Könnte komplexes, makroskopisches Leben ohne Zellen entstehen und existieren?

Lassen Sie mich mit einem obligatorischen Hinweis auf einen der großen Science-Fiction-Weltenbauer beginnen: Hal Clement. In Needle war der Alien-Besucher eine Hard-SF-Version des klassischen „Blobs“. Es wurde erklärt, dass es nicht vom Leben abstammt, indem es Zellen verwendet, sondern von Viren oder so etwas.

Beachten Sie, dass die Forschung mit „zellfreien“ Kulturen arbeitet, bei denen es sich im Grunde um den Dreck aus einer großen Anzahl von Zellen handelt, aber ohne Wände, die ihn in kleine Kompartimente zerschneiden. (Leider zeigt Google keine populären Artikel, die das erklären; nur wissenschaftliche Arbeiten , die sie verwenden , und Produkte, die darauf abzielen, sie zu erhalten.)

Einige „Kompartimente“ in der Natur sind nicht mikroskopisch. Schauen Sie sich insbesondere Algen an.

Valonia ventricosa , eine Algenart mit einem Durchmesser von typischerweise 1 bis 4 Zentimetern (0,39 bis 1,57 Zoll), gehört zu den größten einzelligen Arten

Sie haben jedoch nach Komplex gefragt .

Eukaryotenzellen können Merkmale wie Zilla und innere Organellen haben, indem sie die Zelle mit mehr inneren Membranen auftauchen. Eine Zelle, die in einer Dimension groß ist, wie eine Muskelzelle oder ein Nerv, kann mehrere Kerne haben.

Was ist also der Unterschied zwischen einer großen Zelle und einer Ansammlung von Zellen? Vielleicht ist die Unterscheidung weniger klar, wenn sich die Inhalte leichter zwischen ihnen bewegen können und Partitionen kommen und gehen können. Aber es wird immer noch wie Multizellen sein, weil es keinen einzigen Kern haben könnte, der alles kontrolliert. Es hätte immer noch ein hohes Maß an Einheitlichkeit, selbst wenn die Grenzen fließend sind.

nigel222 weist darauf hin, dass ein plasmodialer Schleimpilz genau das ist: eine einzelne Membran ohne Wände. Diese Superzelle ist biologisch als Synctium oder Coenozyt bekannt (je nachdem, wie sie sich gebildet hat) und ist im Wesentlichen ein Beutel mit Zytoplasma, der Tausende von Kernen enthält. Folgen Sie den Links zu diesen Begriffen, um mehr über Ihr Interessengebiet zu erfahren.

Sie können sich das wöchentliche SETI-Kolloquium über Machtgesetze, vorhersagbare Evolution und die Grenzen des Lebens ansehen . Auf einer Folie zeigt er, dass „die Dinge sich ändern“, wenn Grenzen erreicht sind, und ein höheres Maß an Organisation erforderlich ist, um Fortschritte zu erzielen. Dies schließt die Grenze zwischen einfachen beutelartigen Zellen und solchen mit komplexer innerer Organisation ein, und wieder mit den größten von diesen und vielzelligem Leben.

Ab einer bestimmten Größe müssen also Grenzen überwunden werden. Könnte die Natur einen anderen Weg finden? Vielzelliges Leben war eine einfache Lösung, da sich Zellen sowieso teilen: Einfach bleiben und in größerem Maße kooperieren. Aber wenn Sie verstehen, was die Probleme mit dem Wachstum und der Selbsterhaltung in Bezug auf Energie und Ressourcen sind, finden Sie vielleicht eine Idee, um eine andere Lösung zu inspirieren, die in einer guten SF-Geschichte plausibel sein kann.

Ohne dass zu irgendeinem Zeitpunkt Zellen entstehen, fragen Sie? Ich glaube nicht. Was würde das ganze Zeug zusammenhalten, und warum ist das keine Zelle? Es wird angenommen, dass die Aufrechterhaltung eines Fachs, um all das Zeug zusammenzuhalten, ein wesentlicher Ausgangspunkt für wahres Leben ist, das aus Protolife entsteht, aber das könnte nur unsere begrenzte Vorstellungskraft sein. Was meinst du überhaupt damit, überhaupt keine Zellen zu haben?

Was wäre, wenn sich der Grundbaustein einer fremden Lebensform auf der Außenseite seiner Grundstruktur statt auf der Innenseite entwickelt ?

Zellen verwenden Membranen, um all das „Zeug“ aufzunehmen, das in ihnen herumschwimmt, aber Proteine ​​können an der Außenseite von zweidimensionalen Oberflächen „haften“ und sich unter Umständen entlang dieser Oberflächen bewegen. Dies könnte tatsächlich ein ebenso effizientes Mittel sein, Leben zu initiieren; weniger Bewegungsfreiheit, aber weil sie an eine 2-D-Oberfläche gebunden sind, haben sie eine größere Wahrscheinlichkeit, dass Proteine ​​kollidieren, interagieren und neue exotische Strukturen bilden.

Sie könnten mit einer Welt enden, in der die Grundkomponenten des Lebens im Vergleich zu Zellen „von innen nach außen“ sind, die wie Proteinfäden oder -netze geformt sind, anstatt wie eingeschlossene Kleckse. Alle Proteine ​​würden sich entlang dieser Fäden bewegen, anstatt in einem flüssigen Medium herumzuschwimmen.

Das Leben auf einer solchen Welt würde wahrscheinlich ganz, ganz anders aussehen und sich verhalten. Alles Leben auf der Erde funktioniert nach der Grundannahme, eine Barriere gegen die Außenwelt zu bilden. Das Leben auf dieser fremden Welt könnte eher dazu neigen, Verbindungen zu anderen Organismen einzugehen, anstatt sie fernzuhalten, und könnte sich schließlich zu einem einzigen planetenumspannenden Organismus entwickeln.

Es kann von der Bedeutung von "makroskopisch" abhängen.

Da die Eigenschaften mikroskopisch kleiner Organismen weitgehend vom Druck und mechanischen Widerstand der Zellmembran abhängen, ist es möglich, sehr große Organismen mit einzelligen Eigenschaften zu finden, wenn Sie den richtigen Druck oder das richtige Material für eine Zellmembran finden (siehe die Algen in JDlugosz Antwort ).

Wenn Sie große einzellige Organismen lange Zeit sich entwickeln lassen, können sie eine gewisse Komplexität entwickeln, indem sie Organellen oder andere Strukturen innerhalb der Zelle entwickeln. Das kann tun, was Sie wollen / brauchen.

Wenn Sie einen Gasriesen nehmen (eine Hochdruckumgebung, in der einige Gase in der richtigen Höhe als nahezu fest gelten), finden Sie möglicherweise den perfekten Ort, an dem sich komplexes einzelliges Leben entwickeln kann.

Wenn ein solch komplexes einzelliges Leben aus seiner Umgebung genommen wird und es schafft zu überleben (z. B. von einer außerirdischen Spezies von seinem Gasriesen auf einen felsigen Hochdruckplaneten transportiert zu werden), können sie durch Kontakt mit einer besser zu handhabenden Umgebung sogar Empfindungsfähigkeit entwickeln ( nicht nur aus fast festem Gas).

Ich hoffe das hilft. ;)

Nehmen wir den Vorschlag, dass sich Organellen / Strukturen an der Außenseite einer "Mebrane" entwickeln, wie oben erwähnt, in eine etwas andere Richtung, was ist mit einer Lebensform, in der sich Kerne anheften und entlang von Fasern oder ähnlichen inneren Strukturen bewegen, und vielleicht könnten sich diese Strukturen später weiterentwickeln? auf Funktionen einer Art Skelett oder gar eines Muskels?

Stellen Sie sich eine Lebensform wie den Schleimpilz oben vor, wo sie eine Reihe von Fasern enthält und wenn sie sich einer Art Hindernis, Feind oder Nahrungsquelle nähert, kann sie Kerne oder sogar mitochondrienähnliche Organellen in Richtung dieser "Begegnung" "transportieren". um zu verarbeiten, (chemisch) zu bekämpfen oder zu verdauen, was ihm begegnet. Sobald dies geschehen ist, können die Organellen oder Kerne (oder welche Struktur auch immer hypothetisch möglich ist) an andere Orte bewegt oder einfach gemäß einer osmoseähnlichen Regulierung gleichmäßig verteilt werden.

Das Problem bei solchen inneren Fasern oder Strukturen ist natürlich, dass sie die Plastizität des Organismus einschränken würden, sodass sie möglicherweise eine feste Form annehmen müssten. Sie könnten entweder damit arbeiten, sie wie einen Baum wachsen lassen, mit festen Ästen usw., oder Sie könnten argumentieren, dass selbst diese skelettartigen Fasern je nach Bedarf gespleißt und / oder wieder zusammengesetzt werden können.

Der gesamte Organismus wäre je nach seiner evolutionären Nische von einer Membran oder Wand umgeben.

Natürlich mag das alles unglaublich unwahrscheinlich sein, aber es erscheint mir zumindest plausibel.

Vielleicht. Sie können sich einen Planeten vorstellen, der mit einer alkalischen und nicht sauren Umgebung begann, insbesondere alkalisch von der mineralischen Art, nicht von der Ammoniakart. Amine und Imine sind nicht sehr stabil, wenn sie mit einer Base behandelt werden, und es ist sicher, dass quartäre Amine oder das Cholin, das erdähnliche Zellmembranen bildet, nicht in der Lage sein werden, in solchen Umgebungen synthetisiert zu werden, geschweige denn, sich auf natürliche Weise zu bilden. Was Sie dann erhalten, ist ein Planet, der in einer RNA-Welt steckte, in der Zucker verfügbarer ist als Fette oder Kohlenwasserstoffe.

Welches Leben auch immer Sie bekommen, es wird zusammengesetzte RNA oder Proteine ​​sein, die starre, atomar perfekte Strukturen bilden, die eher Viren als Zellen, Kristallen statt Fleisch ähneln. DNA-Origami ist heute ein nützlicher Ansatz für die Nanotechnologie, und ich sehe das sicherlich nicht, wenn lebende Organismen nicht daraus konstruiert werden können. Protein bindet Nukleinsäuren, daher erhalten Sie all die verschiedenen Effektorwerkzeuge, Ribosomen bestehen aus RNA, die Protein oder DNA leicht bindet.

Bauen Sie ein Gerüst aus verflochtener RNA oder Proteinen (RNA ähnelt sehr der DNA), das sich wiederholende oder kristalline Strukturen bildet, dann erhalten Sie eine Nanofabrik. Das kann möglicherweise Kopien von sich selbst erstellen. DNA kann DNA herstellen, RNA kann RNA herstellen und RNA kann Proteine ​​herstellen, daher besteht die Mindestanforderung für das Leben wirklich nur darin, das zentrale Dogma am Laufen zu halten.

Wir fügen dann eine Form von Nanoassemblierung hinzu, die in allen lebenden Organismen sehr verbreitet ist (Flagellenmotor in Mikroben oder Kernporenassemblierung), dann erhalten wir einfach einen multipartikulären viralen „Organismus“, der genauso gut funktioniert wie die Zellen auf Erde, ist nicht besser. Schließlich basieren alle bekannten Funktionen des Zellmembrantransports auf Proteinen, mit Ausnahme der Diffusion einiger weniger Gase oder unerwünschter Toxine.

Daher können wir eine Substitution mit (auf solche Aufgaben) spezialisierten Proteinen nicht ausschließen. Die Evolution eines solchen Lebens, wenn es sich überhaupt entwickelt, würde wahrscheinlich in Geoden oder Rissen stattfinden, wo Konzentrationsunterschiede den Kristallisationsprozess antreiben und die ersten kristallinen „Partikel“ bilden, die zum Baustein aller anderen, höheren Lebensformen werden würden.

Interessanterweise haben solche RNA-basierten Lebensformen eine viel höhere Chance, sich individuell größer zu entwickeln, als ein Analogon oder das zu bilden, was wir "vielzellige Organismen" nennen. Es ist wahrscheinlicher, dass auf Uhrwerken basierende Berechnungen höherer Ordnung oder "Verstand" vorhanden sind, im Gegensatz zu den elektrochemischen Prozessen, aus denen Tiergehirne bestehen. (Sie können lästige Fehler vermeiden, wenn Ihre Fertigung atomar perfekt ist und daher überhaupt keinen Platz für Fehler hat).

Erwarten Sie, auf solchen Planeten viele "Tick Tok" -Kreaturen zu sehen. Außerdem werden Ribozyme nicht für ihre Fähigkeit geschätzt, Energie zu erzeugen, also erwarten Sie, die Thermodynamik als vorherrschende Umgehung zu sehen, komplett mit allen natürlich entwickelten Dampfmaschinen (als Ersatz für die Photosynthese) und vielen riesigen Analoga von Enzymen oder anderen Biomolekülen. (Möchte jemand einen mechanischen Dinosaurier, der mit Dampf läuft, oder einen vollwertigen, empfindungsfähigen Roboter aus Kunststoff?) Sie können daraus eine Steampunk/Clockpunk- oder makromolekulare Welt oder einen Ort für Ihre potenziellen Protagonisten machen, sogar komplett mit Dingen wie einem Molekularschwert oder rein mechanische Halterungen zu entdecken.

Es hängt alles vom Grad der Komplexität ab, der in eurer einzelligen Lebensform erforderlich ist.

Wie bereits erwähnt, haben wir bereits "riesige" (mehrere Zentimeter oder mehr) einzellige Lebewesen.

In unserer Evolutionslinie ist die Zellmembran ein wesentlicher Bestandteil jedes komplexen Organismus, da sie auf mehrere wesentliche Funktionen spezialisiert ist (z. B.: Signalübertragung, Pinozytose, aktiver Transport usw.), die in einer einzelnen Zelle schwer vorstellbar sind.

Mit zunehmender Größe und Komplexität entsteht ein Bedarf an spezialisierten Mitteln, um "Materialien" durch den Organismus zu transportieren und zu verarbeiten. In unserer Evolutionslinie wird dies erreicht, indem Zellen spezialisiert werden, um Blutgefäße, Darm, Lunge, Nieren usw. zu bilden. In einem einzelligen Körper müssten all diese Funktionen irgendwie von inneren Organellen ausgeführt werden, was möglich sein mag, aber sicherlich nicht einfach oder wahrscheinlich ist . Es wäre auch fraglich, ob diese „Megazelle“, die in Tausende von Abschnitten unterteilt ist, die jeweils einer Funktion gewidmet sind, wirklich als eine einzige Zelle betrachtet werden kann.

Im Allgemeinen ist eine einzelne Zelle so, weil sie eine einzige Kopie des genetischen Codes hat (Syncytien werden nicht als einzelne Zelle betrachtet, sondern als mehrere Zellen ohne Trennmembran, da sie mehrere Kerne haben); Es ist nicht leicht zu verstehen, wie eine einzige Kopie ausreichen könnte, wenn Dimensionen und Komplexität wachsen.