Techniklexikon

Evolution

Biophysik, 1) allgemein: Veränderung als Funktion der Zeit, Entwicklung, Folge von Ereignissen mit starker Richtungskomponente, Umwandlung, auch Höherentwicklung im Sinne der funktionellen Vervollkommnung eines Systems.

2) Physikalische Evolution bzw. kosmische Evolution: eine Systemeigenschaft weniger komplexer Systeme ohne intern gespeichertes Enwicklungsprogramm. Fundamentale physikalische bzw. chemische Gesetzmässigkeiten steuern die Entwicklung dieser Systeme zum Erreichen vorher bestimmter Endzustände (Gleichgewichtszustände). Im engeren Sinne meint die physikalische Evolution die raum-zeitliche Entwicklung eines durch partielle Differentialgleichungen und Anfangsbedingungen beschriebenen Systems, dessen Verhalten damit völlig determiniert erscheint. Erkenntnisse über das mögliche chaotische Verhalten (Chaos, Bénard-Problem), wobei geringe Veränderungen der Anfangsbedingungen zu qualitativ unterschiedlichen Evolutionsergebnissen führen können, zeigen, dass die Entwicklungsmöglichkeiten solcher Systeme umfangreicher sind als ursprünglich angenommen.

3) Biologische Evolution: umfasst (i) die Entstehung des Lebens (Leben) aus nichtlebender Materie über verschiedene Stadien hochkomplexer und informationsverarbeitender Nichtgleichgewichtssysteme mit eingespeichertem Entwicklungsprogramm (Genom) und (ii) die Veränderung des Genoms und der damit verbundenen phänotypischen Eigenschaften (z.B. der Morphologie) lebender Organismen in Zeiträumen, die grösser als die Lebenszeit einzelner Individuen (Phylogenese, Stammesgeschichte) sind. Im Gegensatz dazu bezeichnet man die Veränderungen eines Individuums im Laufe seiner Existenz als Ontogenese (Individualentwicklung).

Eine Vielzahl von biophysikalischen Problemen der Evolution harrt ihrer Lösung. Dazu gehören das Problem der fixierten Chiralität der Monomerbausteine in Biomakromolekülen, die Frage nach der Einheitlichkeit des genetischen Kodes und des genetischen Übersetzungsapparates als auch der Ähnlichkeit der Zellteilungsmechanismen. Die biologische Evolution kann in drei Phasen eingeteilt werden:

a) Die chemische Evolution führt von kleinen anorganischen Verbindungen zu Oligomeren der Bausteine der heutigen Biomakromoleküle.

b) In den Mischungen der Biomakromoleküle finden Selbstorganisationsprozesse statt. Das entsprechende theoretische Modell, der »Hyperzyklus«, welches ursprünglich von M. Eigen eingeführt wurde, beruht auf Anwendung der chemischen Kinetik auf matrizeninduzierte Replikation und Translation von Polynukleotiden. Diese Fähigkeit zur Selbstreplikation führt zu einem »Darwinismus«  auf dem Niveau von Biomakromolekülen. Darüber hinaus lassen sich obere Schranken für ein Genom ableiten, welches mit hinreichender Genauigkeit kopiert werden kann. Das Ergebnis der molekularen Selbstorganisationphase ist eine zelluläre Struktur.

c) Ausgehend von primitiven einzelligen Lebewesen entwickelt sich die gegenwärtige Biosphäre. [FE]