Nichtlokale Quantenverbindungen zwischen lebenden Organismen und ihre Rolle in der Evolution – Firyuza Salikhovna Yanchilina

Canadian Journal of Pure and Applied Sciences, Band 12, Nr. 3, S. 4651-4659, Oktober 2018

Synopsis

Der Artikel gibt einen Überblick über die bekannten Theorien und Ideen über den Ursprung des Lebens auf der Erde. Wir schlagen vor, alle diese Theorien in zwei Klassen zu unterteilen. Zur ersten gehören Theorien und Hypothesen, die vorgeben, die phänomenale Komplexität von Lebewesen und ihren radikalen Unterschied zur unbelebten Natur zu erklären. Die zweite Klasse umfasst Theorien, die die phänomenale Komplexität der Lebewesen nicht erklären. Eines der ungewöhnlichen und komplexen Phänomene der subatomaren Welt, die Quanten-Nichtlokalität, wird analysiert. Der mögliche Einfluss dieses Phänomens auf die Synthese der ersten organischen Substanzen und später der lebenden Organismen wird untersucht. Es wird die Hypothese des Quantenursprungs des Lebens betrachtet, in der das Konzept eines vereinigten Quantenzustands eines lebenden Systems, das von nichtlokalen Verbindungen durchdrungen ist, die Hauptrolle spielt. Es wird gezeigt, dass diese Hypothese zur ersten Klasse gehört, da sie die phänomenale Komplexität der Lebewesen und ihren radikalen Unterschied zur unbelebten Natur erklärt.

Einführung

Das Problem der Entstehung des Lebens bewegt nicht nur Wissenschaftler, sondern auch wissenschaftsferne Menschen. Wie und in welcher Form sind die ersten Lebewesen entstanden? Hat ihre Evolution stattgefunden und wie hat sich diese Evolution manifestiert? Wie wird das Leben in Organismen aufrechterhalten? Auf diese Fragen gibt es noch keine endgültigen Antworten. Keine der bekannten Theorien über den Ursprung des Lebens liefert eine vollständige und umfassende Erklärung des Phänomens Leben (Schopf, 2002). Die Versuche, zu verstehen, wie Lebewesen entstanden sind, gehen jedoch weiter.

Im Oktober 2015 wurde entdeckt, dass es bereits Leben auf der Erde gab, als diese noch ein junger Vulkanplanet war. In Westaustralien wurden winzige Zirkonkörner gefunden, die sich bildeten, als die Erde erst 400 Millionen Jahre alt war. In einem der 160 Körner fanden die Forscher eine Mischung aus Kohlenstoffisotopen biologischen Ursprungs mit einem Alter von 4,1 ± 0,01 Ga. Wenn dies der Fall ist, muss die terrestrische Biosphäre etwa 300 Millionen Jahre früher entstanden sein als bisher angenommen. Diese Tatsache stützt die theoretische Behauptung, dass im Universum verschiedene Lebensformen existieren können, da sich das Leben auf unserem Planeten so schnell entwickelt haben könnte (Bell et al., 2015).

Die amerikanischen und australischen Wissenschaftler Deamerand, Van Kranendonk und Djokic glauben, dass das Leben auf der Erde nicht aus dem Meer, sondern aus heißen, oberirdischen Vulkanbecken stammt, da die Entstehung und der Zusammenbau komplexer Moleküle Energie erfordert. Befeuchtungs- und Trocknungszyklen schufen die Bedingungen für die Interaktion von Molekülen und die natürliche Auswahl (Van Kranendonk et al., 2017).

Im März 2017 beschrieben Dominic Papineau, Geochemiker am University College London, und sein Student Matthew Dodd röhrenförmige Fossilien, die in einem Aufschluss in Kanada (Quebec) gefunden wurden, der auf den Beginn der Erdgeschichte zurückgeht. Diese Formation ist ein Fragment des alten Meeresbodens der Erde. Die Fossilien, die etwa halb so breit wie ein menschliches Haar und einen halben Millimeter lang sind, befanden sich in Steinen. Sie bestehen aus Eisenoxid und könnten versteinerte Kolonien sein, die von mikrobiellen Gemeinschaften vor 4,28 Milliarden Jahren gebildet wurden (Dodd et al., 2017). Šťovíček et al. (2017) untersuchten die Reaktion der mikrobiellen Gemeinschaft auf Hydratations-Desikkations-Zyklen in Wüstenböden. Solche Informationen werden dazu beitragen, das Problem des Ursprungs des Lebens besser zu verstehen.

Indische Wissenschaftler betonen in ihrem Übersichtsartikel über den chemischen Ursprung des Lebens, dass die Abkühlung von Gestein unter dem Meeresboden durch Meerwasser eine wichtige Rolle bei der Entstehung des Lebens spielen könnte (Shaik et al., 2017). Vitas und Dobovišek (2014) schlagen die Hypothese vor, dass am Ursprung des Lebens zunächst autokatalytische Systeme beteiligt waren, die erst später genetisch vererbt wurden. Die Suche nach Beweisen für Leben auf der frühen Erde geht weiter. Solche Studien führen zu Korrekturen an den bestehenden Theorien über den Ursprung des Lebens und erfordern eine Überarbeitung der bereits bestehenden Konzepte in diesem Bereich.

Vielfalt der Theorien über den Ursprung des Lebens

Betrachten wir einige bekannte Theorien über verschiedene Szenarien der Entstehung des Lebens. Fast alle von ihnen lassen sich in zwei Klassen einteilen. Die erste Klasse umfasst Theorien, die behaupten, dass die lebende Natur aus nicht lebender Materie hervorgegangen ist; dies wird als „Abiogenese“ bezeichnet. Zur zweiten Klasse gehören Theorien, die davon ausgehen, dass lebende Materie nur aus etwas Lebendigem entstehen konnte; dafür wird der Begriff „Biogenese“ verwendet. Allerdings gibt es keine Erklärung dafür, wie dieses „frühere Lebendige“ entstanden ist.

Nach den meisten modernen Modellen ist das Leben auf unserem Planeten vor 3,8 bis 4,1 Milliarden Jahren entstanden. In dieser Zeit war die Atmosphäre der Erde anders als heute. Vielleicht war auch die Zusammensetzung der Ozeane und Süßwasserbecken ganz anders als heute. Nach Ansicht vieler Wissenschaftler waren damals alle Voraussetzungen für die Entstehung von primitivem Leben auf unserem Planeten gegeben (Voet und Voet, 2004).

Die Theorie der Spontanerzeugung

Nach dieser Theorie sind Lebewesen in der Lage, spontan aus unbelebter Materie zu entstehen. In alten chinesischen und indischen Manuskripten, ägyptischen Hieroglyphen und Keilschriften aus dem alten Babylon findet man Informationen darüber, dass verschiedene Lebewesen aus Wasser, Schlamm und verrottender Materie entstehen. Die Menschen im alten Ägypten glaubten zum Beispiel, dass Frösche, Schlangen und sogar Krokodile aus einer Schlammschicht an den Ufern des Nils nach dessen saisonalen Überschwemmungen geboren wurden. Die alten Chinesen waren überzeugt, dass Blattläuse plötzlich auf jungen Bambustrieben auftreten können. Die Menschen des Altertums glaubten, dass all diese Prozesse auf Feuchtigkeit, Wärme und Sonnenlicht zurückzuführen sind.

Auch viele Denker des Altertums hielten an der Idee der spontanen Entstehung von Leben fest. Aristoteles glaubte zum Beispiel, dass einige Materieteilchen eine innere Kraft (Entelechie) enthalten, die unter bestimmten Bedingungen einen lebenden Organismus hervorbringen kann. Ein anderer antiker griechischer Philosoph, Thales von Milet, glaubte, dass Leben eine Eigenschaft der Materie ist. Er glaubte, dass alles auf der Welt aus kleinsten Teilchen – Atomen – besteht. Seiner Auffassung nach entsteht Leben durch die Wechselwirkung zwischen den Kräften der Natur, z. B. den Atomen des Feuers und der feuchten Erde.

Später wurde die Theorie der spontanen Entstehung vielfach widerlegt. Mit dem Aufkommen des Christentums ging auch die Popularität dieser Theorie stark zurück, da sie nicht mit der Beschreibung der Erschaffung der Welt im Alten Testament übereinstimmte.

Oparin-Haldane-Theorie (Theorie der chemischen Evolution)

Die Idee der spontanen Entstehung von Leben hat in der Theorie des russischen Wissenschaftlers Oparin im Jahr 1952 eine Wiederbelebung erfahren. Diese Theorie unterscheidet sich jedoch von der Auffassung der Alten durch einen wissenschaftlicheren, konsequenteren Ansatz. Der Hauptgedanke ist die Entstehung des Lebens aus abiotischen Bestandteilen. Abiotische Komponenten sind Kohlenstoffverbindungen präbiologischen Ursprungs. Aus dieser Sicht fand die chemische Evolution der organischen Verbindungen auf Kohlenstoffbasis vor der Entstehung des Lebens statt. Diese chemische Evolution war ein notwendiges Stadium vor der Entstehung des Lebens und ging somit der biologischen Evolution voraus (Oro, 2002). Die chemische Evolution verlagerte sich allmählich auf eine qualitativ neue Ebene der biochemischen Evolution. Auch der britische Biologe John Haldane vertrat eine ähnliche Auffassung (Bryson, 2003). Er glaubte, dass die präbiotischen Meere eine heiße, verdünnte Suppe waren, in der sich lebende Organismen bildeten. Diese Verbindungen waren die Bausteine für die Entstehung der lebenden Organismen. Diese alte Meeressuppe unterschied sich erheblich von den modernen Salzmeeren.

Nach der Hypothese von Oparin könnten sich in Lösungen hochmolekularer Verbindungen spontan komplexe chemische Veränderungen ergeben. Dabei handelt es sich um die so genannte „Suppe“ aus den Kohlenwasserstoffen des primären Ozeans, der auf dem frühen Planeten existierte. Komplexere organische Verbindungen bildeten sich als Ergebnis solcher komplexen chemischen Veränderungen. Wie Oparin glaubte, war atmosphärischer Sauerstoff für solche Prozesse nicht notwendig. Im Gegenteil: Sauerstoff würde die Synthese organischer Moleküle sogar verhindern.

Der nächste Schritt war die Bildung von Koazervat-Tröpfchen, die Komplexe aus vielen organischen Molekülen darstellen und von einer wässrigen Membran umgeben sind. Diese Koazervate waren von der Umgebung getrennt, standen aber im Austausch mit ihr. So konnten sie beispielsweise Stoffe von außen aufnehmen. Wenn ein Katalysator in einem Koazervattröpfchen auftauchte, einschließlich Enzymen, konnten in ihm verschiedene Reaktionen ablaufen, einschließlich der Polymerisation von Monomeren, die von außen kamen. Durch solche Prozesse wurden Volumen und Masse des Tröpfchens vergrößert. Außerdem konnten sich die Tröpfchen in kleinere Formationen aufspalten. So wuchsen die Koazervate, vermehrten sich und es kam zu primitiven Austauschprozessen in ihnen. Koazervat-Tröpfchen nahmen an der natürlichen Selektion, d. h. am Evolutionsprozess, teil.

Die Theorie wurde 1953 durch ein Experiment der amerikanischen Wissenschaftler Stanley Miller und Harold Urey bestätigt. Ein System, bestehend aus zwei durch Schläuche verbundenen Kolben, wurde mit einem Gasgemisch aus Methan (CH₄), Ammoniak (NH₃), Wasserstoff (H₂) und Kohlenmonoxid (CO) gefüllt. Eine solche Zusammensetzung, so vermuteten die Wissenschaftler, war charakteristisch für die frühe Erdatmosphäre. Ein Kolben war zur Hälfte mit Wasser gefüllt. Der zweite Kolben wurde mit elektrischen Entladungen gespeist, die Blitze auf der frühen Erde simulierten. In dem Experiment, das eine Woche lang kontinuierlich durchgeführt wurde, wurden 10 bis 15 Prozent des Kohlenstoffs in Form von organischen Verbindungen umgewandelt: Zucker, Lipide, Nukleinsäurevorläufer. Zwei Prozent des Kohlenstoffs wurden in den Aminosäuren gefunden (Lurquin, 2003).

Trotz der „materiellen Beweise“ der Oparin-Haldane-Theorie wurde diese kritisiert. Einer der Gründe dafür war das Fehlen einer einzigen Chiralität in den Aminosäuren, die als Ergebnis des Experiments erhalten wurden. Diese Aminosäuren waren ein gleichmäßiges Gemisch von Stereoisomeren unterschiedlicher räumlicher Orientierung, was nicht typisch für Aminosäuren biologischen Ursprungs ist, bei denen nur eine Art der räumlichen Orientierung vorherrscht. Dieses Verhältnis verhindert die weitere Synthese von komplexen organischen Verbindungen. Darüber hinaus wies der amerikanische Biochemiker Shapiro (2007) darauf hin, dass die Aminosäuren im Miller-Urey-Experiment eine sehr einfache Struktur hatten und nicht mehr als drei Kohlenstoffatome enthielten, während natürliche Aminosäuren sechs oder mehr Kohlenstoffatome haben. Es ist nicht bewiesen, dass Koazervate kompliziert werden, d. h. sich weiterentwickeln können. Dennoch wird bis heute über die Möglichkeit einer spontanen Entstehung im Anfangsstadium gestritten.

Theorie des stationären Zustands

Diese Theorie wird manchmal auch als Eternismustheorie bezeichnet (vom lateinischen Wort „еternus“, das „ewig“ bedeutet). Sie wurde von dem deutschen Physiologen Preyer im Jahr 1880 aufgestellt. Nach der Theorie des stationären Zustands hat die Erde schon immer existiert. Sie hat immer Leben gehabt. Die Arten von Lebewesen sind nie entstanden, sie haben immer existiert, ohne Veränderungen unterworfen zu sein, ausgenommen unbedeutende Veränderungen. Bei jeder Art kann es entweder zu einer zahlenmäßigen Veränderung oder zum Aussterben kommen. Der russische Akademiker Wernadskij, der Autor der Biosphärentheorie, unterstützte Preyers Ansicht. Er glaubte, dass das Leben ewig ist, weil der Kosmos ewig ist. Die Hypothese eines stationären Zustands widerspricht den Daten der modernen Astronomie, wonach die Sterne eine endliche Lebensdauer haben. Diese Theorie stimmt auch nicht mit anderen wissenschaftlichen Daten überein, insbesondere nicht mit paläontologischen Daten. Daher wird sie von der modernen Wissenschaft nicht berücksichtigt und ist nur von historischem und philosophischem Interesse.

Theorie über den Ursprung des Lebens in heißem Wasser

In den 1970er Jahren äußerte der russische Wissenschaftler Mukhin (Shklovsky, 1976) seine Meinung über die Möglichkeit von Leben in der Nähe von unterseeischen Vulkanen. Der bulgarische Wissenschaftler Ignatov und der russische Wissenschaftler Mosin untersuchten die Spektren von Meerwasser und heißem Mineralwasser und kamen zu dem Schluss, dass Leben im heißen Mineralwasser entstehen könnte (Ignatov und Mosin, 2013).

Im Jahr 2011 wurden Beweise für diese Annahme in Sedimenten alter Felsen in Grönland gefunden. Eine wissenschaftliche Gruppe unter Leitung von Koonin, dem National Center for Biotechnology Information der National Library of Medicine der National Institutes of Health der USA in Bethesda, USA, gab die Möglichkeit der Entstehung von Leben in Süßwasserseen bekannt, die Dampf und heißes Wasser aus geothermischen Quellen erhalten (Koonin, 2011). Das Argument für Süßwasserseen war die Annahme, dass das Salzwasser der Ozeane weniger günstig für die Entstehung von Leben ist. Vulkanisch beheizte Süßwasserseen eignen sich dafür viel besser. Der Nobelpreisträger Jack Shostak stellte außerdem fest, dass die Ansammlung organischer Verbindungen in nicht allzu großen Seen leichter vorstellbar ist als im riesigen Ozean.

Panspermie-Theorie

Die Begründer dieser Theorie sind der deutsche Chemiker Justus von Liebig, der deutsche Arzt German Richter und der schwedische Physiker und Nobelpreisträger Svante Arrhenius. Nach dieser Theorie könnte das Leben auf der Erde aus dem Weltraum stammen (Arrhenius, 1903, 1908). So wurden beispielsweise Sporen, Samen und sogar Einzeller unter dem Druck des Lichts im Weltraum übertragen. Unter den neuen Bedingungen hatten sie sich angepasst und vermehrt. Auch die Übertragung lebender Organismen mit Meteoriten, Kometen und kosmischem Staub war möglich. Im Jahr 2004 näherte sich die automatische interplanetare Station der NASA im Rahmen der Stardust-Mission dem Kometen Uild-2 bis auf 240 Kilometer; dabei wurden Materieproben aus dem Schweif des Kometen gesammelt, in denen komplexe Kohlenwasserstoffmoleküle entdeckt wurden. Diese Moleküle könnten durchaus als Bausteine für Leben dienen. Im Jahr 2005 wurde im Rahmen des NASA-Projekts „Deep Impact“ ein 372 Kilogramm schweres Stoßmodul auf den Kometen Tempel 1 geschossen, das die Explosion einer fünf Tonnen schweren Bombe verursachte. Das Metall des Moduls ist durch die freigesetzte Energie verdampft, und auf dem Kometen hat sich ein Krater mit einem Durchmesser von 100 Metern und der Tiefe eines zehnstöckigen Gebäudes gebildet. Die Zusammensetzung der herausgezogenen Substanz wurde mit einer im Einschlagmodul installierten Kamera, einem Trägerteil der Sonde „Deep Impact“ und den beiden Weltraumteleskopen „Hubble“ und „Spitzer“ untersucht. Insbesondere wurde in der Tiefe des Kometen eine Mischung aus organischen und Tonpartikeln entdeckt. Tonpartikel könnten als Katalysator wirken, der einfache organische Stoffe in komplexere Verbindungen umwandelt.

Amerikanische Wissenschaftler der Universität von Arizona und der Universität von Kalifornien in Santa Cruz haben bei der Untersuchung des Meteoriten „CR2 Grave Nunataki 59229“, der 1995 in der Antarktis gefunden wurde, festgestellt, dass er viel Ammoniak enthält – eine Stickstoffquelle für die einfachsten Formen des Lebens. Stickstoff ist bekanntlich ein Bestandteil von Proteinen und der DNA, ohne die kein Leben möglich ist. Diese Entdeckung bestärkt die Hypothese, dass der Anstoß für die Entstehung des Lebens auf der Erde von außen kommen könnte.

Nach der Entdeckung der für Lebewesen schädlichen kosmischen Strahlung wurde die Position der Theorie der Panspermie geschwächt. Dennoch wurde nachgewiesen, dass viele Organismen und Sporen gegen Strahlung, niedrige Temperaturen und andere extreme Einflüsse resistent sind. Es gibt jedoch immer noch keine wissenschaftlichen Beweise für die Theorie der Panspermie.

1973 schlugen der Nobelpreisträger für Physiologie und Medizin Francis Harry Compton Crick und der britische Chemiker Leslie Eleazer Orgel eine etwas andere Theorie der kontrollierten Panspermie vor, derzufolge Mikroorganismen durch ein Raumschiff einer außerirdischen Zivilisation auf die Erde gekommen waren (Crick, 1981). Der Grund dafür könnte eine globale Katastrophe auf ihrem Heimatplaneten und der Wunsch sein, Leben zu retten. Nach einer anderen Version erfolgte ein solcher Transfer im Hinblick auf eine künftige Kolonisierung, für die es notwendig war, mit Hilfe dieser Mikroorganismen ein vorbereitendes Terraforming durchzuführen (d. h. die Schaffung der erforderlichen klimatischen und ökologischen Bedingungen auf einem neuen Planeten). Die Gegner der Panspermie-Theorie weisen darauf hin, dass diese Theorie die Frage nach dem Ursprung des Lebens nicht löst, da unklar ist, wie es sich auf anderen Planeten gebildet hat (Thomas et al., 2006).

Kreationismus

Dabei handelt es sich um theologische Konzepte, vor allem der abrahamitischen Religionen, nach denen die Erde, die Welt als Ganzes und auch das Leben auf unserem Planeten, einschließlich des Menschen, von Gott erschaffen wurden. Im Judentum, Christentum und Islam wird das Dogma des Alten Testaments (der Pentateuch des Moses) verwendet, eine Beschreibung der Schöpfung der Welt. Der Kreationismus wurde von der wissenschaftlichen Welt nicht akzeptiert, da es an Beweisen mangelte.

Nicht alle bestehenden Religionen erklären den Ursprung der Welt und des Lebens. Im Buddhismus zum Beispiel erscheinen die Welten ständig, verändern sich, brechen zusammen und verschwinden wieder, so dass ein endloser Kreislauf entsteht. Dem Buddha zufolge ist der Wunsch, über solche Dinge Bescheid zu wissen, Zeitverschwendung, da das Ziel des Lebens eines Menschen darin besteht, frei von Leiden zu sein (Bodhi, 1978).

Darwins Theorie der Evolution

Dies ist eine der populärsten Theorien über das Leben auf der Erde. Nach dieser Theorie wurden alle Lebewesen auf diesem Planeten von niemandem erschaffen; sie entstanden auf natürliche Weise durch die Gesetze der Natur.

Darwin glaubte, dass das Leben in einem warmen kleinen Teich mit allen notwendigen Stoffen und Wärme begann. Nach und nach entstanden Eiweißverbindungen. Organische Formen hatten sich langsam verändert, d. h. sie hatten sich in Anpassung an die Bedingungen der Umwelt entwickelt. Vererbung, Variabilität und die ständig stattfindende natürliche Auslese, die man auch als Kampf ums Dasein bezeichnen kann, stehen im Mittelpunkt der Umwandlung der Arten. Die natürliche Auslese erfolgt durch die komplexe Interaktion von Lebewesen untereinander und mit der Umwelt. Das Ergebnis einer solchen Evolution ist die Anpassung der Lebewesen an ihre Lebensbedingungen und die Vielfalt der Arten in der Natur. Darwins Ideen inspirierten Wissenschaftler zu aktiver Forschung auf dem Gebiet der Ökologie und Genetik und trugen auch zur Entwicklung des Atheismus bei.

Moderne Ideen über den Ursprung des Lebens

Eines der Hauptprobleme, das die modernen Wissenschaftler beschäftigt, ist die Frage, was primär war – Proteine oder genetischer Code. Je nach dem werden zwei Ansätze unterschieden: Genobiose und Holobiose. Die Genobiose impliziert den Vorrang des molekularen Systems mit den Eigenschaften des primären genetischen Codes. Holobiose basiert auf der Idee des Primats von Strukturen mit den Eigenschaften des elementaren Stoffwechsels mit Hilfe von Enzymen.

Hypothese der RNA-Welt

Es gibt eine Version, derzufolge die ersten Lebewesen RNA-Organismen waren, ohne Proteine und DNA. Das heißt, die RNA-Welt war möglich, sie ist ein hypothetisches Stadium in der Entstehung des Lebens, als das Leben auf der frühen Erde nur aus Ribonukleinsäuren bestand, die genetische Informationen speicherten und unabhängig an den Replikationsprozessen ohne die Beteiligung von Proteinen teilnahmen.

Der amerikanische Mikrobiologe Karl Woese hat die Idee der RNA-Welt erstmals 1968 geäußert (Woese, 1967). Danach entwickelte sie der britische Chemiker Leslie Orgel 1968 und schließlich formulierte der amerikanische Wissenschaftler und Nobelpreisträger Walter Gilbert diese Idee 1986 (Gilbert, 1986). Danach war aus den RNA-Verbänden, die durch eine Membran von der äußeren Umgebung getrennt waren, ein modernes DNA/RNA-Protein-Leben entstanden.

Doch wie waren die ersten RNAs entstanden? Als Variante wird die Möglichkeit des Auftretens von RNA-ähnlichen Ketten durch Evolution aus polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen vorgeschlagen.

Die Welt der polyaromatischen Kohlenwasserstoffe ist eine hypothetische Stufe der chemischen Evolution, in der polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe in der „Primärseife“ der frühen Erde zur Synthese von RNA-Molekülen führten. Simon Nicholas Platts hat diese Hypothese erstmals im Mai 2004 aufgestellt. Eine Gruppe von Wissenschaftlern hat im Jahr 2006 eine vollständigere, weiterentwickelte Idee veröffentlicht (Ehrenfreund et al., 2006).

Zwei Klassen von Theorien über den Ursprung des Lebens

Wie bereits erwähnt, erklärt keine der bestehenden Theorien das Wesen des Lebens und die Ursache für seine Entstehung. Sie erklären nicht, warum sich lebende Organismen grundlegend von unbelebten Objekten unterscheiden. In diesem Zusammenhang schlage ich vor, alle Theorien und Hypothesen über den Ursprung des Lebens in zwei Klassen zu unterteilen. Die erste Klasse umfasst Hypothesen, die versuchen, die phänomenale Komplexität der Lebewesen, ihren radikalen Unterschied zur unbelebten Natur zu erklären. Die zweite Klasse umfasst Theorien und Hypothesen, die sich nur auf die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte des Lebens beziehen und nicht vorgeben, die phänomenale Komplexität der Lebewesen zu beschreiben.

Nur diese Theorie der Entstehung des Lebens kann eine Lösung des Problems vorgeben, die das Phänomen der Komplexität und der ständigen Verkomplizierung des Lebens auf der Erde erklärt. Das Fehlen einer solchen Erklärung führt dazu, dass die Menschen und sogar die wissenschaftlichen Forscher weiterhin an den Schöpfer glauben, der alle Dinge erschaffen hat. Dadurch gerät das wissenschaftliche Verständnis des Themas in eine Sackgasse.

In dieser Abhandlung wird die Hypothese über den Ursprung des Lebens betrachtet, in der versucht wird, die Komplexität der Lebewesen aufzudecken, und die der Hypothese der ersten Klasse zugerechnet werden kann. Diese Hypothese untersucht die Quantenprozesse, die sich überall abspielen und unsere Welt durchdringen. Möglicherweise spielten sie die entscheidende Rolle im Prozess der Entstehung des Lebens und seiner Evolution. Der Autor hat die Hypothese der Entstehung des Bewusstseins in (Yanchilina, 2018) betrachtet.

Bevor ich zur Quantenhypothese über den Ursprung des Lebens übergehe, möchte ich ein wenig über das „unlogische“ Phänomen der Quantenwelt erzählen. Die jüngste Arbeit von Gisin (2015) behandelt die lange Geschichte der Nichtlokalität in der Wissenschaft und konzentriert sich auf die Errungenschaften der letzten Jahre. Gisin erwähnt, dass Newton, der Schöpfer der universellen Gravitationstheorie, mit seiner Theorie nicht zufrieden war, weil sie folgende Unannehmlichkeit mit sich brachte: Ein sich bewegender Stein auf der Mondoberfläche verändert sofort das Gewicht eines Menschen auf der Erde. Dies ist also ein Beispiel für die klassische Newtonsche Nichtlokalität. In Ermangelung einer alternativen Theorie blieb die Wissenschaft ungefähr bis 1915 nichtlokal, als Einstein seine Spezielle Relativitätstheorie entwickelte, die aufgrund der Begrenzung der Lichtgeschwindigkeit für Signale die Lokalität in die Wissenschaft einführte. Doch bereits 10 Jahre später, nämlich 1925, wurde die Quantenmechanik entwickelt, die die Quanten-Nichtlokalität einführte, da Informationen (Signale) sofort zwischen zwei Quantenteilchen übertragen werden können, die sich in astronomischer Entfernung voneinander befinden. Heute wird festgestellt, dass die Mehrheit der wissenschaftlichen Gemeinschaft die Quanten-Nichtlokalität bereits akzeptiert. Die jüngste Theorie von Zakharenko (2016, 2017) kann jedoch die Minderheit der wissenschaftlichen Gemeinschaft in Richtung der klassischen Lokalität in der Wissenschaft unterstützen. Zakharenko (2018) erörtert, dass Signale mit einer Geschwindigkeit von dreizehn Ordnungen schneller als die Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum übertragen werden können, was für die sofortige interplanetarische Kommunikation genutzt werden kann.

Quanten-Nichtlokalität: Einsteins „Gespenstische Wirkung in der Ferne“

Neben der „Quanten-Nichtlokalität“ gibt es auch den Begriff „Quantenverschränkung“. Beide Begriffe bezeichnen das gleiche Phänomen, jedoch mit unterschiedlichen Aspekten. Quantenverschränkung bezeichnet ein quantenmechanisches Phänomen, bei dem die Quantenzustände von zwei oder mehr Teilchen miteinander verbunden sind und durch eine gemeinsame Wellenfunktion mit nicht trennbaren Variablen beschrieben werden. Die Wellengleichung für eine solche Menge von Teilchen beschreibt einen zusammenhängenden Zustand und lässt sich nicht auf die Summe der Wellengleichungen der einzelnen Teilchen reduzieren. Das bedeutet, dass eine Messung (Messung in der Quantenmechanik bedeutet Wechselwirkung mit einem klassischen Objekt), die an einem Teilchen vorgenommen wird, eine sofortige Wirkung auf alle anderen Teilchen hat, die sich in großer Entfernung befinden können. Eine solche sofortige Wirkung in einer Entfernung wird als Quanten-Nichtlokalität oder einfach Nichtlokalität bezeichnet. Diese Effekte wurden erstmals im Einstein-Podolsky-Rosen-Gedankenexperiment diskutiert (Shimony, 1988; Horgan, 1992). Mit diesem Experiment versuchte Einstein, Bohr davon zu überzeugen, dass die Quantenmechanik entweder unvollständig oder nichtlokal ist. Einstein glaubte nicht an die Möglichkeit eines solch fast mystischen Phänomens wie der Nichtlokalität und betrachtete die Quantenmechanik daher nicht als vollständige Theorie. Das Phänomen der Nichtlokalität und das Einstein-Podolsky-Rosen-Experiment werden in der Monografie (Yanchilin, 2010) ausführlich behandelt.

Später wurden zahlreiche Experimente durchgeführt, um die Polarisation von Photonenpaaren gemeinsamen Ursprungs zu messen. Diese Experimente zeigten, dass es im Verhalten von Quantenentitäten tatsächlich eine Nichtlokalität gibt. Die Messung der Polarisation eines Photons veränderte den Zustand eines anderen Photons augenblicklich. Das zweite Photon ging nämlich von einem Zustand mit unbestimmter Polarisation augenblicklich in einen Zustand mit einer bestimmten Polarisation über. Nach und nach wurden die Experimente immer genauer, und der Abstand zwischen den Quanteneinheiten vergrößerte sich. Im Jahr 2008 haben Schweizer Wissenschaftler der Universität Genf ein Experiment mit zwei Strömen verschränkter Photonen durchgeführt, die 18 Kilometer voneinander entfernt waren (Salart et al., 2008). Diesem Experiment zufolge fand die nichtlokale Wechselwirkung zwischen Quanten mit einer Geschwindigkeit von mindestens dem 100.000-fachen der Lichtgeschwindigkeit statt. Es ist zu betonen, dass die nichtlokale Wechselwirkung gemäß der Quantenmechanik augenblicklich stattfindet. Forscher des Österreichischen Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation haben ein Experiment durchgeführt, bei dem miteinander verbundene Photonen durch 144 Kilometer getrennt waren, und zwar zwischen Labors auf den Inseln Palma und Teneriffa (Scheidl et al., 2010). Die Existenz der Nichtlokalität und Quantenverschränkung in unserer Welt bei Entfernungen von mehr als 100 Kilometern wurde in diesem Experiment bestätigt.

Es stellte sich heraus, dass sich die Teilchen in großer Entfernung voneinander „spüren“. Messungen, die an einem einzelnen Photon durchgeführt werden, verändern sofort den Zustand des anderen. Nach der Quantenmechanik ist dies darauf zurückzuführen, dass Quanteneinheiten, die durch nichtlokale Bindungen miteinander verbunden sind, ein einziges Ganzes bilden und auf äußere Einflüsse als ein einziges Ganzes reagieren.

Es wurde auch bewiesen, dass nicht nur „schwerelose“ Photonen, sondern auch Teilchen, die eine Masse haben, die Eigenschaft der Nichtlokalität aufweisen. Im Jahr 2010 bestätigte ein internationales Team von Wissenschaftlern aus Frankreich, Deutschland und Spanien die Existenz verschränkter Quantenzustände von Elektronen in einem festen Supraleiter aus Kohlenstoff-Nanoröhren (Herrmann et al., 2010). Im Jahr 2011 haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik einen Zustand der Quantenverschränkung zwischen einem einzelnen Rubidium-Atom und einem Bose-Einstein-Kondensat im Abstand von 30 Metern erzeugt (Lettner et al., 2011). Im Jahr 2015 führte eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Ronald Hanson von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden ein Experiment durch, bei dem zwei Elektronen, die auf dem Campus der Universität Delft 1,3 Kilometer voneinander entfernt waren, eine nichtlokale Beziehung aufwiesen und Einsteins „spukhafte Wirkung in der Ferne“ erneut bestätigt wurde (Hensen, 2015). Die Nichtlokalität (Quantenverschränkung) existiert also wirklich und wurde in zahlreichen Experimenten nachgewiesen.

Unter Berücksichtigung des ungewöhnlichen Quantenphänomens der Nichtlokalität kann untersucht werden, wie die Nichtlokalität die Prozesse beeinflussen kann, die in der fernen Vergangenheit stattfanden und zur Entwicklung der Zivilisation führten. Wir werden die Hypothese des Quantenursprungs des Lebens untersuchen.

Quantenhypothese über den Ursprung des Lebens

Man kann sagen, dass eine Quantenbewegung viel komplexer und vielfältiger ist als eine klassische Bewegung. Betrachten wir dies am Beispiel der Quantenbewegung eines Elektrons. Das Elektron bewegt sich in Form einer Elektronenwolke, d. h. eines Wellenpakets. Während der Weg dieses Teilchens frei ist, vergrößert es sich in seiner Bewegung ständig. Angenommen, ein Teilchen stößt auf ein Hindernis. Es kann verschiedene Szenarien für sein weiteres Verhalten geben. Die erste Möglichkeit: Ein Wellenpaket eines Teilchens kann an einem Hindernis (Makro-Objekt) abprallen und seine Bewegung fortsetzen, allerdings in eine andere Richtung. Die zweite Möglichkeit: Das Wellenpaket kann kollabieren und das Elektron wird zu einem Punkt. Die dritte Möglichkeit: Das Elektron wird in zwei (oder mehr) Wellenpakete aufgespalten. Diese geteilten Wellenpakete bewegen sich in unterschiedliche Richtungen. Das Interessanteste daran ist, dass das Elektron an einem Hindernis abprallen und es gleichzeitig von beiden Seiten umfahren kann.

So wird das Wellenpaket des Elektrons nach dem Auftreffen auf ein Hindernis in zwei (oder mehr) Pakete aufgeteilt. In diesem Fall haben wir also nicht zwei Elektronen. Wir werden ein einziges Elektron haben. Dieses Teilchen besteht dann aus zwei räumlich getrennten Teilen. Getrennte Wellenpakete können weiter in Teile geteilt werden. In diesem Fall besteht ein Elektron nicht mehr aus zwei Teilen, sondern z. B. aus vier oder mehr Teilen.

Als Beispiel können wir uns an die Hantelform des p-Elektrons in einem Atom erinnern. Das Elektron besteht sozusagen aus zwei Teilen, d.h. aus zwei Hantelhälften. Es sind aber keine zwei Elektronen, denn das einzelne Elektron mit Welleneigenschaften befindet sich gleichzeitig in zwei Hantelhälften.

Bei der Bewegung breiten sich die Wellenpakete aus. Auch ihre Form ändert sich. Nach einer Weile wird ein Elektron (wenn es nicht zu einem Punkt kollabiert) in Form einer riesigen Anzahl von Wellenpaketen unterschiedlicher Größe und bizarrer Formen existieren.

Diese Wellenpakete können sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in verschiedene Richtungen bewegen. Bei der Wechselwirkung von Wellenpaketen mit Makro-Objekten können einige der Wellenpakete nicht nur ihre Form ändern. Sie können auch kollabieren und schließlich verschwinden. In diesem Fall wird nicht ein Wellenpaket als Teil eines geteilten Elektrons, das aus einer großen Anzahl von Wellenpaketen besteht, verschwinden. Die gesamte Vielfalt der Elektronenwellenpakete wird verschwinden. Diese Vielfalt wird zu einem Punkt an der Stelle, an der eine Kollision eines Wellenpakets eines Elektrons mit einem Makro-Objekt stattgefunden hat. Dies ist ein Beispiel für den berühmten Quantensprung. So kann ein einzelnes sich bewegendes Elektron aufgrund seiner Quanteneigenschaften ein sehr komplexes Objekt sein, das sich ständig in der Zeit verändert.

Betrachtet man eine Vielzahl von Quanteneinheiten, die durch nichtlokale Bindungen miteinander verbunden sind, ergibt sich ein unglaublich komplexes Bewegungsmuster, dessen Komplexität mit der Zeit exponentiell zunimmt, da neue nichtlokale Bindungen entstehen. Unter normalen Bedingungen interagieren Quantenentitäten ständig mit klassischen Objekten. Manchmal kommt es zum Zusammenbruch ihrer Quantenzustände, und fast alle in diesem System enthaltenen Informationen gehen verloren.

Lebewesen speichern eine Menge Informationen in sich selbst. Es ist logisch anzunehmen, dass diese Information in einem sehr komplexen Quantenzustand der Elementarteilchen, aus denen Lebewesen bestehen, gespeichert werden kann. Der Quantenzustand eines einzelnen Elementarteilchens kann sehr komplex sein und immense Mengen an Informationen enthalten. Der Quantenzustand eines lebenden Organismus, der aus einer riesigen Anzahl von Elementarteilchen besteht, ist unvergleichlich komplizierter.

Jedes Lebewesen unterscheidet sich stark von unbelebter Materie. Auf den ersten Blick bestehen sowohl lebende als auch unbelebte Objekte aus identischen Elementarteilchen – Protonen, Neutronen und Elektronen. Dennoch ist der Unterschied zwischen Lebewesen und unbelebten Dingen kardinal. Um diesen Unterschied zu erklären, stellte der russische Physiker Wassili Jantschilin die Hypothese auf, dass sich die Elementarteilchen, aus denen ein lebender Organismus besteht, in einem sehr komplexen Quantenzustand befinden. So kann beispielsweise ein Elementarteilchen, das in einen lebenden Organismus fällt, in eine Vielzahl von Wellenpaketen aufgeteilt werden, die sich dann in einem lebenden Organismus bewegen und ein einziges Ganzes bilden. Er schlug vor, dass ein Teil der Elementarteilchen eines lebenden Organismus nicht an bestimmten Stellen dieses Organismus lokalisiert ist, sondern sich in Form von Wellenpaketen im gesamten Organismus bewegt. Wir können sagen, dass ein lebender Organismus aus sehr komplexen Prozessen zwischen Quanteneinheiten besteht, die durch nichtlokale Verbindungen verbunden sind. Die äußere Hülle eines Organismus schützt diese Prozesse vor der Außenwelt, so dass die Quantenzustände komplizierter werden können (Yanchilin, 2008).

Nach dieser Hypothese befanden sich in der frühesten Phase der Entstehung komplexer organischer Verbindungen alle in einem vereinigten Quantenzustand, d. h. in nichtlokaler Wechselwirkung untereinander. Diesen Zustand mit Quantenverschränkung nennen wir die Quanten-Biomasse oder einfach Biomasse. Aufgrund des vereinigten Quantenzustands wurden die Prozesse, die in den komplexen molekularen Formationen, die sich innerhalb der Biomasse bildeten, abliefen, von der gesamten Biomasse bestimmt. Die Biomasse als ein einziges Gebilde beeinflusste ihre eigenen Teile dank nichtlokaler Bindungen und förderte so das Wachstum komplexer molekularer Gebilde in sich selbst. Der Einfluss eines komplexen Quantenzustands der Biomasse auf ihre Teile führte dazu, dass diese Teile wuchsen und komplizierter wurden. Dies wiederum führte zu einer Verkomplizierung der gesamten Biomasse. Als Ergebnis dieser positiven Rückkopplung innerhalb der Biomasse bildeten sich komplexe molekulare Gebilde.

Der komplexe Quantenzustand der molekularen Strukturen spiegelte fast ihre gesamte Entwicklung wider, die viele hundert Millionen Jahre dauerte. Die Atome und Moleküle, aus denen diese Strukturen bestanden, befanden sich in einem einzigen Quantenzustand mit allen anderen Atomen und Molekülen der Biomasse.

Je komplexer die Biomasse wurde, desto mehr trennte sie sich vom Rest der Welt. Dies führte dazu, dass auch die molekularen Gebilde in ihr immer komplexer wurden und sich zunehmend voneinander trennten. Ihre Entwicklung wiederholte bis zu einem gewissen Grad die Entwicklung der gesamten Biomasse. Auf der Quantenebene war die Biomasse jedoch weiterhin ein einziges Ganzes. Schließlich geschah das Folgende. Die Biomasse war in sich selbst räumlich in viele Teile geteilt – einzellige Gebilde, Vorfahren der modernen Bakterien. Doch trotz einer solchen räumlichen Aufteilung waren alle Teile der Biomasse auf der Quantenebene weiterhin ein einziges Ganzes.

Dies ist die Art und Weise, wie die ersten Lebewesen auf der Erde erschienen sind. Aus dieser Sicht sind alle Lebewesen durch nichtlokale Bindungen auf der Quantenebene miteinander verbunden. Die unglaubliche Komplexität des Verhaltens und der Struktur von Lebewesen ist darauf zurückzuführen, dass sie einen sehr komplexen Quantenzustand haben, der im Laufe von Milliarden von Jahren immer komplizierter wurde (Yanchilin, 2008).

Die Einheit aller Lebewesen auf der Quantenebene erklärt die Instinkte. Dabei handelt es sich um eine Art Anpassungsmechanismus für Situationen, die sich im Laufe der Evolution der Biomasse viele Male wiederholt haben. Das richtige Verhalten der Bestandteile der Biomasse war für die Erhaltung und Entwicklung der Lebewesen am günstigsten. So wurde ein bestimmtes Verhalten (Instinkt) in der „Datenbank“ der Biomasse auf der Quantenebene gespeichert.

Zusätzliche Fragen

Kann ein Mensch ohne Biomasse leben? Nehmen wir an, Astronauten fliegen irgendwo weit weg von der Erde. Zu diesem Zeitpunkt hat sich auf der Erde eine Katastrophe ereignet und alle Lebewesen sind gestorben. Dies wird wahrscheinlich zum Tod der Astronauten führen, auch wenn sie weit von ihrem Heimatplaneten entfernt sind. Dies ist eine Folge der Quanten-Nichtlokalität, wenn etwas, das in einem Teil eines quantengebundenen Systems geschieht, in allen anderen Teilen des Systems reflektiert wird. Alle Teile und Elemente der Biomasse sind durch nichtlokale Bindungen miteinander verbunden. Die Astronauten als Teil der Biomasse sind ebenfalls durch nichtlokale Bindungen mit ihr verbunden.

Können wir den komplexen Quantenzustand der Biomasse oder zumindest einiger ihrer Teile mathematisch beschreiben: lebende Organismen oder zumindest gewöhnliche Moleküle? Die Quantenmechanik ist eine komplexe Wissenschaft, die selbst für Wissenschaftler schwer zu verstehen ist. Sie arbeitet mit Wahrscheinlichkeitsfunktionen. Es ist nicht möglich, auch nur den einfachsten Zustand eines organischen Moleküls zu beschreiben, insbesondere im Zusammenhang mit Biomasse. Für die Zukunft ist dies jedoch nicht ausgeschlossen. Die Gesetze der Quantenmechanik werden zunehmend in Technik und Wissenschaft genutzt. Es entstehen Quantencomputer, die auf dem Phänomen der Quantenverschränkung basieren. Die Quantencomputer der Zukunft werden in der Lage sein, unglaubliche Berechnungen durchzuführen, einschließlich der Berechnung der wahrscheinlichen Quantenzustände von Lebewesen und sogar der gesamten Biomasse.

Wann hat sich das Leben auf das Festland verlagert? Auch dies geschah schrittweise. Veränderliche äußere Bedingungen, einschließlich geologischer Bedingungen, haben die Biomasse verändert. Sie wurde immer komplizierter und passte sich den äußeren Bedingungen an. Auch die Lebewesen der Biomasse passten sich an die neuen Bedingungen an. Ein Teil von ihnen war im Ozean geblieben, ein anderer Teil, der sich auf dem Land befand, begann sich zu verändern und komplizierter zu werden, indem er diese äußeren Veränderungen berücksichtigte. Infolgedessen zerfiel die Biomasse nicht in Teile, die nach den Kriterien von Wasser und Land geordnet waren. Sie war weiterhin ein einziges Ganzes. Die Teile, die sich in unterschiedlichen Umgebungen (Wasser und Land) befanden, entwickelten sich jedoch weiter, und zwar in leicht unterschiedliche Richtungen.

Zusammenfassung

Lebende Organismen unterscheiden sich grundlegend von unbelebten Objekten. Sie können geboren werden, sterben, sich entwickeln, sich ernähren, sich bewegen, um ihre Existenz kämpfen. Sie haben Instinkte und Reflexe. Keine der bisherigen Theorien über den Ursprung des Lebens erklärt diese einzigartigen Eigenschaften und Möglichkeiten von Lebewesen. Die Hypothese des Quantenursprungs des Lebens erklärt all diese Phänomene mit Hilfe eines vereinten Quantenzustands der Biomasse, in dem die gesamte Entwicklungsgeschichte der Biomasse und ihrer Lebewesen gespeichert ist.

Die Verbindung eines jeden Organismus mit der Biomasse verleiht einem Lebewesen Vitalität und ermöglicht ihm, das Wissen aus der „Datenbank“ der Biomasse zu nutzen, das durch einen komplexen vereinigten Quantenzustand ausgedrückt wird. Die Abtrennung eines Lebewesens von der Biomasse kann zu schwerer Krankheit oder zum Tod führen. Deshalb können alle Lebewesen leben und sich entwickeln, wenn sie in ständiger und direkter Verbindung mit allen anderen Lebewesen stehen. Durch die Entwicklung eines quantennichtlokalen Ansatzes für das Phänomen der Entstehung und Entwicklung des Lebens werden wir in der Lage sein, viele Fragen der Biologie, Biophysik, Biochemie und Astrobiologie zu beantworten, die bisher ungeklärt blieben.

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