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Die einzige Theorie, die Entstehung, Organisation und den Ursprung des Lebens erklären könnte
Eine der rätselhaftesten Fragen zum Ursprung des Lebens ist, wie die reiche chemische Landschaft, die das Leben ermöglicht, entstanden ist.
Diese Landschaft hätte unter anderem aus Aminosäuren, Proteinen und komplexen RNA-Molekülen bestanden. Darüber hinaus müssen diese Moleküle Teil eines reichen Netzwerks miteinander verbundener chemischer Reaktionen gewesen sein, das sie zuverlässig erzeugt hat.
Offensichtlich muss all das geschehen sein, bevor das Leben selbst entstand. Aber wie?
Eine Idee ist, dass Molekülgruppen autokatalytische Sätze bilden können. Dies sind sich selbst tragende chemische Fabriken, in denen das Produkt einer Reaktion das Ausgangsmaterial oder der Katalysator für eine andere ist. Das Ergebnis ist ein tugendhafter, in sich geschlossener Kreislauf der chemischen Schöpfung.
Heute werfen Stuart Kauffman von der University of Vermont in Burlington und ein paar Freunde einen Blick auf die allgemeineren mathematischen Eigenschaften autokatalytischer Mengen. Bei der Untersuchung dieses Gesamtbildes kommen sie zu einem erstaunlichen Ergebnis, das bemerkenswerte Konsequenzen für unser Verständnis von Komplexität, Evolution und dem Phänomen der Emergenz haben könnte.
Sie leiten zunächst einige allgemeine mathematische Eigenschaften autokatalytischer Mengen ab und zeigen, dass eine solche Menge aus vielen autokatalytischen Teilmengen unterschiedlicher Art bestehen kann, von denen sich einige überlappen können.
Mit anderen Worten, autokatalytische Sets können selbst eine reichhaltige komplexe Struktur aufweisen.
Anschließend zeigen sie, wie die Evolution an einer einzigen autokatalytischen Menge arbeiten kann und darin neue Untermengen entstehen, die voneinander abhängig sind. Dieser Prozess richtet eine Umgebung ein, in der sich neuere Teilmengen entwickeln können.
Mit anderen Worten, selbsterhaltende, funktional geschlossene Strukturen können auf einer höheren Ebene entstehen (eine autokatalytische Menge von autokatalytischen Mengen), d. h. echte Emergenz, sagen sie.
Das ist eine interessante Sichtweise von Emergenz und scheint sicherlich ein vernünftiger Zugang zum Problem der Entstehung des Lebens zu sein. Es ist nicht schwer vorstellbar, dass Gruppen von Molekülen so zusammenarbeiten. Und tatsächlich haben Biochemiker kürzlich einfache autokatalytische Sets entdeckt, die sich genau so verhalten.
Aber was den Ansatz so leistungsfähig macht, ist, dass die Mathematik nicht von der Natur der Chemie abhängt – sie ist substratunabhängig. Die Bausteine in einem autokatalytischen Set müssen also keine Moleküle sein, sondern beliebige Einheiten, die andere Einheiten auf die erforderliche Weise manipulieren können.
Diese Einheiten können selbst komplexe Einheiten sein. Vielleicht ist es nicht zu weit hergeholt, sich zum Beispiel die Ansammlung von Bakterienarten im Darm (mehrere Hunderte davon) als einen großen autokatalytischen Satz vorzustellen, sagen Kauffman und Co.
Und sie gehen sogar noch weiter. Sie weisen darauf hin, dass die Wirtschaft im Wesentlichen der Prozess der Umwandlung von Rohstoffen in Produkte wie Hammer und Spaten ist, die ihrerseits die weitere Umwandlung von Rohstoffen usw. ermöglichen. Vielleicht können wir die Wirtschaft auch als eine (emergierende) autokatalytische Menge betrachten, die eine Art funktionalen Abschluss aufweist, spekulieren sie.
Könnte es sein, dass dieselbe Idee – die allgemeine Theorie der autokatalytischen Mengen – dazu beitragen kann, den Ursprung des Lebens und die Natur der Entstehung zu erklären und eine mathematische Grundlage für die Organisation in der Ökonomie bereitzustellen?
Wie Kauffman und Freunde mit etwas Understatement sagen: Wir glauben, dass es sich lohnt, diese Ideen zu verfolgen und weiterzuentwickeln.
Wir freuen uns darauf, den weiteren Verlauf der Arbeiten zu verfolgen.
Ref: arxiv.org/abs/1205.0584 : Die Struktur autokatalytischer Sets: Entwicklungsfähigkeit, Ermöglichung und Entstehung