Kritische Betrachtung - Mutation und Informationszunahme

[Godek]

Hallo.

Ein kurzer Diskussionsverlauf, bei dem Ihr gerne einsteigen dürft....

Meine Frage an einen alten Freund (37) - der mittlerweile an der Cambridge University in England arbeitet und das Fachgebiet "Bioinformatik" betreut...also == versiert ist...

Meine Eingansfrage an ihn: (21.05.2012)

Wie bewertest du die Informationszunahme durch Mutation? Also Information, die evolutionär nützlich ist...

Seine Antwort: (28.05.2012)

Hab jetzt eine Zeitlang ueber eine Antwort nachgedacht, allerdings ist keine davon kurz...
Nun musst du mit der langen Antwort leben, das kommt davon wenn man einem Wissenschaftler eine kurze Frage stellt. Oh, die schnelle Antwort ist: Der Informationsgewinn ist gering.

Das Problem faengt schon bei Mutationen an. Man unterscheidet zwischen vererbten (gametischen) Mutationen und solchen die man im Laufe des Lebens ansammelt (somatisch). Gametische Mutationen sind in allen Zellen vorhanden und passieren waehrend des cross-over bei der Befruchtung. Somatische Mutationen passieren in einzelnen Zellen und werden an die Tochterzellen weitergegeben. Nehmen wir an du hast dir deinen Finger gebrochen und wirst geroentgt. Dadurch koennen Mutationen in einzelnen Zellen (Haut, Muskel, Knochen, Gefaesse, Knochen, Nerven) deines Fingers auftreten. Falls diese Mutationen nicht von Reperaturmechanismen erkannt werden, werden Sie an alle Tochterzellen vererbt.
Eine weitere Art Muatationen zu aquirieren ist ueber Viren. Vieren vermehren sich dadurch das sie ihre eigene DNA oder RNA in das Genome der befallenen Zellen einbauen. Falls es sich um Eizellen oder Spermazellen handelt, koennen diese Mutationen weitergegeben werden.
Das nur also grobe Uebersicht ueber die verschiedenen Quellen von Mutationen und wie wir versuchen sie zu klassifizieren.
Der naechste Punkt ist dann der Effekt oder Informationsgewinn. Fangen wir mit den kleinen Mutationen an, den sogennanten Single Nucleotide Polymorphism (SNP) oder Punktmutationen. Diese Mutationen veraendern eine Base/Nukleotide im Genom. Das Genom besteht aus einer Abfolge von 4 Basen/Nukleotiden, abgekuerzt A, G, T, C. Die DNA besteht aus zwei Straengen, und es verbinden sich immer A-T und GC. Wenn die Sequenz auf dem einen Strang AAGTC ist, hat der andere Strang TTCAG:
AAGTC
TTCAG
Ein SNP waere wenn z.B. das zweite A ein G wird. Wir haetten dann:
AGGTC
TCCAG
Wichtig ist das bei einem SNP die Nukleotide auf beiden Straengen geaendert werden.
Welchen Effekt kann eine Mutation nun haben? Hierzu muessen wir die genomische Position der Betracht ziehen. Diese Erklaerung gilt zum grossen Teil nur fuer hoehere Organismen, nicht fuer Bakterien. Nemen wir den Menschen als Beispiel.
Gene sind Abschnitte auf der DNA und bestehen aus verschiedenen Teilen:
Promotor regionen, Transcription Start Site (TSS), Exons und Introns.
Promotor sequenzen befinden sich ~100 basen vor dem Gen und dienen der Anlagerung von Proteinen die DNA in RNA uebersetzen.
TSS ist der Punkt an dem DNA in RNA (auch kodierender Abschnitt genannt) ubersetzt wird, also der Bereich der spaeter zum Protein wird (oder ncRNA, dazu kommen wir auch noch).
nach dem TSS kommt eine Folge von Exons und Introns. Beide werden in die sog. preRNA uebersetzt, aber nur Introns werden im naechsten Schritt (der Erstellung der sog. gereiften oder mature RNA) herausgeschnitten. Man kann also sagen das Exons kodierende Bereiche sind.
Zwei Sachen koennen nun mit der mRNA passieren: Entweder sie wird in ein Protein uebersetzt, oder eben nicht. In diesem Falle sprechen wir von non-coding RNA (ncRNA). Die Proteinbiosynthese ist wirklich ein Uebersetzungsvorgang und findet im Ribosome statt. Die RNA dient dabei als Matrize. Jeweils 3 Nucleotide codieren eine Aminosaeure (AS, 20 verschiedene). Die Transkripton faengt bei der Nucleotidfolge ATG (Startcodon) and und laeuft bis TAA, TAG, oder TGA (Stopcodons). Bsp:
ATGCTGGAGAGCTGCCACGAGAGATAA
jeweils 3 nucleotide codieren eine AS:
DNA: ATG CTG GAG AGC TGC CAC GAG AGA TAA
Protein: M L E S C H E R STOP
Welchen Einfluss kann eine mutation nun haben?
Wenn Sie in den Bereich der Promotorsequenzen faellt, meist gering.
Faellt sie in ein Intron - keine Folgen.
Faellt sie in die Exons, kann es keine Folgen haben - oder schwerwiegende. Bsp: Eine Mutation in unserer Sequenz (C->A):
DNA: ATG CTG GAG AGC TGA CAC GAG AGA TAA
Protein: M L E S STOP H E R STOP
Hat zur Folge das das Protein auf einmal zu kurz ist. Was in der Regel dazu fuehrt das es nicht mehr funktioniert.
Der genetische Code ist allerdings redundant. Wir haben 4 verschiedene Nukleotide und 3 codieren eine Aminosaeure. Das entspricht 4^3 = 64 Kombinationen fuer 20 AS. So codieren die Sequenzen AAA und AAG die Aminosaeure Lysine. Eine Mutation von AAA zu AAG hat somit keinen Effekt.
Auch wenn sich eine Aminosaeure aendert muss das nicht unbedingt Folgen fuer das Protein haben. Falls die AS ungefaehr dieselbe Groesse und aehnliche chemische Eigenschaften hat, wir der Effekt gering sein. Die Natur hat verschiedene Schutzmechnismen eingebaut um fatale Folgen so gering wie moeglich zu halten. Oft ist die Funktion eines Proteins von einer Gruppe von AS abhaengig, eine einzelne Mutation wird kompensiert. Das gilt fuer negative und positive Effekte! Es kann auch durchaus sein das eine Mutation eine etwas verbessernde Wirkung auf das Protein hat. Allerdings wirst du nie den Effekt haben wie bei X-Men das Mutationen uns total veraendern. Unsere gesamter Zellzyklus ist sehr spezifisch und es Veraenderungen an einer Stelle machen Veraenderungen an anderer Stelle noetig. Grosse Veraenderungen haben in der Regel Fehlfunktionen zur Folge. Ein interessantes Beispiel ist eine Variation des Angelman Syndroms: 3 Nukleotide werden hier geloescht, was zur Folge hat das das resultiernde Protein ein Glycin weniger hat. Glycin ist die kleinste AS die existiert. Alledings sorgt deren Verschwinden dafuer das ein stabilisierendes Salzbrueckennetzwerk im Protein zusammenbricht - das Protein funktioniert nicht mehr.
Ein Beispiel ist fuer eine positive Mutation ist die Sichelzellenanaemie. Wenn eins von deinen Genen die Mutation aufweist, hast du erhoehte Malariaimmunitaet. Sind allerdings beide mutiert hast du eine lebensgefaehrliche Krankheit.
Falls in einer Zelle Mutationen von grossem Ausmass passieren ist Krebs meist die Folge. Hier sind es nicht mehr einzelne Mutationen, sondern ganze Bereich von Chromosomen veraendern sich. Zum Beispiel das ein Abschnitt von 50 000 Nukleotiden von Chromosom 9 dreimal in Chromosome 15 vorkommt.
Noch Fragen...?
Es ist wirklich ein riesiger Bereich, unglaublich spannend, aber auch sehr Komplex. Der gesamte Bereich der ncRNAs wuerde nochmal dieselbe Menge Platz benoetigen....

Meine Rückantwort: (31.05.2012)

Ohne jetzt auf die technischen Vorgänge bei der Bildung von Proteinen oder Nukleinsäuregebilden weiter einzugehen, möchte ich den Kern meiner ursprünglichen Frage etwas herauskehren. Deine Kenntnisse über diese Vorgänge sind weitaus tiefer als es meine sind. Doch auch in diesem Bereich hätte ich Stoff (z.B. zufällige Faltung und Adressierung von Proteinen, Polymerchemie (im Hinblick auf die Entstehung von Proteinen), Chiralität, und weitere)

Vielmehr geht es mir hier um eine gröber gelagerte Grundsatzfrage, ohne deren hieb und stichfeste Beantwortung alle darunter liegenden Details betroffen sind. Bzw. die Theorie der Evolution (hier speziell die zufällige Entwicklung 1. vom nichts zu Proteinketten und 2. die Entwicklung zur funktionierenden ersten Zelle, die sich dann aufgrund von Informationszunahme weiter entwickelt...und irgendwann ein Mensch ist) widerlegen könnten. Denn diese technischen Vorgänge gäbe es auch ohne die angenommene (artübergreifende) Evolution. Die Reproduktion, etc. Denn das benötigen Lebewesen ohnehin, auch wenn sie nicht vom Fisch zum Affen aufsteigen könnten...sondern sich nur artintern evolutionieren...

Die sog. Makroevolution ist ein grundlegendes Problem hierbei. Die Weitergabe eines Selektionsvorteils die über die 500 Millionen Jahre denn halt u.a. zum Menschen geführt haben soll.

Ich will es erst mal mathematisch angehen:

In der Biologie geht man davon aus, dass die Anzahl aller Arten, die jemals auf der Erde gelebt haben so etwa 2 x 10 hoch 14 sein soll. Das sind 200 Billionen. Es leben davon ca. 8,7 Millionen.
Um eine neue Art hervorzubringen sind gemäß der Annahmen etwa 1000 Zwischenformen notwendig gewesen. Also müssen ja demnach etwa 2 x 10 hoch 17 Zwischenformen irgendwann mal existiert haben. Erst war alles weich (gallertartig) und später dann fest (z.b. panzer, knochen). Doch von der Zwischenform zur nächsten Zwischenform zu kommen, sind ja abermals wieder tausend(e?) von (dauerhaft vorteilhaften) Mutationen nötig. Also müssten bis heute 2 x 10 hoch 20 vorteilhafte Mutationen abgelaufen sein. Das ist eine große Zahl.

Rechnen wir weiter. In den 500 Millionen Jahren (solange soll das alles ja in etwa gedauert haben) müssten demnach etwa vorteilhafte 10.000 Mutationen in der SEKUNDE stattgefunden haben, die zudem noch gespeichert und weitergegeben wurden. Ich denke das ist ne Menge Holz. Dann müsste man ja bei jeder Beobachtung immer und sicher eine mannigfaltige Anzahl an positiven Mutationen bestaunen können. Sollte also die THEORIE voll und ganz beweisen. Leite ich mal von der Grundinformation ab. Zudem muss ja gemäß der Evolutions-Annahmen gesagt werden, dass ja bis zu einer vorteilhaften Mutation ein vielfaches an fehlgeschlagenen "Experimanten" gelegen haben muss. Also im Grunde noch viele, viele, viele mehr Mutationen. Ich benannte ja eben die VORTEILHAFTEN Mutationen. Und das alles in der SEKUNDE.

Zum einen wurde in der Fachliteratur der vergangenen Jahrzehnte anscheinend keine einzige Mutation dokumentiert, durch die eine zusätzliche und sinnvolle Information/Codierung in die DNA eingebracht worden wäre. (1), (2)

(1) Gerald R. Bergman, Darwinism and the Deterioration of the Genome,
CRSQ 42/2, September 2005, S. 110-112.
(2) Barney Maddox, Mutations: The Raw Material for Evolution?,
Acts and Facts 36/9, September 2007, S. 10-13.

Zum anderen gab es da mal einen Biologen: Gerald Bergmann. Der hat mal mit seinem Team fast 19 Millionen Publikationen nach vorteilhaften Mutationen durchsucht. Von 453.732 beschriebenen Mutationen konnten nur 186 als vorteilhaft eingestuft werden. Doch bei keiner dieser Mutationen zeigte sich eine Zunahme von Genen für neue funktionstüchtige Proteine.

Selbst der Richard Dawkins konnte auf die Frage, ob er ein Beispiel für die Veränderung eines Organismus geben könne, dem Information hinzugefügt wurde, keine Antwort geben. (3)

(3) Gillian Brown, A Response to Barry Williams, The Skeptic 18/3,
September 1998.

Wir stehen vor der Tatsache, dass auch nach über 50 Jahren intensiver Forschung kein einziges Beispiel für die Zunahme von intelligenter Information im Genom gefunden werden konnte.

In diesem Zusammenhang ist auch das Thema "Kambrische Explosion" (Geologie) sehr interessant. Denn angenommen es hätte auch vom Übergang vom gallertartigen in den knochen/panzerartigen Zustand der Lebewesen Zwischenformen gegeben, dann müssten doch auch diese vor dem Kambrium zu finden sein. Doch hier findet man ausschließlich Mikrofossilien. Erst mit dem Kambrium sind plötzlich alle Formen (komplett entwickelt) da. Sehr interessante Materie.

Doch ich mache hier mal Schluss fürs erste. Sprengt den Rahmen. Ich wollte nur mal klarer herausstellen wohin meine Fragestellung mit dieser einen Frage hinzielt. Und wie wir sehen, ist das ein ganz schön kompliziertes Schlamassel....nur bei dieser EINEN Frage. Doch es gibt noch viel mehr solcher Fragen im Evolutionsbereich, die im Endeffekt ähnlich gelagert enden...wenn man mal ganz genau hinschaut...auch im zeitlichen Rahmen, in dem das alles stattgefunden haben soll...

Stichworte:

Moderne Sedimentologie, Polystrate Fossilien, Abtragung der Kontinente, Abtragung von Flussdeltas, Flüssen (sehr berühmtes Beispiel: Niagara Fälle)....wie schnell das geht...

Aber egal...bis hier erst mal...bin müüüd

Greetz

Auch wenn die letztliche Beobachtung von Muationen sich auch durch zellinterne Kontrollmechanismen (z.B. Vernichtung fehlerhafter Codes) als schwierig erweisen, sollte man hier mehr erwarten können nach dem Stand der Technik...

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(16.06.2012) Ich warte noch auf Antwort...aber vielleicht habt ihr ja was hieb und stichfestes parat....

Grüßle

[Godek]

Ach ja. Bevor ichs vergesse und man mir Untätigkeit, Dünnhäutigkeit, Fluchtinstinkt oder sonstwas nachsagt:

Ich bin ab morgen zwei Wochen beruflich in Berlin...und schlage mir da den Abend nicht mit Foren um die Ohren...nur mal so als Info...



UND: Ja...vor meiner "missionarischen Tätigkeit" habe ich die entsprechenden Regeln gelesen. Beweis:

http://freigeisterhaus.de/viewtopic.php?t=33093&postdays=0&postorder=asc&&start=30

Grüßle

[Alchemist]

Ich hab nur den Anfang und das Ende gelesen, das war mir zu lang.

Dennoch stellen sich mir zwei Fragen:

1. Sog. Kambrische Explosion: wenn jemand schreibt "erst im Kambrium sind plötzlich alle Formen komplett entwickelt da", schrillen bei mir die Kraetionisten- Glocken. Solche Aussagen sind fast immer falsch und zeugen von Unkenntnis. Daher:
Was meint du mit dem Satz?

2. Was willst du überhaupt in diesem Thread besprechen?

[Godek]

Hallo Alchemist!

Wie soll ich mich denn mit dir versiert austauschen, wenn du den Anfang und das Ende gelesen hast, aber das was zwischendrin geschrieben wurde - vernachlässigst?

Ich zitiere aus deinem Post im Thread http://freigeisterhaus.de/viewtopic.php?t=33093&postdays=0&postorder=asc&&start=0

"Nach dem ersten Absatz habe ich aufgehört.

Pillepalle"

Sodenn gehe ich davon aus, dass das zutrifft, was ich bereits in meinem Antwortpost hier http://freigeisterhaus.de/viewtopic.php?t=33093&postdays=0&postorder=asc&&start=30

unter @Alchemist geschrieben habe....

Wenn das deine übliche Vorgehensweise ist...ok...wenn das in deinem Leben funktioniert und du damit Erfolg hast...zeig mir wie das geht!

Zudem lade ich auch beachbernie gerne zu diesem Thread ein (er hat ja auch eine ähnliche Einstellung zum erlesen von Texten [Zit. "Ich habe schon nach der Haelfte des ersten Absatzes abgebrochen."]) - hat er doch im eben schon angeführten Thread sich als Fachmann für Darwinismus angeboten...

Doch OK:

1. Als kambrische Explosion, kambrische Artenexplosion oder auch kambrische Radiation (vgl. Adaptive Radiation) wird das fast gleichzeitige, erstmalige Vorkommen von Vertretern fast aller heutigen Tierstämme in einem geologisch kurzen Zeitraum von 5 bis 10 Millionen Jahren zu Beginn des Kambriums vor etwa 543 Millionen Jahren bezeichnet. Die grundlegenden Körperbaupläne vieler mehrzelliger Tierstämme, die seitdem die Erde bevölkern, sind in Gesteinen dieser Epoche erstmals eindeutig überliefert. (http://de.wikipedia.org/wiki/Kambrische_Explosion)

2. Meine Eingangsfrage

Grüßle

[Bravopunk]

Ich weiß nicht, wie andere das machen, aber ich für meinen Teil erlese mir Texte nur dann, wenn ich (meist bereits in den ersten paar Zeilen angedeutet) darin einen für mich wertvollen Inhalt vermute bzw. vorfinden kann.

Das ist mir bisher bei deinen Texten nicht gegeben, Godek.
_________________
Das Begräbnis der Freiheit

Kaguya-hime

Kanashikute Yarikirenai

Ceterum censeo Russiam delendam esse!

[Godek]

Richtigs Bravopunk....

Der wertvolle INHALT ist das Schlüsselwort....wenn man aber bereits durch eine Einleitung aufgrund eigener Dogmen einen vermeintlichen Inhalt vermutet....und sich aufgrund der eigenen gefestigten Dogmen aber keine addierende Zusatzinformation vorstellen kann....dann sollte man sein Verhalten ändern....und den INHALT auch erlesen...

Denn danach kann man auch nur WISSEN, dass dieser Mehrwert NICHT vorhanden war...doch ohne das Lesen...gehts ja nicht...

Diese Einstellung erinnert mich an den Postbeamten, der die Briefe (früher mal) gestempelt hat - Stempel drauf...und in die Ablage...

Ich denke das hat was mit Schubladen zu tun...

Doch angeblich will doch auch hier keiner in Schubladen denken....das entnehme ich mal meiner Lesepraxis hier im Forum...hab hier schon einieges gelesen...

Ich gebe mir den Schubladen-Stempel nämlich nicht....und lese...denn dann kann ich auch was dazu sagen.

Grüßle

Ich mach mich aber mal gleich inne poofe...muss morgen um 7 raus...und dann 750 km fahren

[Bravopunk]

Hmmm... meh.
_________________
Das Begräbnis der Freiheit

Kaguya-hime

Kanashikute Yarikirenai

Ceterum censeo Russiam delendam esse!

[Tom der Dino]

Hmmmpf, ich hab alles gelesen, weiß aber immer noch nicht, was du eigentlich willst. Anstatt die anderen Poster vor mir zum Lesen zu ermuntern könntest du auch einfach schreiben, worum es dir tatsächlich geht.
_________________
Am Anfang war ......das Experiment.

[smallie]

Ich will nur kurz antworten, mein Troll-Detektor blinkt.


- Erstens fehlt mir in deiner Rechnung die Gesamtzahl aller Mutationen im betrachteten Zeitraum. Erst dann kann man das in ein Verhältnis setzen.

- Zweitens vermischst du mehrere Informationsbegriffe. Technisch gesehen enthält TTTT die gleiche Information wie ACGT, wenn man Shannon nutzt. Was du meinst ist nicht Information, sondern Bedeutung im Sinne von "was codiert eine Gensequenz".

- Drittens hängt es von der Umwelt ab, ob eine Mutation nützlich ist oder nicht. TTTT könnte heute gut, morgen schlecht sein. Nehmen wir eine hypothetische Genkombination, die Fische besonders groß werden läßt. Das könnte in der Vergangenheit nützlich gewesen sein, aktuell aber nicht.

- Viertens: manche Fischarten werden kleiner, um bestimmten Fangmethoden zu entgehen. Das ist ein klares Beispiel für gegenwärtige Veränderungen im Genom.

[Alchemist]

[smallie]

[Tom der Dino]

[fwo]

Grundsätzliche Fehler bei dieser ganzen Rechnerei, weshalb es gar nicht lohnt, damit anzufangen:

Der weitaus größte "experimentelle Bedarf" für die Entwicklung der heutigen Chromosomen dürfte dabei draufgegangen sein, die Grundzelltypen herzustellen, die die Basis-Chemie für all das haben, was heute so benutzt wird. Der experimentelle Bedarf ist dabei die zur Verfügung stehende Zeit geteilt durch einen Generationszyklus mal der Zahl der gleichzeitig lebenden Individuen. Wobei wir nicht wissen, seit wann es Individuen gibt, also seit wann die verschiedenen Versuchsküchen durch Kompartimentierung voneinander getrennt sind. Wir wissen auch nicht, wann diese Versuchsküchen überhaupt angefangen haben, weil es für die zwar Modelle, aber keinen fossilen Befund gibt, auch keinen geben kann. Wir kennen also den Zeitraum nicht, die frühesten fossilen Befunde sind mit Sicherheit viel zu spät für den echten Anfang.

Außerdem haben wir heute lang bewährte Systeme, hoch redundant und mit Sicherheitsmechanismen, die eine Kopiertreue garantieren, die es am Anfang nicht gegeben hat, zwangsläufig nicht gegeben haben kann. Ferner wissen wir nichts über die Entwicklung der Generationszeiten.

Außerdem müsste man sich bei der geschätzten Artenzahl über den zugrunde liegenden Artbegriff und die Basis dieser Schätzung unterhalten und inwiefern es sachlich sinnvoll ist, diese nette Multiplikation durchzuführen.

Wer meint, auf dieser Basis irgendetwas vorrechnen zu können, tut mir Leid, aber an seiner Therapie werde ich mich nicht beteiligen.

fwo
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Ich glaube an die Existenz der Welt in der ich lebe.

The skills you use to produce the right answer are exactly the same skills you use to evaluate the answer. Isso.

Es gibt keinen Gott. Also: Jesus war nur ein Bankert und alle Propheten hatten einfach einen an der Waffel (wenn es sie überhaupt gab).

[Silberling]

Godek, Deine Frage ist sehr interessant und wirft noch andere auf:

Wo ist denn das Referenzgenom ? Wo ist das Genom, welches frei von Mutation ist ? Ist ein Genom, welches nicht zur Mutation imstande ist, überhaupt anpassungs- und damit überlebensfähig ?

''Zum einen wurde in der Fachliteratur der vergangenen Jahrzehnte anscheinend keine einzige Mutation dokumentiert, durch die eine zusätzliche und sinnvolle Information/Codierung in die DNA eingebracht worden wäre.''

Vielleicht weil man den Wald vor Bäumen nicht sieht ... sprich: weil das Genom eine fortfließende Mutation ist.

Gruß Silberling
_________________
Mit nur 4 Begriffen lässt sich das Universum aufspannen:

Aktive Unordnung
Reaktive Unordnung
Aktive Ordnung
Reaktive Ordnung

http://www.gold-dna.de

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Hi Godek!

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