Spontane strukturelle Entwicklungen eines Peptid-Vesikel-Systems unter Bedingungen der frühen kontinetalen Kruste

Spontane strukturelle Entwicklungen eines Peptid-Vesikel-Systems unter Bedingungen der frühen kontinetalen Kruste Christian Mayer 1, Ulrich Schreiber 2, Mara J. Dvila 1, Oliver J. Schmitz 3 1 Institut für Physikalische Chemie, CENIDE, Universität Duisburg-Essen, 45141 Essen, Deutschland 2 Abteilung für Geologie, Universität Duisburg-Essen, 45141 Essen, Deutschland; 3 Institut für Angewandte Analytische Chemie, Universität Duisburg-Essen, 45141 Essen, Deutschland; Leben ist durch bedeutende Komplexität in Verbindung mit einem hohen Grad an Ordnung gekennzeichnet. Daher mussten frühe Schritte zur Entstehung des Lebens notwendigerweise in diese Richtung führen. Der mächtigste Prozess, der zu Zuständen erhöhter Komplexität und Ordnung führt, ist die darwinistische Evolution. Dies erfordert jedoch selbstreproduzierende Systeme. Welche Prozesse könnten also anstelle der darwinistischen Evolution in den frühen Anfängen komplexe präbiotische Strukturen entwickelt haben? Zunächst ist eine notwendige Voraussetzung für Entwicklung ein permanenter Nicht-Gleichgewichtszustand. Dieser wird am einfachsten durch eine konstante Variation physikalischer Bedingungen erreicht, wie etwa den Wechsel zwischen Feucht- und Trockenphasen oder durch schwankende Temperatur- oder Druckbedingungen. Dies in Verbindung mit der Bildung und Selektion komplexer molekularer Strukturen hat die Kraft, von einfachen chaotischen Mischungen zu größeren, definierten Einheiten zu führen. Perfekte Bedingungen für eine solche Entwicklung finden sich in der Erdkruste. Aktuelle Experimente in unserem Labor beruhen auf Druckzyklen, die die Bedingungen in der Erdkruste in einer Tiefe von 1 km simulieren. Wir können zeigen, dass unter Anwesenheit einfacher präbiotischer Moleküle diese Bedingungen zur periodischen Bildung von Vesikeln führen. Diese Vesikel selektieren wiederum zufällig erzeugte Peptide in einem Pool von Aminosäuren. Die resultierenden Vesikel-Peptid-Strukturen werden kontinuierlich nach ihrer Stabilität ausgewählt, was zu einem fortlaufenden Optimierungsprozess führt. Insgesamt entsteht ein Prozess, der zu einer kontinuierlichen Zunahme von Ordnung (selektierte Peptidsequenzen) und Komplexität (wachsender Größe der Peptide) führt. Das experimentelle Ergebnis eines solchen autonomen Selektionsprozesses ist eine funktionelle Peptidstruktur, die innerhalb der Membran der überlebenden Vesikel gebildet wird. Sie ist in der Lage, das Vesikel zu stabilisieren, seine Größe zu verändern und eine erhöhte Wasserpermeabilität zu ermöglichen, um die osmotische Druckbelastung zu reduzieren. Referenzen Mayer, C., Schreiber, U., Dvila M. (2015) Periodische Vesikelbildung in tektonischen Verwerfungszonen – ein ideales Szenario für molekulare Evolution, Origins of Life and Evolution of Biospheres 45: 139-148. Mayer, C., Schreiber, U., Dvila, M. (2017) Selektion präbiotischer Moleküle in amphiphilen Umgebungen, Life 7: 3. Mayer, C., Schreiber, U., Dvila, M., Schmitz, O.J. et al. (2018) Molekulare Evolution in einem Peptid-Vesikel-System, Life 8: 16. Mayer, C. (2020) Leben im Kontext von Ordnung und Komplexität, Life 10, 5. Davila, M., Mayer C. (2022) Membranstruktur, gewonnen in einem experimentellen Evolutionsprozess, Life 12: 145. Davila, M., Mayer C. (2023) Strukturelle Phänomene in einer Vesikelmembran, erhalten durch ein Evolutionsexperiment, Life 13: 1735.