Ein von LMU-Forschern um den Physiker Professor Ulrich Gerland entwickeltes Computermodell zeigt, wie der Schritt von chemischen Verbindungen zu biologisch aktiven Molekülen in der frühen Evolution stattgefunden haben könnte. Hintergrund dieser Arbeit ist die sogenannte RNA-Welt-Hypothese, wonach RNA – eine dem Erbmolekül DNA nahe verwandte Nukleinsäure – in der Anfangszeit der biologischen Evolution als zentraler Katalysator der Lebensprozesse gewirkt habe. „Unklar war bisher aber, wie aus vereinzelt vorkommenden kurzen RNA-Stücken durch natürliche chemische Reaktionen ein selbst replizierendes System entstehen kann, das dann Schritt für Schritt eine höhere Komplexität erreicht“, sagt Gerland. Selbstreplikation ist hier definiert als die Übertragung von Information von einem Molekül auf ein anderes, sodass die Information auch bei Verlust des Ausgangsmoleküls erhalten bleibt. Das Forscherteam entwarf ein Szenario, bei dem der Übergang zu einem dauerhaften Informationsspeicher in mehreren Schritten vollzogen wird. Kernstück der Simulation war ein hydrothermaler Reaktor, wie ihn Co-Autor Professor Dieter Braun in vorangegangenen Arbeiten beschrieben hat und bei dem RNA-Stücke wegen eines Temperaturgefälles in der Flüssigkeit akkumulieren und nachfolgend sogar gefaltet, auf unterschiedliche Weise zusammengeführt und auch gespaltet werden können. „Unsere Computersimulationen und analytischen Modelle haben gezeigt, dass durch diese Reaktionen in einem RNA-Reaktor längere Moleküle entstehen und tatsächlich Information spontan zwischen Molekülen übertragen werden kann“, so Erstautor Dr. Benedikt Obermayer. „Nun wollen wir in Zusammenarbeit mit Dieter Brauns Gruppe prüfen, ob sich die Vorhersagen unserer Modellierungen auch in tatsächlichen Experimenten bewahrheiten werden.“ Das Projekt wurde im Rahmen des Exzellenzclusters „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) durchgeführt.


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Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München  (06/2011)


Publikation:
„Emergence of information transmission in a prebiotic RNA reactor”;
Benedikt Obermayer, Hubert Krammer, Dieter Braun and Ulrich Gerland;
Physical Review Letters online; 27. Juni 2011
Doi: 10.1103/PhysRevLett.107.018101