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Was ist Leben und was nicht?

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Timm » 1. Jan 2021, 19:05

dieter hat geschrieben:
1. Jan 2021, 17:55
du hast mich falsch verstanden, Leben ist eine Selbstorganostion von chemischen Reaktionen die immer über Entropieänderungen ablaufen, sind also nicht ursächlich für Leben verantwortlich
Jeder kann es sehen wie will, für mich steht das thermodynamische Kriterium im Vordergrund. Ist doch nett, Leben auf eine Weise mit dem 2. Hauptsatz in Verbindung zu bringen, der Leben auf die Spur kam.

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Diagnostiker » 1. Jan 2021, 19:47

@ Timm
allerdings sehe ich auch hier keinerlei Bezug zur Entropiesenke, zur molekularen Ebene bzw. zu den diskutierten Mikrozuständen
Wirklich nicht?

Es ist doch ganz einfach: Die Mikrozustände der Atome, aus denen die Maschinen in der Maschinenfabrik bestehen, sind weitab von der statistischen Normalverteilung angeordnet, so dass der Zustand der Maschinen einer niedrigen Entropie entspricht. Ebenso trifft das auf die über die Maschinen gewartete Maschinenfabrik zu, in der die Maschinen hergestellt werden. Damit die Machinen hergestellt werden können, müssen Rohstoffe kontinuierlich in die Maschinenfabrik gelangen, um sowohl Material wie auch die zur Produktion nötige freie Energie zu erhalten, was durch Umwandlungsprozesse geschieht, die ebenfalls durch Maschinen begleitet werden. Folglich haben wir über einen Stoffdurchfluss, der energetisch angezapft wird, eine Entropiesenke in der Maschinenfabrik.

Ist es jetzt deutlich geworden?

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Skeltek » 2. Jan 2021, 00:08

Timm hat geschrieben:
1. Jan 2021, 11:40
Diesen Mechanismus nennt man Metabolismus.
Das ist ja zunächsteinmal nur ein anderer Begriff für den Stoffwechsel, beantwortete aber Diagnostikers Anliegen nicht wirklich.
Timm hat geschrieben:
1. Jan 2021, 14:49
dieter hat geschrieben:
1. Jan 2021, 11:36
... Teilchefsystem ... Strukturkatalysator
Diese Begriffe sagen mir nichts. Sind die frei erfunden oder gibts da Referenzen?
Habe diesen Begriff auch noch nie gehört. Vermutlich hat er sich den Begriff ad hoc kurzerhand selbst zusammengesetzt (was ich so an sich nicht schlimm finde). Ich verstehe zwar was er meint, aber er hat so unrecht; es ist nicht die DNA direkt selbst, welche das spontane Entstehen einer zusätzlichen Verbindung mit einem weiteren Nukleotid am Negativstrang katalysiert. Der Begriff der 'Katalyse' wird soweit ich weiß in Zusammenhang mit Polymarasen verwendet. Trotzdem löst das das Problem der Entstehung und Aufechterhaltung von DNA selbst nicht, sondern wird nur in diese verlagert.

@Diagnostiker: Wirklich fetten Dank für die Links. Den Mechanismus bzw Namen von Kinesin habe ich seit über einem Monat bereits in ganz anderen Zusammenhängen gesucht aber nicht gefunden bei meiner Suche.
Timm hat geschrieben:
1. Jan 2021, 15:31
Die Diskussion hatten wir schon. Die Entropie definiert sich über Mikrozustände. Du müsstest darlegen a) durch welche Prozesse ein beträchtlicher Teil der zugeführten Freien Energie in die Reduzierung der Zahl der Mikrozustände des Inhalts der Fabrikhalle und in die Aufrechterhaltung der so entstandenen Entropiesenke (über deren Notwendigkeit ja Einigkeit besteht) "investiert" wird und b) durch welche Prozesse nach dem Abschalten der Fabrik (Tod) deren Entropie steigt, bis das thermodynamische Gleichgewicht mit der Umgebung erreicht wird.
Der Tod und auch ein thermisches Gleichgewicht mit der Umgebung führt jedoch nicht zu einer maximalen Entropie mit völliger Auflösung aller Strukturen und Durchmischung der Atome.
Anders betrachtet kann man auch sagen: Leben senkt die Entropie innerhalb der Struktur. Daß eine geringere Entropie jedoch automatisch Leben bedeutet ist eine andere Sache. Die abgesenkte Entropie mag gut eine notwendige Bedigung für Leben sein, aber sie ist vermutlich keine hinreichende.

Bei einer sehr heißen Stoffmischung (gehen wir doch von einem Plasma aus) kann man diese in unterschiedlichen Geschwindigkeiten abkühlen. Je nachdem, wie schnell die Abkühlung erfolgt, endet man bei einer anderen Entropie, da die Moleküle sich gegenseitig erst finden und reagieren müssen. Weder ein sehr langsames Abkühlen noch ein schnelles Abkühlen garantiert das Erreichen des höchsten Entropiezustandes. Nimmt man dann noch eine variable Abkühlgeschwindigkeit in Betracht, wird die Sache teils ziemlich kompliziert. Untermauert wird dies durch die Thermodynamik selbst, da die enthaltenen Stoffe unterschiedliche Entropiedichte-Verläufe bei Varianz der Temperatur aufweisen. Je nach unterschreiten oder überschreiten eines bestimmten Temperatur-Schwellwertes, ist das Entropieverhältnis der beiden beteiligten Stoffe unterschiedlich. Die Phasendiagramme von Mehrstoffsystemen sind denke ich eine gute Untermauerung dieses Punktes.

Alleine das rasche Abkühlen einer Stoffmischung, lässt die Stoffmischung meist bereits irgendwo unterhalb der maximal möglichen strukturellen Entropie 'hängen'. Und ich denke wir sind uns einig, daß es sich bei einem Stück Marmor nicht um um ein Lebewesen handelt.
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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von dieter » 2. Jan 2021, 04:43

Skeltek hat geschrieben:
2. Jan 2021, 00:08
Timm hat geschrieben:
1. Jan 2021, 11:40
Diesen Mechanismus nennt man Metabolismus.
Das ist ja zunächsteinmal nur ein anderer Begriff für den Stoffwechsel, beantwortete aber Diagnostikers Anliegen nicht wirklich.
Timm hat geschrieben:
1. Jan 2021, 14:49
dieter hat geschrieben:
1. Jan 2021, 11:36
... Teilchefsystem ... Strukturkatalysator
Diese Begriffe sagen mir nichts. Sind die frei erfunden oder gibts da Referenzen?
Habe diesen Begriff auch noch nie gehört. Vermutlich hat er sich den Begriff ad hoc kurzerhand selbst zusammengesetzt (was ich so an sich nicht schlimm finde). Ich verstehe zwar was er meint, aber er hat so unrecht; es ist nicht die DNA direkt selbst, welche das spontane Entstehen einer zusätzlichen Verbindung mit einem weiteren Nukleotid am Negativstrang katalysiert. Der Begriff der 'Katalyse' wird soweit ich weiß in Zusammenhang mit Polymarasen verwendet. Trotzdem löst das das Problem der Entstehung und Aufechterhaltung von DNA selbst nicht, sondern wird nur in diese verlagert.
Hallo Skeltek,

was verstehst Du nicht, jedes Molekül ist ein Teilchensystem und ein Katalysator ist ein Reaktionsbeschleuniger, also habe ich chemisch ausgedrückt, dass bestimmte Strukturen vorrangig erzeugt werden, deren Bauvorschrift eben in diesem Katalysator liegt.

Gruß dieter

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Timm » 2. Jan 2021, 10:15

Diagnostiker hat geschrieben:
1. Jan 2021, 19:47
Die Mikrozustände der Atome, aus denen die Maschinen in der Maschinenfabrik bestehen, sind weitab von der statistischen Normalverteilung angeordnet, so dass der Zustand der Maschinen einer niedrigen Entropie entspricht.
Ich weiß nicht inwieweit du dich mit Thermodynamik befasst hast. Du kannst thermodynamischen Zustandsgrößen nicht nach gutdünken irgend einen Wert verpassen indem du sagst, die Mikrozustände sind soundso angeordnet. Du müsstest darlegen, welche Prozesse auf mikroskopischer Ebene zu dieser Anordnung führen und sie aufrecht erhalten, sodass die Entropie auf dem niedrigeren Niveau konstant ist, solange Freie Energie zugeführt wird.

Stell dir vor, die Fabrik ist fertig gebaut und alle Teile befinden sich im thermodynamischen Gleichgewicht mit der Umgebung. Nun führst du Energie zu und die Prozesse, die die Entropie senken, beginnen zu laufen. Prozesse dieser Art wurden in diesem Thread mehrfach erwähnt und du kannst im Web nachschauen. Welche sind geeignet die Entropie der Maschinen zu senken?

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Diagnostiker » 2. Jan 2021, 12:12

@ Timm
Du kannst thermodynamischen Zustandsgrößen nicht nach gutdünken irgend einen Wert verpassen indem du sagst, die Mikrozustände sind soundso angeordnet.
Es ist doch aber Fakt, dass die Anordnung der Teilchen in einer Maschine einen geordneten Zustand darstellt, der sich von einem ungeordneten Zustand - meinetwegen in Gestalt von Metallerz - unterscheidet, so dass wir bei einer fertig gebauten Maschine eine niedrigere Entropie haben als bei einem Brocken Metallerz, wo sich die einzelnen Bestandteile mehr oder minder gleichverteilt befinden.
welche Prozesse auf mikroskopischer Ebene zu dieser Anordnung führen und sie aufrecht erhalten, sodass die Entropie auf dem niedrigeren Niveau konstant ist, solange Freie Energie zugeführt wird.
Wie wird eine Maschine gegen Verschleiß gewartet? Richtig, es wird makroskopisch eingegriffen, indem z.B. schadhafte Teile ausgewechselt werden. In meinem Beispiel sind es andere Maschinen, die wartend in den Zustand einer bestimmten Maschine makroskopisch eingreifen, um sie in ihrer Funktion zu erhalten. Die eingreifende Maschine unterliegt ihrerseits der Wartung durch andere Maschinen, die ihrerseits wieder durch andere Maschinen gewartet werden usw. Irgendwo muss sich der Wartungszirkel schließen, um das System nicht ins Uferlose ausweiten zu lassen. Prinzipiell ist das bei lebenden Zellen ebenso der Fall: Auch hier sind die Zyklen geschlossen, aber es zweigen sich Wege ab, über die verschiedene Zyklen miteinander vernetzt werden.
Stell dir vor, die Fabrik ist fertig gebaut und alle Teile befinden sich im thermodynamischen Gleichgewicht mit der Umgebung.
Dann hätten wir eine "Leiche", aber kein System.
Nun führst du Energie zu und die Prozesse, die die Entropie senken, beginnen zu laufen.
Irgendeine Maschine müsste die Folgeprozesse in Gang setzen, bis die Zyklen geschlossen und miteinander vernetzt sind, so dass sich das Gesamtsystem reproduziert.
Welche sind geeignet die Entropie der Maschinen zu senken?
Die, die die Ordnung der Strukturen und der Prozesse, die mit diesen Strukturen möglich werden, aufrecht erhalten. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um mechanische Prozesse, die die Maschinen ausführen, aber auch um Stoffumwandlungsprozesse, wenn Rohstoffe zu Baustoffen und freier Energie umgesetzt werden.

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Skeltek » 2. Jan 2021, 12:38

Kurz nebenbei bemerkt:
Wikipedia - Mikrotubuli - Quantenphysik und Bewusstsein fand ich ganz interessant, aber nicht unbedingt für unser Thema wichtig.

Das interessante ist eher, daß sich Mikrotubuli beim Fall unter eine bestimmte Temperatur auflösen können und bei Erhöhung wieder spontan bilden/aufbauen. Ich vermute, daß es mit den unterschiedlichen Entropieverläufen zusammenhängt, welche die beteiligten Molekülgemische bei unterschiedlichen Temperaturen haben. Ich hatte das vermutet und in meinem letzten Beitrag kurz angedeutet (die Sache mit den Phasendiagrammen von Stoffgemischen) und danach recherchiert, wobei ich dann auf die Sache mit den Tubuli zufällig gestoßen bin. Es ist etwas kontraintuitiv, daß sich beim Zuführen von Wärme Strukturen bilden und beim Abkühlen wieder zersetzen können.

Nebenbei bemerkt frage ich mich, woher z.B. Kinesin weiß, wo Vorne und wo Hinten am Tubulus ist, bzw in welche Richtung es wandern muss. Reicht da das schwache Diepolmoment zwischen Anfang und Ende Ende des Tubulus aus, um eine Art Spannungs/Elektronegativitätsgefälle auszubilden, welches dann ausreicht eine Richtung für darauf wanderndes Kinesin vorzugeben/anzudeuten? Ich finde es erstaunlich, daß diese 'Brücken' einfach so spontan entstehen und sich wieder zersetzen können (während das Erweitern/Abbauen der Kette am positiven Pol wahrscheinlicher ist wegen der Instabilität).
In jedem Fall ist hier eine Struktur vorgegeben, die maßgeblich für die Teilung des DNA Stranges mitverantwortlich ist, bei unterschreiten einer gewissen Temperatur spontan entsteht und entlang derer eine Art elektromagnetisches(?) Gefälle durch ATP-Verbrauch entlang gehangelt wird. Ich könnte mir auch vorstellen, daß Kinesin die Erweiterung des Mikrotubulus am positiven Ende auch selbst triggern kann, falls es mal auf einen plötzlich endendes Stück Strang gerät.

Ich denke nicht, daß es hierbei um den wesentlichen Mechanismus der Strukturemergenz handelt, aber das spielt sicherlich eine große Rolle dabei.

@Timm: Was du schriebst hielt ich in jedem Fall für eine notwendige Bedingung, aber ob diese auch hinreichend ist? Manch anderer (ich gehöre nicht dazu) könnte die Entropieabsenkung als eine Art bewirkten Nebeneffekt auffassen und nicht als die Ursache. Bitte noch nicht antworten, ich schreibe später noch was dazu, wenn ich Zeit habe.
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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Timm » 2. Jan 2021, 16:46

@ Diagnostiker

https://en.wikipedia.org/wiki/Entropy

Die Begrifflichkeit der Entropie ist mit der Wartung von Maschinen nicht in Einklang zu bringen.

Dies stellvertretend für die anderen Punkte.

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Diagnostiker » 2. Jan 2021, 17:17

@ Timm

Entropie im Kontext von Lebewesen ist ein Maß für Unordnung. Das kannst Du in jedem Biologie-Lehrbuch nachlesen und auch bei Schrödinger in dessen Buch "Was ist Leben?", das inzwischen längst zum Klassiker der modernen Biologie geworden ist.

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Skeltek » 3. Jan 2021, 05:46

Mich interessiert eure Meinung im Bezug auf folgende Passage aus dem Wikipedia-Artikel, den ich bereits oben verlinkt hatte:
Wikipedia hat geschrieben: Niedrige Temperatur und ein Überschuss an Calcium-Ionen fördern die Depolymerisation der Mikrotubuli.
Kann man das so pauschal auffassen, daß eine Abkühlung den Abbau fördert und eine schlichte leichte Erwärmung den Aufbau der Struktur der Polymerkette bewirkt? Die Tubuli befinden sich ja meist ziemlich haarscharf an einer Grenze zwischen Abbau und Aufbau, die sich im Gleichgewicht halten. Wie würde man das nun via freier Energie erklären?
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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Diagnostiker » 3. Jan 2021, 14:49

@ Skeltek
Kann man das so pauschal auffassen, daß eine Abkühlung den Abbau fördert und eine schlichte leichte Erwärmung den Aufbau der Struktur der Polymerkette bewirkt?
Spontan würde ich das so bestätigen, dass es sich also um eine Art von "Kristallisation" handelt, aber ich muss mich da erst noch mal kundig machen, da der Aufbau der geordneten Struktur ja unter Energieaufwand (Wärmezufuhr) erfolgt und nicht unter Energieabgabe, wie das bei einer "echten" Kristallisation der Fall ist (Kristallisationswärme wie beim Wärmekissen). Ich schaue mich mal etwas um und melde mich später noch mal.

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von seeker » 3. Jan 2021, 16:19

Timm hat geschrieben:
seeker hat geschrieben:
28. Dez 2020, 05:59
Stellen wir uns eine wirklich riesige Fabrikhalle vor. Die Energieversorgung soll über Solarzellen auf dem Hallendach erfolgen. In der Halle gibt es sehr viele Sorten von sehr vielen kleinen Robotern, die arbeitsteilig alle Einzelteile für weitere kleinere Roboter jeder Sorte bauen. Andere kleine Roboter bauen das alles zusammen und weitere beschaffen aus der Umgebung alle nötigen Rohstoffe und noch weitere Roboter entsorgen unbrauchbare Abfälle nach draußen. Und noch weitere übernehmen Spezialaufgaben, wie die Beobachtung der Umgebung, usw.
Außerdem bauen die Roboter nicht nur sich selber nach, sondern vergrößern die Halle auch und bauen entweder auch noch weitere Fabrikhallen neben sich oder ziehen irgendwann eine Trennwand in der Halle ein, wenn sie zu groß geworden ist, sodass zwei Hallen entstehen.
Wir können uns auch vorstellen, dass die Hallen riesige Kettenfahrwerke angebaut haben, damit sie sich fortbewegen können.
Außerdem sollen die Roboter per Schwarmintelligenz funktionieren.
Senkt hier Freie Energie die Entropie? Wie würdest du das beschreiben? Ich sehe nur, dass mechanische Arbeit verrichtet wird.

Bei einer lebenden Zelle findet über eine Membran unter Aufrechterhaltung eines hohen Ordungszustands Stoffaustausch statt. Stirbt sie, zersetzt sie sich und die Entropie steigt. Ich sehe nicht, wie man etwas Analoges in Übereinstimmung mit der thermodynamischen Definition mechanisch nachbilden kann. Auch dürfen wir nicht vergessen, dass die thermodynamischen Zustandsgrößen aus Mikrozuständen emergieren, da sind wir bei der Größenordnung der Avogadro-Konstante 10^23 / mol.
Es wurde zwar schon diskutiert, aber von mir auch noch ne Stellungnahme:
Selbstverständlich haben wir hier eine Entropiesenke! Ganz genauso wie bei biologischem Leben. Das ist doch ganz leicht einzusehen, ohne die Dinge nun kompliziert betrachten zu müssen:

Anfangszustand, t=0:
Wir haben 1 Fabrik mit n Robotereinheiten drin. Die Fabrik mit den Robotern, hat die Masse m, welche eine geordnetere, also nierentropischere Form der Materie darstellt als die Umgebung.

Zustand zum Zeitpunkt t:
Wir haben durch Replikation nun x Fabriken mit x*n Robotern mit der Masse xn. Also wurde inzwischen die Masse (x-1)n in einen niedrigeren Entropiezustand überführt. Angetrieben wird das Ganze durch die Sonne (entropisch und energetisch).

Und wenn eine Fabrik aufhört zu tun, was sie tut, dann ist sie 'tot' und die in ihr geordnete Materie zersetzt sich/verfällt und verteilt und vermischt sich mit der Zeit mit der Umgebung, völlig in Übereinstimmung mit der thermodynamischen Definition, völlig analog zur Zelle. Dass die thermodynamischen Zustandsgrößen aus Mikrozuständen emergieren spielt hier keine Rolle, das ist in beiden Fällen gleichermaßen gegeben.

Das ist in der Betrachtung völlig analog zu biol. Leben. Wir haben einen klaren Durchfluss: Niederentropische Strahlungsenergie wird von der Fabrik aufgenommen und hochentropisch über Wärme abgegeben. Soffdurchflüsse haben wir auch. Wenn die Fabrik statt Sonnenenergie Kohle oder andere energiereiche Stoffe verstromt bzw. als Energiequelle nutzt, ändert sich nichts am Grundsätzlichen der Sache.
Und falls du immer noch nicht ganz überzeugt wärst, dann bauen wir eben noch eine Hallenkühlung ein, damit es in der Halle im Mittel kälter als draußen ist.

Und bei biolog. Leben müsste man einmal nachrechnen, ob diese Definition tatsächlich ständig/immer efüllt ist (wie ist das z.B. wenn ich gerade 37°C habe, durch den Schnee laufe und meine Umgebung aber gerade -30°C ?):
Genauer gesagt gehört das Leben nach Ansicht von Physikern wie John Bernal, Erwin Schrödinger, Eugene Wigner und John Avery zu der Klasse von Phänomenen, die offene oder kontinuierliche Systeme sind, die in der Lage sind, ihre innere Entropie auf Kosten von Stoffen oder freier Energie zu verringern, die sie aus der Umgebung aufnehmen und anschließend in abgebauter Form wieder abgeben.
https://en.wikipedia.org/wiki/Life, ins Deutsche übersetzt, mit Hervorhebungen

Sie muss es nicht immer sein, es reicht, wenn das System dazu in der Lage ist (und das öfters auch tut).
Hier müssen wir eh auch einmal genau hinschauen, ich habs rot markiert:
Diese Definition sagt selber aus, dass sie nicht hinreichend ist! Leben gehört ZU dieser Klasse, aber es IST nicht die Klasse, es ist nur Teil davon.

Ich bleibe dabei:
Entropische Ansätze sind wohl notwendig, aber nicht hinreichend, um das zu erfassen, was wir erfassen wollen, wenn wir von "Leben" reden.
Dies betrifft auch solche Ansätze:
dieter hat geschrieben:Für mich als Chemiker ist Leben weiter nichts, als ein sich selbst organisierendes Teilchefsystem deren Strukturkatalysator-Vorschrift in der DNA gespeichert ist.
Nach meiner Ansicht greifen hier grundsätzlich alle "nichts weiter als"-Erklärungen zu kurz, sind nicht hinreichend: Jede Beschreibung, die etwas komplexes wie das Leben in ausschließlich nicht-komplexe Teile/Grundlagen zu reduzieren versucht, scheitert hier, bleibt unvollständig.
Die Strukturkatalysator-Vorschrift ist auch nicht in der isolierten DNA "an sich" gespeichert, sondern im Gesamtsystem "Zelle". Die DNA tut von sich aus gar nichts, sie enthält isoliert auch keine Information, diese "Information" ist etwas, das erst im Gesamtverbund der Zelle, mit seinem Lösungsmittel Wasser, der Membran als Grenze, den Proteinen, usw., eben dem Gesamtmechanismus da ist, hervortritt (Schlüssel-Schloss-Prinzip/Speicher-Ablesese- und Verarbeitungseinheit): Es ist dann integrierte, "bedeutungsvolle Information" - bedeutungsvoll für das System, in einer selbstbezüglichen Art und Weise.

Ich glaube, wenn wir Leben begreifen wollen, kommen wir um einen systemtheoretischen Ansatz nicht herum.
Grüße
seeker


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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von dieter » 3. Jan 2021, 18:08

seeker hat geschrieben:
3. Jan 2021, 16:19
Die Strukturkatalysator-Vorschrift ist auch nicht in der isolierten DNA "an sich" gespeichert, sondern im Gesamtsystem "Zelle". Die DNA tut von sich aus gar nichts, sie enthält isoliert auch keine Information, diese "Information" ist etwas, das erst im Gesamtverbund der Zelle, mit seinem Lösungsmittel Wasser, der Membran als Grenze, den Proteinen, usw., eben dem Gesamtmechanismus da ist, hervortritt (Schlüssel-Schloss-Prinzip/Speicher-Ablesese- und Verarbeitungseinheit): Es ist dann integrierte, "bedeutungsvolle Information" - bedeutungsvoll für das System, in einer selbstbezüglichen Art und Weise.

Ich glaube, wenn wir Leben begreifen wollen, kommen wir um einen systemtheoretischen Ansatz nicht herum.
Hallo Seeker,

das ist eben der Fehle!r Die Zelle ist das Reaktionsgemisch, das mit Hilfe der DNA dann bestimmte Strukturen synthetisiert.

Gruß dieter

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von seeker » 3. Jan 2021, 18:32

Nur ist die Zelle ist nicht nur ein Reaktionsgemisch wie im Erlenmeyerkolben. Der Unterschied ist, dass wir es hier mit einem komplexen, unerhört rückgekoppelten System zu tun haben. Ich finde es genauso sinnlos Biologie auf reine Physik reduzieren zu wollen wie auf reine Chemie.
Biologie 'läuft' sozusagen auf Physik und Chemie, aber das Wesentliche daran IST nicht Physik oder Chemie. Das ist ähnlich wie das Verhältnis aus Hardware und Software: Es ist nicht wesentlich für das Verständnis der Software und das was sie ist, dass sie auf Si-Chips läuft.
Grüße
seeker


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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Skeltek » 3. Jan 2021, 19:01

dieter hat geschrieben:
3. Jan 2021, 18:08
das ist eben der Fehle!r Die Zelle ist das Reaktionsgemisch, das mit Hilfe der DNA dann bestimmte Strukturen synthetisiert.
Es sind die Ribosomen, welche mittels mRNA die Proteine durch Katalyse synthetisieren. Dort findet auch das conformational proofreading statt. Wenn man vom 'Spiegeln' und 'Kopieren' der Einzelstränge mittels Polymerasen usw absieht, ist die Erbinformation ohne die Ribosomen völlig nutzlos.
Es geht um die Strukturen in der Zelle. Die DNA dient 'möglicherweise nur' als Hilfsmittel für das Erhalten der Informationen und der Reproduktion/Vervielfältigung dieser. Der Haken ist aber das Sampling unserer Beispiele. Leben ohne Erhaltungs- und Vervielfältigungs-Mechanismus würde weder Nachkommen erzeugen, noch Wachsen noch Strukturschäden kompensieren können und somit nach bereits seiner ersten Instanzierung sofort wieder aussterben. -> Deshalb kennen wir in der Praxis auch kein Leben ohne Erbinformationsträger. Trotzdem ist die DNA nicht der Mechanismus, welcher für die Reduktion der Entropie sorgt oder für die Genese von neuen Rohstoffen oder gar Nukleotiden sorgt. Die DNA ist lediglich notwendige Nebenbedingung aus Gründen der Existenzsicherung.

Kurz gesagt: DNA ist ohne Ribosomen nutzlos. Operand ohne Operator ergibt keine Funktion.

Diagnostiker dürfte sich glaube ich bei sowas besser auskennen?
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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von seeker » 3. Jan 2021, 19:46

...es braucht passende RNA, Aminosäuren, Proteine, außerdem einen Mechanismus, der per "blinder Schwarmintelligenz" bzw. "Systemintelligenz" steuert, wann welche DNA-Abschnitte abgelesen werden und wie häufig sie verfielfältigt werden und welche Funktion die gewonnenen Proteine dann haben. Diese "Systemintelligenz" berücksichtigt dabei auch den Zustand der Zelle, Reize von außen, u.v.m. Sie ist das, was da eigentlich lebt.
Grüße
seeker


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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Diagnostiker » 3. Jan 2021, 20:40

Die ganze Sache ist sogar noch komplizierter ...

Nehmen wir mal die DNA als Ausgangspunkt. Normalerweise liegt sie als Doppelhelixstrang vor, der zudem noch zu Superhelices sowie Supersuperhelices verknäuelt ist, um sich vor den zersetzenden Kräften einer hydrolytischen Spaltung zu schützen (das ist zwar eine personalisierte Darstellung, aber ich lasse das jetzt mal so stehen, obwohl sich die DNA nicht in Wirklichkeit schützen will). So könnte es ewig weitergehen und es würde nichts passieren - weder in der Zelle, noch in der DNA bzw. mit der DNA.

Damit etwas passieren kann, muss die DNA entwunden, aufgetrennt und - entsprechend der komplementären Reihenfolge der Basen - an einem Einzelstrang mit RNA-Nucleotiden besetzt werden, die zu einem RNA-Einzelstrang verbunden werden, der sich dann von der DNA-Vorlage ablöst. Das erledigt ein Enzym mit der Bezeichnung RNA-Polymerase II. Der Vorgang selber nennt sich Transkription. Die erzeugten RNA-Stränge haben je nach Nutzung für weitere Aktivitäten verschiedene Bezeichnungen. Die wichtigsten sind mRNA, tRNA und rRNA, aber es gibt noch weitere RNA-Typen, die in der Zelle Verwendung finden.

Alle drei RNA-Haupttypen wirken bei der eigentlichen Proteinsynthese zusammen, die man als Translation bezeichnet. Während die mRNA zunächst noch aus der Prä-mRNA zurechtgeschnitten werden muss, bevor sie als Vorlage für die Translation geeignet ist, verbinden sich die rRNA-Bestandteile mit Proteinen zu Ribosomen-Untereinheiten und die tRNA-Bestandteile werden mit Hilfe geeigneter Proteine mit einer passenden Aminosäure beladen. Erst dann erfolgt das Zusammenwirken aller drei RNA-Haupttypen zur Proteinsynthese.

Die Proteinsynthese selbst ist ein rein mechanischer Prozess und hat bis auf wenige Ausnahmen (u.a. Knüpfung von Peptidbindungen) nichts mehr mit chemischen Reaktionen zu tun:

Ribosom in Aktion

Die Regulation der Proteinsynthese, also welche Proteine werden in welcher Menge hergestellt, so dass das Fließgleichgewicht des Systems aufrecht erhalten wird, ohne dass es an manchen Stellen zu Mangel oder Übersättigung kommt usw. erfolgt über vielfältige Rückkopplungsmechanismen:

https://de.wikipedia.org/wiki/Genregulation

https://de.wikipedia.org/wiki/Epigenetik

https://de.wikipedia.org/wiki/Gen-Silencing

https://de.wikipedia.org/wiki/Biologische_Regelung

usw. usw.

Die Vorstellung, es würde sich bei einer Zelle lediglich um ein Reaktionsgemisch handeln, welches sich der DNA bedient, um bestimmte Strukturen herzustellen, ist weit gefehlt. Da fehlt dann doch noch einiges an Substanz, um hier Substanz reinzubringen ... ;)
Zuletzt geändert von Diagnostiker am 3. Jan 2021, 20:53, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von dieter » 3. Jan 2021, 20:53

seeker hat geschrieben:
3. Jan 2021, 18:32
Nur ist die Zelle ist nicht nur ein Reaktionsgemisch wie im Erlenmeyerkolben. Der Unterschied ist, dass wir es hier mit einem komplexen, unerhört rückgekoppelten System zu tun haben. Ich finde es genauso sinnlos Biologie auf reine Physik reduzieren zu wollen wie auf reine Chemie.
Biologie 'läuft' sozusagen auf Physik und Chemie, aber das Wesentliche daran IST nicht Physik oder Chemie. Das ist ähnlich wie das Verhältnis aus Hardware und Software: Es ist nicht wesentlich für das Verständnis der Software und das was sie ist, dass sie auf Si-Chips läuft.
Hallo seeker,

Das ist es ja, Die DNA ist eben ein Programm, also ein Katalysator, alles in der Umwelt zu findende nach einem Plan zu verknüpfen.
Mach es doch nicht komplizierter als es ist.
Die Natur ist viel einfachen als Du denkst.
Das hilft auch kein Lehrbuch, das musst Du selbst herauisfinden!

Gruß dieter

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von dieter » 3. Jan 2021, 21:22

Hallo Diagnostiker

Du schreibst hier alles so wie ich es auch meine, nur verkomplizierst es, indem Du das Programm der DNA beschreibst.
Leben ist kein Programmiere, sondern das ablaufende in der DNA geschriebene Programm

Gruß dieter

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Skeltek » 3. Jan 2021, 21:38

Vielen großen Dank Diagnostiker. So gut hätte ich das nicht erklären können. Ich dachte die Prä-mRNA ist nicht bei allen Zelltypen als Zwischenstufe geschaltet. Und die tRNA-Bausteine würden erst im Ribosom an die mRNA angeheftet. Erst nach dem Prozess kann damit ein Protein entstehen.
Na, da lag ich wohl ein wenig falsch... aber erstaunlich was so alles an Halbwissen in so einem Kopf hängen bleiben kann nach so vielen Jahren :D

Ja, selbst wenn man die DNA im übertragenen Sinn als 'Programm' auffassen würde, ist das völlig nutzlos. Ich stelle mal eine Mutmaßung, bei der mich Diagnostiker möglicherweise bestätigen oder widerlegen wird:
Selbst mit dem fertiger reifer mRNA, kann sich unter Umständen ein geringfügig anderes Protein falten, falls das Ribosom ein anderes ist (z.B. durch Mutation leicht verändertes Ribosom). Hier spielen (vermute ich) möglicherweise Elektronegativitäts-Oberflächenprofile (kann man das so nennen?) an der Oberfläche der Ribosomstruktur unter Umständen eine Rolle.

Was ich sagen wollte ist, daß eine Codierung nicht ausreicht, sondern diese auch mindestens von einem anderen Makromolekül oder Mechanismus 'interpretiert' und verwertet/umgesetzt werden muss.

Vielleicht hier ein einfacherer Vergleich für dieter:
Wenn man denselben Bauplan an verschiedene Leute gibt, kommen unterschiedliche Häuser dabei heraus.
Wenn du denselben Quelltext eines Computerprogrammes mit unterschiedlichen Compilern umsetzt, kommen unterschiedliche Programme dabei heraus.
Wenn du dasselbe Programm auf verschiedenen Computertypen/Betriebssystemen laufen lässt, machen die unter Umständen unterschiedliche Sachen.
Eine Sequenzkodierung ist nichts anderes als eine Reihenfolge. Was da genau aneinander gereiht werden soll, was es bedeutet und wie das dann umgesetzt wird, findet völlig woanders statt und liegt nicht in der Hand des Codes. Zahlen und Variablen sind völlig nutzlos, wenn du nicht weißt, was du damit machen sollst.
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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Diagnostiker » 3. Jan 2021, 21:42

@ Skeltek
Selbst mit dem fertiger reifer mRNA, kann sich unter Umständen ein geringfügig anderes Protein falten, falls das Ribosom ein anderes ist (z.B. durch Mutation leicht verändertes Ribosom).
Am Ribosom eher nicht, aber es gibt Faltungshelfer, die das naszive Polypeptid "in Empfang" nehmen und in eine bestimmte Struktur bringen.

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von dieter » 4. Jan 2021, 04:52

Diagnostiker hat geschrieben:
3. Jan 2021, 21:28
indem Du das Programm der DNA beschreibst
Wenn Du sinnerfassend lesen könntest, würdest Du verstehen, dass ich nicht das Programm der DNA beschreibe, sondern die Eigenschaften der DNA im Kontext mit den Proteinen, die sich daran zu schaffen machen, um einen RNA-Strang zu produzieren. Was dann mit der RNA geschieht - ich hatte auf drei Haupttypen von RNA verwiesen - hat nichts mehr mit der DNA zu tun und "steht" dort auch nicht "geschrieben", so dass der Vergleich mit einem Programm grundsätzlich daneben ist. Ich bezweifle jedoch, dass Du das verstehen kannst, weil Du es nicht verstehen willst.
Leben ist ... das ablaufende geschriebene Programm
Völliger Unsinn, aber erwartbar bei Deinem Kenntnishorizont. Glaub mal ruhig weiter fest daran ...
Hallo Diagnostiker,

Das habe ich alles unter Programmablauf zusammengefasst, Hier geht es darum, was man als Leben bezeichentz6 und nicht wie Leben, also das Programm der DNA als Katalysator, abläuft.
Bleibe beim Thema. Leben ist ein sich selbst organisierendes Programm, deren Katalysator die DNA ist.
Du redest immer um den heißen Brei herum, statt das Prinzip zu beschreiben
.
Gruß dieter

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von dieter » 4. Jan 2021, 06:13

Diagnostiker hat geschrieben:
4. Jan 2021, 05:48
Nur dass man Leben eben nicht unter Programmablauf zusammenfassen kann. Aber wie ich schon schrieb: Glaub mal ruhig weiter fest daran, denn es ist nicht zu erwarten, dass Du verstehen wirst, warum das falsch ist, weil Du es nicht verstehen willst. Meine kostbare Lebenszeit werde ich jedenfalls nicht damit verschwenden, um gegen eine Wand anzuschreiben ... :D
Hallo Diagnostiker,

Richtig, Du verstehst die Einfacheheit der Natur nicht. Sie ist eben nichts weiter als ein Gleichgewicht zwischen verschiedenen Bewegungsstrukuren, die versuchen sich im Gleichgewicht zu halten.

Gruß dieter

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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von Skeltek » 4. Jan 2021, 07:43

Diagnostiker hat geschrieben:
3. Jan 2021, 21:42
Selbst mit dem fertiger reifer mRNA, kann sich unter Umständen ein geringfügig anderes Protein falten, falls das Ribosom ein anderes ist (z.B. durch Mutation leicht verändertes Ribosom).
Am Ribosom eher nicht, aber es gibt Faltungshelfer, die das naszive Polypeptid "in Empfang" nehmen und in eine bestimmte Struktur bringen.
Interessant. So ähnlich hatte ich mir das vorgestellt. Man kann also sagen, daß die Sequenzen grundsätzlich mehrdeutig sein können und sich abhängig von Randbedingungen die selbe Sequenz anders faltet? Daß also Sekundärstrukturen unter Umständen in anderen Potentialtöpfen landen, je nachdem welches 'Gelenk' sich zuerst oder schneller biegt? (Entstehung anderes Phänotyps trotz gleichem Genotyp)
Dann haben möglicherweise auch Druck, Temperatur, Sättigungsgrade bestimmter Stoffe, Toxizität/PH-Wert und Hydrophilie der Flüssigkeit auch eine Auswirkung auf die 'Faltgeschwindigkeit' verschiedener Bindungen?
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Re: Was ist Leben und was nicht?

Beitrag von seeker » 4. Jan 2021, 08:48

Vielleicht bekommt man hier ansatzweise ein Gefühl dafür, WIE komplex das ist:

Drew Berry: Animationen der unsichtbaren Biologie
https://www.youtube.com/watch?v=WFCvkkDSfIU&list=PLD0444BD542B4D7D9&index=16


DNA animations by wehi.tv for Science-Art exhibition
https://www.youtube.com/watch?v=7Hk9jct2ozY

Und das ist eben nicht mehr nur Chemie und Katalyse, da sind vielmehr 'molekulare Maschinen' beteiligt: Nano-Mechanik dort, nicht Chemie in dem Sinne.

Das hier ist vielleicht noch interessant:

Jack Szostak (Harvard/HHMI) Part 1: The Origin of Cellular Life on Earth
https://www.youtube.com/watch?v=PqPGOhXoprU

Hier geht es um die Suche, wie das vielleicht abgelaufen sein könnte und um die große Frage, ob die spontane Entstehung von Leben ein seltener oder häufiger Vorgang ist, wenn die groben Rahmenbedingungen auf einem Planeten passen.
Grüße
seeker


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