Was ist "Leben"?

[seeker]

Mich beschleicht langsam das Gefühl, dass wir das Gleiche meinen und nur an uns vorbei reden.

Das kann sein...

Inzwischen bin ich es aber leid, da so gut wie jedes Thema, spätestens nach 30 Min, entweder in Moral oder Deutungsdiskussionen endet.

Ja... da muss man aufpassen...
Aber eben auch die Deutungsdikussionen lassen sich in rational-wiss. und nicht-rational-wiss. unterscheiden. Und das kann sehr hilfreich sein, wenn man weiß, wie das geht.

Mein zweiter, mir wichtiger Punkt war jedenfalls:

Wenn wir auf der wiss. Seite sein wollen, dann müssen wir auch stets bereit sein unsere Definitionen zu ändern bzw. zu erweitern bzw. zu verbessern, dann und nur dann, wenn es dafür gute rationale Gründe gibt!

Diese nicht-dogmatische Haltung ist ein zentrales und zuverlässiges Unterscheidungsmerkmal zu den meisten nicht-wiss. Definitionen (ideologisch, religiös, Pipi Langstrumpf, ...), weil dort gewöhnlich entweder sowieso keinerlei Bereitschaft besteht noch irgendetwas an der eigenen Definition zu ändern, u.a., weil dort "DIE Wahrheit" meist schon dogmatisch bekannt und in Stein gemeißelt ist oder weil Definitions-Änderungswünsche auf nicht-rationalen Gründen beruhen.

Ein guter Grund ist dabei z.B., dass es neue Erkenntnisse gibt, sodass der alte Begriff, also das alte Einordnungssystem nicht mehr richtig dazu passt und man neu sortieren muss, nach besseren Sortierregeln.
(Genau das ist im Fall "Pluto"/ "Was ist ein Planet?" geschehen.)

Keine guten Gründe sind z.B.: "Weil sich das dann besser anfühlt!", "Weil ich es so haben möchte!", "Weil mir das besser in mein sonstiges Weltbild passt!", "Weil die Welt dann schöner ist!", "Weil ich mein heiliges Buch nun so gedeutet habe!", "Weil ich dann nichts ändern muss!", "Weil Trump das gesagt hat!", "Weil das schon immer so war!", usw.

Wissenschaft ist aus gutem Grund konservativ, weil das, was man schon hat, viel wert ist und nicht vorschnell aufgegeben oder verwässert werden soll. Sie ist aber auch progressiv, weil sie sich wandelt, auch in den Definitionen/ Begriffen, dann, wenn es rational gesehen notwendig ist.

Und das trifft auch auf den Begriff "Leben" zu: Neue Erkenntnisse -> neuer/ erweiterter/ besserer Begriff von "Leben" - aber erst dann, wenn diese Erkenntnisse auch vorliegen!
(So geschehen z.B. nach der Entdeckung von Mikroorganismen und Viren.)

[Frank]

Prof. Lesch hat sich der Sache angenommen.
Das mit der Thermodynamik finde ich spannend. Und sind weiße Raucher echt bis zu 80 Stockwerke hoch ?

https://www.youtube.com/watch?v=ifVSixQ7YA8

[Diagnostiker]

Hallo Frank,

nach meinem Kenntnisstand werden solche "Weißen Schlote" nur etwa 60 m hoch, aber nicht so viele Stockwerke. Vermutlich war es nur ein Versprecher. Außerdem hat er in seinem Vortrag Vesikel mit Koazervaten verwechselt. Koazervate haben keine Lipidmembran, und Lipide bilden entweder Micellen oder Vesikel, aber keine Koazervate. Koazervate entstehen durch Wasserentzug aus Gummiarabicumlösungen - Bungenberg De Jong hatte das 1930 entdeckt und Oparin griff das auf für seine Theorie der Lebensentstehung. Lipidvesikel hingegen entstehen spontan in Wasser ohne Wasserentzug.

Was die lokale Entropieabsenkung in Zellen betrifft, geht das auf Erwin Schrödingers Dubliner Vorlesungen zurück, die er dort 1943 gehalten hatte und 1944 als Buch veröffentlicht wurden ("Was ist Leben?").

So weit ich weiß, ist aber auch in diesen "Weißen Schloten" das Problem der Abfuhr entstehenden Reaktionswassers aus Kondensationsreaktionen nicht gelöst, da diese Schlote in Gänze von Wasser permanent durchflutet werden und selber von Wasser umgeben sind. Polymerbildungen dürften dort also nicht ablaufen.

[Frank]

Mal wieder für deine Anmerkungen.
ich würde das gerne in abgewandelter Form unter das Video stellen . (Natürlich mit meinem Nick.
Denn Urknall Weltall & das Leben greifen in der Regel solche Einwände auf und sie werden auch korrigiert.

Dein Einverständnis vorausgesetzt.

[Diagnostiker]

Alles klar, mach das. Vielleicht gibt es ja neuere Ergebnisse hinsichtlich des Polymerwachstums in den "Weißen Schloten". Das würde mich auch interessieren, ob es da schon plausible Lösungsansätze gibt.

[seeker]

Lesch spricht ja hier bei den weißen Schloten auch richtigerweise von der "aktuellen Folklore" zur Entstehung des Lebens und weist darauf hin, dass nun einmal niemand von uns dabei war, etc. Gefällt mir, weil das wichig ist.
Kleinere Schnitzer im Vortrag seien ihm dann auch verziehen.

das Problem der Abfuhr entstehenden Reaktionswassers aus Kondensationsreaktionen nicht gelöst, da diese Schlote in Gänze von Wasser permanent durchflutet werden und selber von Wasser umgeben sind. Polymerbildungen dürften dort also nicht ablaufen.

Also jetzt einmal blöd gefragt, weil dieses Argument immer wieder kommt:
Jaa, wie lösen denn dann lebende Zellen dieses Problem? Die sind ja meist genauso von Wasser umgeben und innen ebenso und dort gehts ja auch?

Mir käme hier als mögliche Antwort in den Sinn:
Wegen den Membranen mit ihren Molekülpumpen und wegen Konzentrationsunterschieden zwischen innen und außen können lebende Zellen dieses Problem lösen. "Osmose" wäre hier wohl auch ein Stichwort.
Was sonst noch?

Jedenfalls: Wenn das so hinkäme, dann müsste man bei präbiotischen Prozessen hin zum Leben etwas suchen, das Ähnliches bereitstellen kann.
Und Lesch schlägt ja in dem Vortrag auch in diese Kerbe, dass bei weißen Schloten etwas in der Richtung ablaufen könne. Temperaturunterschiede könnten evtl. auch helfen.

Das würde mich auch interessieren, ob es da schon plausible Lösungsansätze gibt.

Ja, das ist spannend.

[Diagnostiker]

Hallo seeker,

Zellen lösen das Problem mit Hilfe von Enzymen und ATP als Energiequelle, um anfallendes Reaktionswasser abzuleiten. Enzyme sind jedoch bereits Makromoleküle, die in den Schloten aber erst noch entstehen müssten, ohne dass dort ein Ableitungsmechanismus zur Verfügung steht. Auf dem Festland hätten wir Ableitungsmechanismen zur Verfügung, weil dort zeitweilig ein Austrocknen durch Verdunstung möglich ist. Aber vielleicht hat man ja schon eine Möglichkeit für die Situation in den Schloten gefunden, die mir bisher nicht bekannt geworden ist.

[seeker]

Hm...

Zellen lösen das Problem mit Hilfe von Enzymen und ATP als Energiequelle, um anfallendes Reaktionswasser abzuleiten.

Also ich denke, das reicht bei der Zelle auch noch nicht. Das überschüssige Wasser muss auch noch aus ihr hinaus.
Sie löst das durch Unterschiede bei den Salzkonzentrationen innen/außen, soweit ich weiß: Osmose!

Auf dem Festland hätten wir Ableitungsmechanismen zur Verfügung, weil dort zeitweilig ein Austrocknen durch Verdunstung möglich ist. Aber vielleicht hat man ja schon eine Möglichkeit für die Situation in den Schloten gefunden, die mir bisher nicht bekannt geworden ist.

Ich denke da an Konzentrationsunterschiede, besonders bezüglich NaCl...
Hätte man z.B. kleine Poren, wo die NaCl-Konzentration durch irgendwelche Umstände und Prozesse dauerhaft oder auch nur öfter einmal geringer ist, als im umgebenden, fließenden Wasser, dann würde dort Wasser herausgezogen, also abgeführt werden, was Reaktionsgleichgewichte verschieben würde und man könnte sich dann vielleicht vorstellen, dass dort dann Polykondensationen leichter vonstatten gingen...

[Diagnostiker]

Hallo seeker,

Osmose betrifft den Gesamtwasserhaushalt der Zelle. Die Peptidsynthesen sind über osmotische Prozesse nicht betroffen. Ich suche aber mal ein paar Sachen heraus, wo genauer beschrieben wird, wie das mit den Peptidsynthesen in der Zelle funktioniert, insbesondere, was mit dem Wasser passiert, das bei den Synthesen anfällt. Kann aber noch etwas dauern, wegen Wochenende ...

[Diagnostiker]

Hier noch die Antwort auf die Frage, wie eine Zelle mit dem Hydrolysedruck umgeht:

Cells counter hydrolysis by a number of mechanisms, including energy metabolism [[4]]. The main polymers of cells, proteins and nucleic acids are susceptible to hydrolysis. Their synthesis consumes about 80% of an anaerobic cell’s energy budget [[5]]. Energy metabolism continuously supports ATP-dependent polymer synthesis, thereby ensuring that the rate of polymer synthesis is faster than the rate of hydrolysis.

Quelle: https://febs.onlinelibrary.wiley.com/do ... 3468.13815

Die Synthese neuer Polymere ist schneller als deren Zersetzung durch Hydrolyse. Die Synthese gelingt - wie schon erwähnt - unter Energieverbrauch mittels ATP unter Beteiligung von Enzymen. Es ist also ein permanentes Wettrennen zwischen Konstruktion und Destruktion ...

[seeker]

Die Synthese neuer Polymere ist schneller als deren Zersetzung durch Hydrolyse. Die Synthese gelingt - wie schon erwähnt - unter Energieverbrauch mittels ATP unter Beteiligung von Enzymen.

OK, passt, verstanden! Trotzdem muss die Zelle eine Ebene höher, auf der Gesamtzelle-Ebene u.A. auch ihren Gesamt-Wasserhaushalt regulieren, d.h. sie muss Stoffkonzentrationen in ihrem Inneren regulieren (Wasser, Salze, Nährstoffe, Abfallstoffe, Botenstoffe, usw., usf.).
Das tut sie nach außen hin zielgerichtet und selektiv-gesteuert über ihre Membran, die dabei alles andere als ein passives, "totes" Element im Räderwerk ist: Zumindest die heutigen Membranen sind alles andere als nur einfache Lipidblasen, sie haben im Gegenteil zahlreiche, komplexe Steuerungs- und Regulierungs-Funktionalitäten, nach innen wie nach außen.

Es fragt sich daher auch: Welche einfachste Membran ist überhaupt für einfachstes Leben vorstellbar? Reicht dafür tatsächlich schon eine primitive Doppellipidstruktur, die in beide Richtungen gleich-(un-)durchlässig wäre? Ich kann es mir kaum vorstellen...

Es ist also ein permanentes Wettrennen zwischen Konstruktion und Destruktion ...

Ok. Wobei ich denke, dass Polymere mit zunehmender Kettenlänge zunehmend selbststabilisierend sein müssten, sobald (bzw. auch wenn) sie sich falten und einknäueln können, da dadurch ihre "Angriffsoberfläche" reduziert wird.

[Frank]

Mal eine Laienfrage zwischendurch.

Ist unser Körper nicht eine große Zelle, ein Behältnis, dass Wasser einschließt?
Meines bescheidenen Wissens nach, war das ja eine Grundvoraussetzung, dass das Leben an Land gehen konnte, weil im Medium Wasser so ein "Behältnis" in der Form ja nicht nötig war.
Jetzt zu meiner Frage.
Wir geben ja Wasser in verschiedensten Formen ab. Schwitzen, Das Ausscheiden, über Verdauungsorgane, auch das Weinen(was jetzt wahrscheinlich nicht sehr viel ist...usw.)
Woher weiß jede einzelne Zelle nun, ob sie jetzt Wasser zum Kühlen, zum Reinigen, zum Ausscheiden, zum Lösen....usw. abgeben muss?
Wird das alles vom Gehirn aus gesteuert, oder regelt das jede einzelne Zelle für sich?

Sorry, dass passt jetzt nicht so zum Thema, aber das interessiert mich schon lange.
Handeln Zellen also (auch)eigenmächtig, oder wird das ganze nur zentral gesteuert?

[Diagnostiker]

Hallo Frank,

wenn das Gehirn auch noch den Wassergehalt jeder einzelnen der rund 100 Billionen Körperzellen regulieren müsste, einschließlich der eigenen Gehirnzellen, bekommt der Begriff "Burnout" einen ganz neuen Sinn ...

Aber im Ernst: So etwas reguliert sich von selbst über die Verteilung der verschiedenen Enzyme sowie die räumliche Anordnung der verschiedenen Membransysteme, in die diverse Proteine eingebunden sind, die u.a. auch für Transportfunktionen zuständig sind. Üblicherweise zirkuliert freigesetztes Reaktionswasser kurzstreckig innerhalb des Zellplasmas, so dass Reaktionszyklen geschlossen bleiben. Bei einem Überangebot an Wasser bewirkt der von @seeker schon erwähnte osmotische Druck ein Diffundieren überschüssigen Wassers in die Zellzwischenräume. Ebenso umgekehrt bei Wassermangel: Hier stellt sich infolge gestiegener Salzkonzentration im Zellinneren ein Sogeffekt ein, der aus den Zellzwischenräumen Wasser in die Zelle einströmen lässt.

Die Zellzwischenräume sind an das lymphatische System gebunden, welches körperweit den Flüssigkeitshaushalt ausgleicht auf einen Mittelwert. Über hormonelle Rückkopplungen im Rahmen des biologischen Regelkreises kann dann das Durstgefühl ausgelöst werden, wenn hier eine kritische Schwelle unterschritten wird. Auch die Nierenfunktion stellt sich neu ein, um Flüssigkeitsverluste über Harnproduktion zu minimieren. Das Ganze ist also wie üblich sehr komplex und verwickelt, so dass hierbei aber das Gehirn in seiner Funktion entlastet wird. Das regeln die Zellen im organisierten Miteinander selbst.

[Diagnostiker]

Hallo seeker,

ohne Membranproteine wird es nicht funktionieren, dass Stoffwechselendprodukte die Zelle verlassen können bzw. Nahrung in die Zelle gelangen kann, indem sie die Membranschicht durchqueren können. Die Frage ist dann, wie sich solche Proteine reproduzieren können, bevor das erste lebende System entstanden ist. Einen genetischen Apparat gab es ja anfangs noch nicht.

[Frank]

Hallo Frank,

wenn das Gehirn auch noch den Wassergehalt jeder einzelnen der rund 100 Billionen Körperzellen regulieren müsste, einschließlich der eigenen Gehirnzellen, bekommt der Begriff "Burnout" einen ganz neuen Sinn ...

Naja, dass könnte das Gehirn ja auch mit Botenstoffen lösen, damit es nicht mit jeder einzelnen Zelle telefonieren müsste....

Aber im Ernst: So etwas reguliert sich von selbst über die Verteilung der verschiedenen Enzyme sowie die räumliche Anordnung der verschiedenen Membransysteme, in die diverse Proteine eingebunden sind, die u.a. auch für Transportfunktionen zuständig sind. Üblicherweise zirkuliert freigesetztes Reaktionswasser kurzstreckig innerhalb des Zellplasmas, so dass Reaktionszyklen geschlossen bleiben. Bei einem Überangebot an Wasser bewirkt der von @seeker schon erwähnte osmotische Druck ein Diffundieren überschüssigen Wassers in die Zellzwischenräume. Ebenso umgekehrt bei Wassermangel: Hier stellt sich infolge gestiegener Salzkonzentration im Zellinneren ein Sogeffekt ein, der aus den Zellzwischenräumen Wasser in die Zelle einströmen lässt.

Die Zellzwischenräume sind an das lymphatische System gebunden, welches körperweit den Flüssigkeitshaushalt ausgleicht auf einen Mittelwert. Über hormonelle Rückkopplungen im Rahmen des biologischen Regelkreises kann dann das Durstgefühl ausgelöst werden, wenn hier eine kritische Schwelle unterschritten wird. Auch die Nierenfunktion stellt sich neu ein, um Flüssigkeitsverluste über Harnproduktion zu minimieren. Das Ganze ist also wie üblich sehr komplex und verwickelt, so dass hierbei aber das Gehirn in seiner Funktion entlastet wird. Das regeln die Zellen im organisierten Miteinander selbst.

Also kann man sagen, dass z.B. das Hunger/Durst Gefühl, vom Organismus selbst gesteuert wird und das Gehirn dann im Grunde die Beschaffung organisiert?
Mein Körper braucht z.B. Salz. Es soll ja in Studien bewiesen sein, dass Hunger auch speziell auf Speisen gelenkt wird vom Organismus. Quasi der Körper holt sich da was er braucht. Im Extremfall kann man das bei einer schwangeren Frau sehen, weil diese Zusammenstellung der Speisen ist schon zuweilen sehr ähm "interessant".( )
Für mich war jetzt neu, dass das Gehirn da wohl erst einmal raus ist und andere Vorgänge diverse Aktionen wie z.B. Hunger auslösen.

Habe ich das so richtig verstanden?

Ich möchte nämlich das Thema hier nicht noch weiter verwässern.......

[Diagnostiker]

Hallo Frank, das mit den Botenstoffen ist schon richtig. Hungergefühl z.B. wird über zwei Botenstoffe reguliert, die unter Vermittlung des Hypothalamus nach Art eines Reiz-Reaktions-Mechanismus ausgeschüttet werden und über den Blutkreislauf dann zu jenen Zellen gelangen, die damit etwas regulatorisch anfangen können. Das Gehirn ist da zwar involviert - nicht zuletzt natürlich auch auf der Empfindungsebene, die ja letztlich auch über die Großhirnrinde abläuft - aber eben nicht so, dass hier jede Zelle ihren eigenen Bedarf anmeldet und auf eine entsprechende Anweisung wartet. Das läuft dann doch mehr als aufsummierender Effekt über den Gesamthaushalt an diversen Stoffkonzentrationen des Körpers ab. Die Regulation läuft dann automatisiert ab, indem über Neukonfiguration der Enzymaktivitäten Reaktionskaskaden ablaufen, welche dann den Ausstoß von Hormonen auslösen.

[Diagnostiker]

Hier noch ein Link zur Regulation des Durstgefühls im Kontext zur Nierenfunktion:

https://flexikon.doccheck.com/de/Durst

[Frank]

Hier noch ein Link zur Regulation des Durstgefühls im Kontext zur Nierenfunktion:

https://flexikon.doccheck.com/de/Durst

Danke dafür

[seeker]

ohne Membranproteine wird es nicht funktionieren, dass Stoffwechselendprodukte die Zelle verlassen können bzw. Nahrung in die Zelle gelangen kann, indem sie die Membranschicht durchqueren können. Die Frage ist dann, wie sich solche Proteine reproduzieren können, bevor das erste lebende System entstanden ist. Einen genetischen Apparat gab es ja anfangs noch nicht.

Ja, genau. Das sehe ich hier auch als Problem.

@Frank, zu deiner Fragestellung noch ergänzend:

Ich denke, man kann sagen, dass unser Organismus sowohl "von unten nach oben" (Zelle -> Organismus) als auch von "oben nach unten" (Organismus -> Zelle) organisiert ist. Das Meiste läuft dabei über chemische Moleküle: Stoffkonzentrationen von Nähr-, Abfall- und Botenstoffen, das Wenigste über Nervenzellen.
Man kann auch leicht einsehen, dass unser Nervensystem schon eine höhere Funktion ist, die ein Organismus nicht unbedingt braucht, um funktionieren zu können: siehe z.B. Pflanzen und Pilze.
Nerven sind im Kern vor allen Dingen dazu da, schneller agieren zu können als die o.g. Lebensformen (Muskelsteuerung, schnelle Reiz-Reaktion). Deshalb hat sich das (nur) bei Tieren (= Lebewesen, das andere Lebewesen frisst) herausgebildet: Tiere müssen beweglicher und schneller sein als Pflanzen.
Interessant ist auch, dass die meisten unserer Körperzellen nach wie vor auch in der Lage sind vom Körper getrennt, vereinzelt ihre Lebensprozesse (oft incl. Reproduktion) aufrecht zu erhalten (so lange sie in einer entsprechenden Nährlösung schwimmen).

Vielzeller sind im Allgemeinen symbiotische Kooperationen von Einzellern, die sich zum gegenseitigen Vorteil zusammengeschlossen haben, um über diese Strategie das Überleben und die Fortpflanzung aller in der Gemeinschaft zu verbessern (oder zumindest der Gene).
Eine Vorstufe zu echten Organismen (bzw., je nach dem, wie man es sieht: die einfachsten Organismen) sind dabei Zellkolonien, welche auch schon von Bakterien gebildet werden (die in der Gemeinschaft dann besser dran sind, indem sie z.B. gemeinsam Schutzbarrieren um sich bilden).
Es gibt auch Lebewesen, die switchen können, vom Organismus zu Einzelzellen und zurück.

Eukaryoten sind dabei in sich auch schon symbiotische Kooperationen von ursprünglich noch kleineren/einfacheren Lebenseinheiten. Also ist insofern auch jede einzelne einer solchen Zelle auch schon ein Organismus mit interner Kommunikation. Man geht z.B. davon aus, dass die Ribosomen und Mitochondrien in unseren Zellen (und auch die Choloroplasten in den Pflanzenzellen) ursprünglich Bakterien waren, die sich in der Urzeit mit anderen Urzellen zu einer Symbiose zusammengeschlossen haben: den Eukaryoten, aus denen auch wir heute bestehen.

[Diagnostiker]

Hallo seeker,

Man geht z.B. davon aus, dass die Ribosomen und Mitochondrien in unseren Zellen (und auch die Choloroplasten in den Pflanzenzellen) ursprünglich Bakterien waren, die sich in der Urzeit mit anderen Urzellen zu einer Symbiose zusammengeschlossen haben: den Eukaryoten, aus denen auch wir heute bestehen.

Lass mal die Ribosomen hier raus, denn die sind essentiell für alle Zellen. Mitochondrien gehen auf Proteobakterien zurück und Chloroplasten auf Cyanobakterien. Gemäß Endosymbionten-Hypothese wurden beide von den Vorläufern der heutigen Eukaryoten-Zellen aufgenommen und integriert. Unklar ist noch, ob diese Vorläuferzellen instantan durch Verschmelzung von Archaeen mit Bakterien entstanden sind oder einen eigenen Entwicklungszweig darstellen, der sich parallel zu den anderen beiden Domänen entwickelt hat, bevor er Mitochondrien und später Plastiden durch Endosymbiose erworben hat.

[seeker]

Lass mal die Ribosomen hier raus

Ja, stimmt. Bei denen sind wir eher "im Auge des Sturms", wie Frank sagen würde.
Ihre Entstehung ist eines der Kernprobleme - eben weil sie so essentiell für alles bekannte Leben sind.