Es k\u00f6nnte ein wissenschaftlicher Durchbruch sein, den Physiker der Universit\u00e4t G\u00f6ttingen gelungen ist. Mittels eines neuen Modells und der Thermodynamik konnten neue Erkenntnisse zur Entwicklung von Lebensformen in (Proto-)Zellen gemacht. Die Studie hat verschiedene Auswirkungen \u2013 etwa f\u00fcr das erste Leben auf der Erde.<\/p>\n
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Es ist eine spannende Geschichte, die\u00a0von Physikern der Uni G\u00f6ttingen \"erz\u00e4hlt wird<\/a>\" und die einige Milliarden Jahre zur\u00fcck zum ersten Leben auf der Erde f\u00fchrt. Die Forscher haben mit Hilfe eines Modells untersucht, unter welchen Bedingungen sich in sogenannten Protozellen die dort vorhandenen Molek\u00fclsorten voneinander abspalten und sp\u00e4ter zu einzelligen Lebewesen entwickeln. <\/span><\/p>\n Stanley Miller konnte bereits in den 50er Jahren zeigen<\/a>, wie sich Proteine aus einer Art \"Ursuppe\" bilden. <\/span>Protozellen<\/a> (Protein-Protozellen, oder Mikrosph\u00e4ren) sind wohl die Urbausteine des Lebens.\u00a0Wissenschaftler gehen heute davon aus, dass in Protozellen das erste Leben auf der Erde entstand.\u00a0<\/span><\/p><\/blockquote>\n Die Forscher der Universit\u00e4t G\u00f6ttingen haben untersucht, wie die sogenannte Phasentrennung von Molek\u00fclen abl\u00e4uft. Mit Hilfe eines mathematischen Modells konnten sie zeigen<\/a>,\u00a0dass in solchen Gemischen bereits kleine Ungleichgewichte in der Anzahl verschiedener Molek\u00fcle eine unerwartete Wirkung haben.<\/p>\n Dabei verst\u00e4rken komplexe Wechselwirkungen zwischen den Molek\u00fclen solche Ungleichgewichte deutlich. So kann sich eine Molek\u00fclsorte, die nur geringf\u00fcgig in der Mehrheit ist, fast vollst\u00e4ndig von den anderen trennen. Die Erkenntnisse deuten auf einen bisher unbekannten Mechanismus hin, der auf viele Gemische zutreffen kann.<\/p>\n So k\u00f6nnte zum Beispiel die Bildung von Strukturen in Zellen gesteuert werden, indem die Konzentrationen unterschiedlicher Molek\u00fcle fein abgestimmt werden. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift\u00a0Physical Review Letters<\/em>\u00a0erschienen.<\/p>\n In den ersten lebenden Zellen bildeten sich Strukturen, indem sich Fl\u00fcssigkeiten trennten und in abgegrenzten Bereichen ansammelten. Man nennt diesen Prozess Phasentrennung. So wie sich in einer Vinaigrette \u00d6l und Essig in Tr\u00f6pfchen auftrennen, wenn man das Dressing nach dem Umr\u00fchren stehen l\u00e4sst, entstanden in den Zellen durch die Phasentrennung voneinander getrennte Strukturen. Diese entwickelten sich weiter zu den membranlosen Organellen der heute lebenden Zellen.<\/p>\n Die Forschenden untersuchten die Wechselwirkungen zwischen den vielen unterschiedlichen Molek\u00fclen in einem fl\u00fcssigen Gemisch mit einem mathematischen Modell. Dieses enth\u00e4lt Informationen \u00fcber die Zusammensetzung, also die jeweilige Menge jeder Komponente. Mithilfe der Gesetze der Thermodynamik stellten sie fest, ob im Gemisch eine Phasentrennung erfolgte und welche Strukturen sich dabei bildeten.<\/p>\n Wegen der Komplexit\u00e4t des Problems konnten bislang nur Gemische untersucht werden, in denen alle Molek\u00fclsorten in gleicher Anzahl vorkommen.<\/p>\n Nun entwickelten die Forschenden eine raffiniertere Methode und entdeckten, dass kleine Abweichungen von einer gleichgewichtigen Zusammensetzung infolge thermodynamischer Instabilit\u00e4ten eine gro\u00dfe Wirkung haben k\u00f6nnen.\u00a0So kann ein geringes Ungleichgewicht dazu f\u00fchren, dass eine nur geringe Mehrheit von Molek\u00fclen einer Sorte die Bildung neuer Phasen im Gemisch ausl\u00f6st.<\/p>\n \"Es ist \u00fcberraschend, dass sehr kleine Ungleichgewichte in der Zusammensetzung enorm verst\u00e4rkt werden k\u00f6nnen. Bei einfachen Wechselwirkungen, die systematisch von Eigenschaften wie Molek\u00fclgr\u00f6\u00dfe oder Polarit\u00e4t abh\u00e4ngen, w\u00fcrden sich neue Phasen mit \u00e4hnlicher Zusammensetzung bilden, weil diese am wahrscheinlichsten sind, also thermodynamisch gesprochen die Entropie maximieren. Aber hier kann ein Molek\u00fcl, selbst wenn es nur zu zwei Prozent in einem Gemisch aus hundert verschiedenen Molek\u00fclsorten enthalten ist, in einer Konzentration von siebzig Prozent in einem Tr\u00f6pfchen vorhanden sein, das sich trennt\", erkl\u00e4rt<\/a> Erstautor Filipe Thewes, Doktorand am Institut f\u00fcr Theoretische Physik.<\/p>\n Diese Verst\u00e4rkung k\u00f6nnte der Mechanismus sein, der in Zellen die Phasentrennung und damit die Bildung neuer Strukturen reguliert. Studienleiter Prof. Dr. Peter Sollich vom selben Institut erg\u00e4nzt: \"Unser mathematischer Ansatz ist auf viele Situationen \u00fcbertragbar. Daher haben die Ergebnisse auch spannendes Potenzial f\u00fcr die Anwendung in \u00e4hnlichen Modellen. Der Mechanismus kann in vielf\u00e4ltigen Bereichen zum Tragen kommen \u2013 von lebenden Zellen bis hin zu Marktwirtschaften oder \u00f6kologischen Netzwerken mit vielen Arten.\"<\/p>\n Originalver\u00f6ffentlichung:\u00a0<\/em>Thewes, F. C., Kr\u00fcger, M., Sollich, P. Composition Dependent Instabilities in Mixtures with Many Components. Physical Review Letters (2023). DOI:\u00a0<\/em>10.1103\/PhysRevLett.131.058401<\/em><\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Es k\u00f6nnte ein wissenschaftlicher Durchbruch sein, den Physiker der Universit\u00e4t G\u00f6ttingen gelungen ist. Mittels eines neuen Modells und der Thermodynamik konnten neue Erkenntnisse zur Entwicklung von Lebensformen in (Proto-)Zellen gemacht. Die Studie hat verschiedene Auswirkungen \u2013 etwa f\u00fcr das erste … Weiterlesen Phasentrennung in Molek\u00fclen<\/h2>\n