Was sind die Schüsselereignisse in Ihrer Lebensgeschichte? Welche Ereignisse haben die Person, die Sie geworden sind, geprägt? Vielleicht sind diese Ereignisse wie:
Ihre Geburt
Der erste Schultag
Der Tag an dem sie Schule oder Ihr Bachelors Studium oder weiteres Studium abgeschlossen haben.
Ihr erster Job
Der Tag, an dem Sie verlobt wurden
Der Tag an dem Sie geheiratet haben
Die Tage an denen Ihre Kinder geboren wurden
Der Tag an dem Sie pensioniert wurden
Es gibt auch Schlüsselereignisse in der Geschichte vom irdischen Leben. Diese Ereignisse haben die Biosphäre der Erde gestaltet und erklären, warum Leben heute aussieht, wie es heute aussieht.
Ein Schlüsselereignis war die Entstehung der eukaryotischen (oder komplexen) Zellen. Fossilbeweis für eukaryotische Zellen erscheint in der geologischen Säule vor um 2 Milliarden Jahren und chemische Spuren aus der geologischen Säule weisen darauf hin, dass Eukaryoten vielleicht so früh wie vor 2,8 Milliarden Jahren auf der Erde vorhanden waren. Das Erscheinen von eukaryotischen Zellen hat die Bahn für die Entstehung von komplexen, multizellularen Organismen wie Pilze, Pflanzen und Tiere geebnet.
Ein Schlüsselproblem für Naturwissenschaftler in diesem Forschungsbereich ist, die Entstehung der eukaryotischen Zellen zu erklären. Aus diesem Grund ist dieses Problem ein Magnet für wissenschaftliche Interesse. Ein Paradebeispiel kommt von einem Forscher an der Oxford University im VK, der neulich einen wichtigen Hinweis entdeckt hat, der für die Suche nach dem Ursprung der eukaryotischen Zellen relevant ist. Seine Arbeit erklärt wie Organellen wie Mitochondrien Genome haben, die nur für eine kleine Anzahl von Proteinen kodieren, während die Mehrheit der Gene der Organelle im Kerngenom vorhanden sind.1
Prima facie unterstützt diese Entdeckung die führende evolutionäre Erklärung für die Entstehung der eukaryotischen Zellen—die Endosymbionten-Hypothese. Wenn man aber darüber nachdenkt, wird es klar, dass diese Arbeit auch ein radikal anderes Modell für die Entstehung der Eukaryoten unterstützen kann—eine Erklärung, die auf die Lenkung eines Schöpfers appelliert, um die Genese Eukarya zu erklären.
Die Endosymbionten-Hypothese Die Endosymbionten-Hypothese ist das führende evolutionäre Modell für die Entstehung der eukaryotischen Zellen. (Leser, die sich mit Endosymbiogenese auskennen, sollen bis Wissenschaftliche Herausforderungen für Endosymbiogenese.) weiterscrollen.
Der russische Botanist Konstantin Mereschkowsky war in den frühen 1900er der erste, dieses Modell vorzuschlagen und Biologe Lynn Margulis hat es in den späten 1960er veröffentlicht. Heute wird oft angenommen, dass die Endosymbionten-Hypothese die Erklärung für die Entstehung der eukaryotischen Zellen ist. Dieser Idee zufolge entstanden komplexe Zellen nachdem Symbiosen unter Einzeller Mikroben sich entwickelte und diese dann frei-lebende bakterielle und/oder archaeale Zellen von einem “Wirt”-Mikroben umschlungen wurden.
Sehr viel Beweis für den endosymbiontischen Ursprung der Mitochondrien dreht sich um den Ursprung der Mitochondrien. In manchen Hinsichten ist dieser Fokus auf den evolutionären Ursprung von dieser Organelle zum “Aushängeschild” der Endosymbionten-Hypothese geworden. Man geht davon aus, dass die Organelle als Endosymbiont begann. Evolutionsbiologen glauben, dass, nachdem die Mikrobe von der Wirtzelle verschlungen wurde, wurde die Mikrobe ein permanenter Bestandteil des Wirts; es wuchs und teilte sich im Wirt. Mit Laufe der Zeit wurden der Endosymbiont und der Wirt voneinander abhängig. Der Endosymbiont lieferte ein metabolisches Nutzen für die Wirtzelle (z.B. er lieferte eine Quelle von ATP). Als Gegenleistung lieferte die Wirtzelle den Endosymbionten mit Nährstoffen. Mit Laufe der Zeit entwickelte sich der Endosymbiont durch einen Prozess namens Genomreduktion sich allmählich in eine Organelle. Diese Reduktion ergab sich dadurch, dass Gene aus dem Genom des Endosymbionten ins Genom des Wirtorganismus übertragen wurden.
Beweis für die Endosymbionten-Hypothese Für Evolutionsbiologen stärken mindestens drei Beweislinien die Endosymbionten Hypothese:
Die Ähnlichkeit zwischen Mitochondrien und Bakterien. Der Hauptanteil des Beweises für den endosymbiontischen Ursprung der Mitochondrien dreht sich um die Tatsache, dass sie ungefähr die gleiche Größe und Gestalt eines typischen Bakteriums aufweisen und eine Zweischichtstruktur wie gramnegative Bakterien haben. Diese Organellen teilen sich auch auf einer Art und Weise, die dem Mechanismus der bakteriellen Zellen sehr ähnlich ist.
Mitochondriale DNS Evolutionsbiologen halten das Vorhandensein des diminutiven mitochondrialen Genoms für ein Überbleibsel der Evolutionsgeschichte dieser Organelle. Sie halten die biochemischen Ähnlichkeiten zwischen mitochondrialen und bakteriellen Genomen für weiteren Beweis für den evolutionären Ursprungs dieser Organelle.
Das Vorhandensein eines einzigartigen Lipids, Cardiolipin in der mitochondrialen inneren Membran. Dieses wichtige Lipidbestandteil einer bakteriellen internen Membran fehlt in den Membranen der eukaryotischen Zellen —mit der Ausnahme der inneren Membranen der Mitochondrien. Eigentlich halten Biochemiker Cardiolipin für ein kennzeichnendes Lipid für Mitochondrien und eine Spur der Evolutionsgeschichte der Organelle.
Wissenschaftliche Herausforderungen für Endosymbiogenese Trotz der eindrucksvollen Anhäufung der Beweise für Endosymbiogenese steht diese Theorie noch vor einigen signifikanten—vielleicht sogar unlösbaren—Problemen:
Sie muss eine Erklärung für den Proteintransport in die Mitochondrien finden
Sie muss eine Erklärung für den Ursprung des ATP- Transporter in die mitochondrialen Membrane finden
Sie muss die Lipidenscheide in den eukaryotischen Zellmembranen finden
(Einige dieser Problemen habe ich in Artikeln, die hier unter weiterführende Lektüre aufgeführt sind, schon behandelt.)
Diese Herausforderungen machen die Endosymbiogenese als Erklärung für die eukaryotischen Zellen nicht unbedingt ungültig. Manche Verfechter der Evolutionslehre würden argumentieren, dass diese Schwierigkeiten nur die Wirklichkeit unterstreichen, dass die Entstehung von eukaryotischen Zellen ein sehr hartes Problem für die Forschung darstellt, vielleicht sogar ein undurchdringliches wissenschaftliches Rätsel. Schon gut. Aber angesichts dieser Schwierigkeiten kann keiner mit Recht behaupten, dass eine gut-fundierte Erklärung für die Entstehung der eukaryotischen Zellen existiert. Sie gibt’s gar nicht.
Andererseits sind diese Probleme bedeutend genug, meine Skepsis gegenüber der Endgültigkeit der evolutionären Mechanismen als vollständige Erklärung für die Entstehung, das Design und die Geschichte des Lebens zu rechtfertigen. Sie liefern auch Beweis für andere Erklärungen für die Genese eukaryotischer Zellen, die aufs Werken eines Geistes hindeuten.
Ein Schöpfungsmodell für die Entstehung eukaryotischer Zellen Während viele Naturwissenschaftler die gemeinsamen Eigenschaften der Bakterien und Mitochondrien für Beweis für die Entstehung dieser Organelle durch die Evolution halten, ist es möglich, eine andere Deutung ihrer gemeinsamen Eigenschaften aufzuführen. In einem Schöpfungsmodell werden die Homologien zwischen Bakterien und Mitochondrien als Eigenschaften eines gemeinsamen Designs gedeutet.
Die Warum Fragen Wenn ein Schöpfungsmodell glaubwürdig sein soll, muss es einigen wichtigen warum-Fragen beantworten, z.B.:
Warum haben Organelle wie Mitochondrien Genome?
Warum sind diese Genome so diminutiv hinsichtlich der Anzahl ihrer Gene?
Warum sind die meisten Gene dieser Organellen in dem Kerngenom?
Wenn ein Schöpfungsmodell keine vernünftige Erklärung für diese Eigenschaften von Mitochondrien und anderer Organellen wie Chloroplasten, dann wäre gemeinsame Herkunft die beste Erklärung für die homologen Eigenschaften der Bakterien und Mitochondrien.
Aber eine vernünftige Erklärung gibt es doch. Es gibt gute Gründe warum Organelle diminutive Genome haben und warum die meisten ihrer Gene im Zellkern gelagert sind. (Siehe weiterführende Lektüreunten.) Jetzt können neulich-gewonnene Einsichten von Steven Kelly an der Oxford University zu diesen Gründen hinzugefügt werden.
Die Wirtschaft der Zelle und mitochondriale Genome Organellen wie Mitochondrien brauchen weit mehr als 1.000 unterschiedliche Sorten von Protein, ihre Operationen auszuführen. Aber ihre Genome kodieren für weniger als 100. Die Masse der Proteine wird von Genen in der DNS innerhalb des Zellkerns kodiert.
Diese Proteine der Organellen werden am Ribosomen im Cytosol erzeugt. Nachdem sie erzeugt werden, müssen die Proteine an die Organelle gezielt (ans Mitochondrion in diesem Fall) und dann in die Organelle importiert. Nachdem sie importiert werden, müssen die Proteine sortiert und gelenkt werden, so dass sie die richtige Stelle erreichen (das Matrix, die innere Membran, der Intermembranraum oder die äußere Membran) innerhalb der Mitochondrien. Dieses Verfahren frisst Energie und zellulare Ressourcen.
Und dennoch lernte Kelly, dass weniger Energie und Ressourcen von diesen Verfahren verbraucht werden als verbraucht werden würde, wenn die Organellen Ihre eigenen Genome hätte, die den vollen Proteinsatz kodierten.
Diese unerwartete Entdeckung ist schon logisch angesichts der Zahl der Organellen in der Zelle. Zum Beispiel: Zellen haben zehntausende Mitochondrien. Bevor Zellen sich teilen, müssen sie die Zahl der Mitochondrien verdoppeln, so dass die Tochterzelle genug solcher Organellen hat, den eigenen Energiebedarf zu decken. (Eine Funktion der Mitochondrien ist es, der Zelle mit Energie zu versorgen. Aus diesem Grund werden die Mitochondrien die Kraftwerke der Zelle genannt.) Bevor Mitochondrien sich teilen, muss sich ihre DNS replizieren. DNS Replikation ist auch ein Energie- und Ressourcen-fressendes-Unterfangen.
So wird das Ganze kassiert. Der Diskussion halber sagen wir, dass es 50.000 Mitochondrien in einer Zelle gibt. Wenn jedes Mitochondrium ein volles Genom hätte, dann müsste jedes mitochondriales Gen sich 50.000 Mal replizieren, bevor Zellen sich teilen könnten. Wenn diese Gene aber im Zellkern gelagert wären, wäre es nur notwendig, dass sie sich ein Mal replizieren müssten, bevor die Zelle sich teilen könnte. Diese große Diskrepanz gleicht den Energieverbrauch des Zielens, Importierens und Sortierens der Proteine der Organellen aus.
Eine Ausnahme von der Energieeinsparung bilden Proteine, die in den Organellen in großer Menge benötigt werden. In diesen Fällen wird die Energieersparnis vom Lagern der Gene im Zellenkern durch die Kosten des Importierens in die Organellen ausgeglichen. Wie es sich herausstellt, sind die Proteine, die in den mitochondrialen Genomen kodiert werden (und die Genome der Chloroplasten), genau diese hoch-abundanz-Proteine.
Andere Gründe für die Kodierung der Proteine in mitochondrialen Genomen Frühere Studien zeigten auch, dass die Proteine, die durch mitochondriale Genomen kodiert werden, reich an hydrophobe Aminosäuren. Durch diese Eigenschaft wird es für die Mechanismen der Zellen fast unmöglich, diese Proteine an die Mitochondrien zu leiten. Stattdessen werden die Proteine oft ans endoplasmatische Retikulum “fehlgeleitet”. Die Proteine gewährleisten, dass die Proteine die richtige Stelle in die Mitochondrien, nur dadurch, dass sie in dem mitochondrialen Genom kodiert werden und dies wiederum die Proteine im Lumen der Mitochondrien erzeugen.
Forscher haben auchgelernt, dass die in den mitochondrialen Genomen kodierten Proteine genau diejenige sind, die Elektronentransportkette bauen. (Dieses biochemische System spielt eine Schüsselrolle in Energieerzeugung.) Dass diese Proteine in mitochondrialen Genomen kodiert werden, verleiht der Zelle besser-regelnde Kontrolle über Mitochondrien, und bessere Flexibilität in der Reaktion auf Änderungen in Energiestatus. Mit anderen Worten ist es eine Konfluenz von Faktoren—die einander unterstützen—die das Vorhandensein und diminutive Größe der organellen Genomen und das Vorhandensein der organellen Genen im Kerngenom erklärt.
Die beste Erklärung? Ausgehend vom evolutionären Paradigma interpretiert Kelly seine Ergebnisse als Aufdeckung der “evolutionären Triebkraft”, die für die Verlagerung von Genen aus dem Genom von Endosymbionten in das Kerngenom während des Prozesses der Endosymbiogenese erforderlich ist.
Aber eine evolutionäre Treibkraft ist nicht genug. Es muss eine vernünftige Erklärung für die Evolution des Proteintransportsystems für Mitochondrien und Chloroplasten. Wie ich früher argumentiert habe: die integrierte Komplexität des Proteintransportsystems macht die Prämisse, dass Proteintransport und Proteinsortierung durch ungelenkte, historisch-kontingente Prozesse entwickelt werden konnten, unglaubwürdig.
Der Gedanke—aus dem Paradigma der Evolution—dass Selektionsdrücke auf die mitochondrialen Genomen alle in die gleiche Richtung ausgerichtet werden, ist auch bemerkenswert. Diese umfassen (1) der hohe GC-Inhalt der Gene, (2) die hohe Abundanz der hydrophoben Aminosäuren in den Proteinen, (3) die Rolle der Proteine im Stoffwechsel, und (4) die organelle Abundanz der Proteine.
Was für ein unglaubwürdiger Zufall!
Von meiner Sicht als Biochemiker sind die ernsthaften (und vielleicht unlösbaren) wissenschaftlichen Probleme für die Endosymbionten Hypothese und die elegante vernünftige Erklärung für mitochondriale Eigenschaften Tatsachen, die am Ehesten aus dem Standpunkt eines Schöpfungsmodell Sinn machen.
Könnte es sein, dass ein Schöpfer die Geschichte des irdischen Lebens gelenkt hat? Der Beweis zeigt in die Richtung mehr und mehr.
Weiterführende Lektüre
Herausforderungen für die Endosymbionten-Hypothese
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