Genetischer Code: Lehrbuchmeinung überholt

Rekrutierung der Aminosäuren hat laut Studie der der University of Arizona anders stattgefunden 

13.12.2024 - Fast jede Lebensform, angefangen von Bakterien bis hin zu Blauwalen, verfügt über den gleichen genetischen Code. Sawsan Wehbi von der University of Arizona (https://www.arizona.edu) hat sich dem Ursprung mit einem neuen Ansatz angenähert. Sie hat überzeugende Beweise dafür gefunden, dass die bestehende Lehrbuchmeinung einer Überarbeitung bedarf. Der Forscherin zufolge steht die Reihenfolge, in der die Aminosäuren rekrutiert wurden, im Widerspruch zum bestehenden Konsens der Evolution des genetischen Codes. Bei Aminosäuren handelt es sich um die Bausteine des genetischen Codes, der DNA.

Irreführende Laborexperimente 

Die aktuelle Studie zeigt, dass das frühe Leben bei den Aminosäuren kleinere Moleküle bevorzugt hat und eben nicht die größeren und komplexeren Moleküle, die erst später hinzugefügt wurden. Zudem schlossen sich Aminosäuren, die sich an Metalle anbinden, viel früher dieser Entwicklung an als bisher angenommen. Schließlich haben die Wissenschaftler entdeckt, dass der heutige genetische Code wahrscheinlich erst nach Codes entstand, die seit damals ausgestorben sind.

Die Studienautoren argumentieren, dass das derzeitige Verständnis der Entwicklung des Codes fehlerhaft ist, da es auf irreführenden Laborexperimenten beruht und nicht auf evolutionären Beweisen. Einer der Eckpfeiler der herkömmlichen Sicht der Evolution des genetischen Codes beruht auf dem berühmten Urey-Miller-Experiment aus dem Jahr 1952. Damals wurde versucht, die Bedingungen auf der frühen Erde zu simulieren, die wahrscheinlich Zeugen des Ursprungs des Lebens waren.

Danach kann unbelebte Materie mittels einfacher chemischer Reaktionen die Bausteine des Lebens entstehen lassen. Zur unbelebten Materie gehörten auch Aminosäuren. Die Implikationen dieses Experiments wurden jedoch infrage gestellt. So waren zum Beispiel keine Aminosäuren vertreten, die Schwefel enthielten. Aber das Element gab es auf der frühen Erde reichlich. So ging man davon aus, dass die schwefelhaltigen Aminosäuren erst später im genetischen Code vertreten waren. Details sind in den "Proceedings of the National Academy of Sciences" nachzulesen.

Zurückverfolgung bis zu "LUCA" 

Die Forscher haben nun ein neues Verfahren genutzt, um die Sequenzen der Aminosäuren über den gesamten Baum des Lebens bis hin zu dem ältesten gemeinsamen Vorfahren "LUCA" analysiert. Dabei handelt es sich um eine hypothetische Population von Organismen, die vor rund vier Mrd. Jahren lebten und den gemeinsamen Vorfahren allen Lebens darstellen. Anders als bei früheren Studien konzentrierte sich das Team um Wehbi auf Proteindomänen, kleinere Aminosäuren-Bereiche.

Laut Wehbi ist das Protein mit einem Auto vergleichbar, wobei die Domäne das Rad darstellt, das sich in vielen verschiedenen Fahrzeugen einbauen lässt. Daher seien Räder auch schon viel länger vorhanden als Autos an sich. Um herauszufinden, wann eine spezifische Aminosäure wahrscheinlich in den genetischen Code rekrutiert wurde, haben die Wissenschaftler statistische Datenanalyse-Tools genutzt, um die Anreicherung jeder einzelnen Aminosäure bei Proteinsequenzen zu vergleichen, die bis LUCA oder sogar noch weiter zurückreichen.

Eine Aminosäure, die bevorzugt in den uralten Sequenzen auftaucht, wurde daher wahrscheinlich bereits auch früh eingebunden. Im Gegensatz dazu fehlen Aminosäuren, die erst später rekrutiert wurden und zur Verfügung standen als die weniger vorzeitlichen Proteinsequenzen auftauchten. Insgesamt haben die Forscher über 400 Familien von Sequenzen identifiziert, die auf LUCA zurückgehen. Mehr als 100 entstanden sogar noch früher und hatten sich bereits vor LUCA diversifiziert. Hier erwies es sich wiederum, dass sie mehr Aminosäuren mit aromatischen Ringstrukturen wie Tryptophan und Tyrosin enthielten - und das war der Fall, obwohl diese Aminosäuren erst spät zum genetischen Code des Menschen hinzugefügt wurden.

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