Fragen zur Entstehung und den Grundprozessen des Lebens

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Fragen zur Entstehung und den

Grundprozessen des Lebens

www.icbm.de/pmbio

Heribert Cypionka

Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) Universität Oldenburg

= Homepage zum Download der Folien!

Zeit

Do 18.15 - 19.45 Raum

W4 1-162 (Wechloy)

Termine 21.10.

28.10.

4.11.

11.11.

18.11.

25.11.

2.12.

9.12.

wann und wo

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Themen

•Einführung, Literatur, Wissenschaftstheorie und -kritik

•Erdgeschichte, Lebensgeschichte, Paläontologie, Spuren des Lebens

•Wissenschaftsgeschichte, Urzeugung, Theorien zur primären Biogenese, Aufbau und Organisation der Zelle

•Energie, Thermodynamik und Nicht-Gleichgewicht, Transport, Stoffwechsel, Katalyse, Information und Entropie, Chiralität

•Evolution, Regulation, rekursive Prozesse, Chaos, Wachstum, Selbstorganisation

•Phylogenie, Archaea, Bacteria, Eukarya, Viren

•Lebensweisen, Gärung und Atmung, Lithotrophie, Photosynthese,

"Extremophilie", Leben an heißen Tiefseequellen

•Prinzipien globaler Kreisläufe von C, N, S, Gaia-Theorie,daisy world

Themen

Themen

•Was macht Frauen attraktiv? – streng wissenschaftlich!

•Wie lange wird es noch Menschen auf der Erde geben? – nach Gott mit 90 % Wahrscheinlichkeit!

•Sind Sie eigentlich aus freiem Willenhier?

•Wieso sind Bakterien die am höchsten entwickelten Lebewesen?

•Wieso werden Lotto-Gewinnernicht glücklich?

•Wozu hat ein MaikäferFlügel? Wieso ist der Froschgrün?

•Wieso macht uns die Wissenschaft dumm?

•Was unterscheidet uns nun tatsächlich vom Affen?

•Wie ist es mit Gottund der Wissenschaft?

•Wie kann man echte Evolution im Computernachstellen?

etc. • • •

Themen

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Bücher

Bücher

Augros, R, undStanciuG, Die neue Biologie. Der Umbruch in der Wissenschaft vom Leben - die Wiederentdeckung der Weisheit der Natur, Scherz, 1988 Brigg DEG,CrowtherPR (Ed.), Palaeobiology. A synthesis, Blackwell, Oxford, 1990

Brock TD, Madigan MT, Biology of microorganisms, Prentice-Hall, 2002 Cramer, F. Chaos und Ordnung. Die komplexe Struktur des Lebendigen. Insel Taschenbuch, 1993

Cypionka, Grundlagen der Mikrobiologie, Springer 2002, 19.95 €

de Duve, C., Der Ursprung des Lebens. Präbiotische Evolution und die Entstehung der Zelle.Spektrum Akademischer Vlg, 1994

de Duve, C. (1997) Aus Staub geboren. Leben als kosmische Zwangsläufigkeit.

(rororo science)

Dyson F (1988) Die zwei Ursprünge des Lebens, Rasch und Röhring

Eigen M, Stufen zum Leben. Die frühe Evolution im Visier der Molekularbiologie, Piper, 1992

Erben, HK, Die Entwicklung der Lebewesen, Spielregeln der Evolution, Piper, 1988 Fischer EP, Mainzer K (1990) Die Frage nach dem Leben, Piper

Ganten D, Deichmann T, Spahl T(2003) Leben, Natur, Wissenschaft. Alles, was man wissen muss. Eichborn Lexikon

Hofstadter, D. R. (1985) Gödel, Escher, Bach. Ein endloses geflochtenes Band Hölder, H, Kurze Geschichte der Geologie und Paläontologie, Springer, 1989 Hohl, R (Ed.), Die Entwicklungsgeschichte der Erde, Dausien, 1985

Jacob F (1982) Das Spiel der Möglichkeiten. Von der offenen Geschichte des Lebens, Piper

Bücher (2)

Jassamanow, NA, Geologie: Exkursion zur Erde, Spektrum Verlag, 1991 Kämpfe, L, Evolution und Stammesgeschichte der Organismen, UTB, 1992 Krueger, FR, Physik und Evolution, Physikalische Ansätze zu einer Einheit der Naturwissenschaften auf evolutiver Grundlage, Paul Parey, 1984 KüppersB-O (Ed.), Ordnung aus dem Chaos, Prinzipien der Selbstorganisation und Evolution des Lebens, Piper, 1987 Kaplan, RW, Der Ursprung des Lebens, Thieme, 1978

Lovelock, JE, Unsere Erde wird überleben. Gaia - eine optimistische Ökologie, Piper, 1979

Monod, J, Zufall und Notwendigkeit. Philosophische Fragen der modernen Biologie, Piper, 1971

Oparin, AI, Die Entstehung des Lebens, VEB, Verlag der Wissenschaften, 1957

Rahmann H (1980) Die Entstehung des Lebendigen, Gustav Fischer Schopf, JW (Ed.), Earth's earliest biosphere. Its origin and evolution, 1983 SchrödingerE (1944) Was ist Leben? Piper

Simpson, GC, Leben der Vorzeit, Einführung in die Paläontologie, Enke, 1972

Vollmer G (2003) Wieso können wir die Welt erkennen? Hirzel Wuketits, FM, Grundriß der Evolutionstheorie, Wiss. Buchgesellschaft Darmstadt, 1989

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Grundlagen

www.grundlagen-der-mikrobiologie.de

www.mikrobiologischer-garten.de

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Erkenntnistheorie

?

DIE ZEIT 2.8.96

Cogito ergo sum. (Descartes)

Voraussetzung von Naturwissenschaft:

Es gibt eine reale Welt außer mir.

DIE ZEIT 2.8.96 Erkenntnistheorie

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Evolution

• Lamarck(1744-1829): finalistische Selbstanpassung (Vererbung erworbener Eigenschaften), Evolution erkannt

Vorstellungen über Evolution

• Mendel (1865): Verteilung von Merkmalen in Kreuzungsexperimenten

• heute: Molekular-Darwinismus

(1) Übertragungseinheit der Vererbung: Gen (2) Einheit der Selektion: Individuum

(3) Einheit der Evolution: Population

• Darwin (1809-1882), 1859: Evolution durch natürliche Selektion aus biol. Überproduktion und begrenzten Ressourcen

Betrachtungsweisen

Betrachtungsweisen der Evolution

a) historisch = Paläontologie, Beobachtung, Fossilien, Geologie, Erfahrung →das Einzelne

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Paläontologie

Unsere Ahnen rekonstruiert anhand von Fossilien

Geo 10/2001

So lässt sich dieEntstehung des Lebens nicht nachvollziehen.

Evolution

Vorstellungen über Evolution 1986

Gen, Mutation, Prokaryoten?

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Betrachtungsweisen

Betrachtungsweisen der Entstehung des Lebens

b)grundlegende Prinzipien, das Allgemeine, Theorie →Aktualismus, Plausibilität

(Reproduzierbarkeit?)

Welche Kräfte treiben das Leben? Gesetze? Definition des Lebens?

Musste es sich notwendigerweise so entwickeln, wie es nun ist?

Was können wir darüber wissen, wie die Frage wissenschaftlich angehen?

Phylogenetischer Stammbaum

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Strukturen

Was ist Leben?

Geheimnis des Lebens

1. BeipielStrand, Wind: Sandburg am nächsten Tag Energie →Unordnung, Zerstörung von Strukturen,

aber auch aber auch: Rippel

2. BeispielEin Löffel voll Traubenzucker (C₆H₁₂O₆), Luft (O₂) a) Feuer

C₆H₁₂O₆+ 6 O₂→6 CO₂+ 6 H₂O + Wärme

b) Statt Feuer: Wasser, einige mg Mineralsalze, einige Bakterien

Entstehung von CO₂, H₂O, Wärme, Unordnung aus

≈60 % des Zuckers + ≈40 % Biomasse:

Millarden gleiche Zellen, 1000 verschiedene (wohldefinierte) Proteine, Nukleinsäuren, Lipide, ...

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Teleonomie

Teleonomie: Funktion bestimmt die Struktur 1. Beispiel: Kamera und Auge. prinzipiell baugleich, optimiert. Projekt (Monod), Aufgabe, Teleonomie der Kamera (!), des Auges (?)

Vis vitalis?

Gibt es einevis vitalis (Lebenskraft), die mit physikalisch-chemischen Prozessen nicht zu erklären ist?

Ist alles Leben von vornherein durch eine höhere Instanz zielgerichtet angelegt?

• Teleologie, Entelechie prinzipiell unwiderlegbar

• Zufallshypothese prinzipiell unbeweisbar

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wissenschaftliche Methode

2. Beipiel: Wozu hat der Maikäfer Flügel?

“Maikäfer, flieg' !“

“Ein Maikäfer, dem man die Flügel abschneidet, kann nicht mehr hören.“

Funktion

Weshalb ist der Frosch grün?

In der Wissenschaft wird die einfachste Erklärung als die beste angenommen.

Die Biologie verläuft über Umwege....

3. Beipiel:

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Genfunktion

Tragen wir alle Rollstuhlgene?

Funktion von Genen

Genfunktion

Genom-Analyse

Haben wir mit der Genom-Analyse des Menschen nun alles Wesentliche erforscht?

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Regulation

Regulation ist das Thema der Zukunft.

Regulation

Das einfachste verstandene regulatorische System...

Bakterielle Chemotaxis

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Lamarckismus

Inzwischen sollten wir Darwin doch auch verstanden haben...

!?!

Lamarckismus

Inzwischen sollten wir Darwin doch auch verstanden haben...

!?!

Lineares Denken !!!

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Genetik

Francis Crick († 2004) kommt in den Himmel, trifft Gott und fragt, wie denn die Genetik bei Drosophila funktioniert.

Gott antwortet: "Nun, wir nehmen ein bisschen hiervon, fügen ein paar Dinge hinzu und ... Eigentlich wissen wir es gar nicht. Aber ich kann dir sagen, wir machen hier Fliegen seit 200 Millionen Jahren, und es gab nie Beschwerden."

(Sydney Brenner, Medizin-Nobelpreisträger 2002)

Wenigstens Gott müsste es doch verstanden haben...

Gott?

Gibt es noch Raum für Gott?

Kurt Gödel (1906 - 1978): Bedeutender Logiker, dessen Ergebnisse von revolutionärer Bedeutung waren. Der

Gödelsche Unvollständigkeitssatzbesagt, dass es keine axiomatisch formulierte Theorie geben kann, die sämtliche Wahrheiten der Arithmetik beschreiben kann (d. h. dass

"wahr" und "beweisbar" im Allgemeinen nicht das Gleiche sind).

Aus jedem formal geschlossenen System lassen sich zulässige Fragen formulieren, die nicht innerhalb des Systems beantwortet werden können.

Gute Forschung öffnet Welten, wirft neue Fragen auf.

Gott steht für wissenschaftliche Erklärungsversuche nicht zur Verfügung.

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'undefinierbar'

Ausblick

Coming soon ...