren und weniger reaktiven DNAs, die enzymatische Rolle wurde an Proteine ​​delegiert und RNA blieb nur übrig in die wichtigsten Teile der Expressionskette (mRNA und Rybosom) und einige Regulationsmechanismen.

#5
+3
March Ho
2015-03-01 14:51:02 UTC
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In diesem kürzlich erschienenen Zellpapier wird ein Ribozym (RNA-Enzym) erwähnt, das zwei Oligonukleotide in sich selbst ligiert. Bei einer ausreichenden Quelle für Input-Oligonukleotide und den richtigen Bedingungen kann es seine eigene Replikation katalysieren und eine darwinistische Evolution durchlaufen und kann als eine rudimentäre Form des RNA-basierten Lebens angesehen werden.

Die Autoren nehmen an, dass RNA-Replikatoren auf Ligase-Basis die ersten RNA-Replikatoren gewesen sein könnten, die später durch die jetzt übliche Polymerisation ersetzt wurden:

Ein etwas anderer Ansatz beruht auf RNA-Enzymen mit RNA-gestützter RNA-Ligaseaktivität, um Oligonukleotidsubstrate zu verbinden und komplementäre RNA-Produkte zu bilden. Es wurde vorgeschlagen, dass die ersten replizierenden, sich entwickelnden Systeme auf der Erde, die durch diesen Mechanismus betrieben werden und erst später von der Polymerisation von Rest zu Rest abhängen,

Es sollte beachtet werden, dass RNA-Ribozym-Polymerasen bereits vorhanden sind existieren, aber viele von ihnen benötigen zusätzlich zur RNA-Struktur Proteine.



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