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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Automaten auf den Spuren der DNA |
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| | | US-Forscher haben einen Automaten entwickelt, der auf den Spuren der DNA wandelt. Wie das Erbmolekül stellt auch der Roboter Kopien seiner selbst her, indem er einzelne Bauteile zu Ketten mit vorgegebener Abfolge vereinigt. |
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Das Modell soll in Zukunft miniaturisiert werden und in technischen Systemen zur Anwendung kommen, berichtet ein Team um Saul Griffith vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge.
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Die Studie "Self-replication from random parts" von S. Griffith et al. erschien im Fachjournal "Nature" (Band 437, S. 636; doi: 10.1038/437636a). |
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 Zur Studie |
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Selbstvermehrung - Spezialität der Lebewesen |
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Fragt man nach den Eigenschaften, die Lebewesen auszeichnen, wird oft an erster Stelle die Fähigkeit zur Selbstvermehrung genannt. Damit ist zwar Leben noch nicht erschöpfend definiert, aber es ist - neben einem hohen Ordnungsgrad, Stoffwechsel, Wachstum, Entwicklung, Mutabilität u.a. - zumindest eine besonders wichtige Eigenschaft.
Der Kern der Selbstvermehrung ist bereits in der Struktur der Erbmoleküle angelegt: Von der Doppelhelix werden im Zuge der Zellteilung Abschriften hergestellt, indem sich Nukleotide an das Erbmolekül anlagern und zu einem komplementären Strang vereinigen.
Enzyme bessern etwaige Fehler bei diesem Vorgang aus, so dass eine mehr oder weniger exakte Kopie an die nächste Generation weitergegeben wird. Die restlichen Teile der Zelle wie Plasma oder Membran werden nicht im strengen Sinn kopiert, aber zumindest indirekt - über den Stoffwechsel - vervielfältigt.
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Auch Holzklötze können es - prinzipiell |
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Das Ganze basiert bekanntlich auf den chemischen Eigenschaften organischer Moleküle, aber daran ist nichts Besonderes: Im Prinzip könnte man so einen Prozess auch mit ganz anderen Bauteilen ablaufen lassen.
Ein frühes Beispiel dafür wurde vom britischen Genetiker und Mathematiker Lionel Sharples Penrose gemeinsam mit seinem Sohn (und späteren Nobelpreisträger) Roger Penrose im Jahr 1957 vorgestellt.
Sie entwickelten ein mechanisches Modell bestehend aus Holzklötzen, die ihre Anordnung an andere, frei verfügbare Klötze weitergeben und sich (bzw. ihre Anordnung) daher in rudimentärer Form vermehren.
Die von einer an die nächste Generation weitergegebene Information ist in diesem Modell mit zwei bit ohne Zweifel mager, aber schließlich geht es dabei auch nur ums Prinzip.
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Die Studie "A Self-reproducing Analogue" von L. S. Penrose & R. Penrose erschien im Fachblatt "Nature" (Band 179, S. 1183). |
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Zum Reprint des Artikels |
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Roboter mit Ordnungsliebe |
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Mittlerweile hat man auch komplexere Maschinen entworfen, die zur Vermehrung fähig sind. So wurde im Mai dieses Jahres von US-Forschern ein Würfel-Roboter vorgestellt, der sich selbständig fortpflanzt.
Kleiner Schönheitsfehler dieses Entwurfs: Der Roboter agiert nicht völlig autonom, sondern muss seine Bauteile gewissermaßen am Silbertablett (d.h. vorgeordnet) serviert bekommen.
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Neues Modell: Bauteile bewegen sich zufällig |
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Das ist bei dem Modell, das nun Forscher des Massachusetts Institute of Technology in Cambridge vorgestellt haben, nicht nötig. Das Team um Saul Griffith konstruierte ein Set von programmierbaren, elektromechanischen Bauteilen, die mittels Luftströmungen in ungerichteter Bewegung gehalten werden.
Die Bauteile können sich aneinander lagern und Ketten bilden oder wieder trennen. Welche der beiden Alternativen passiert, hängt davon ab, welche Paarungsregeln zuvor programmiert wurden.
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"Erbinformation": 5 bit
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Damit können die Forscher verschiedene Bauteile in allen möglichen Anordnungen vermehren, wie etwa die oben dargestellte 5-bit-Folge grün-grün-gelb-gelb-grün.
Von künstlichem Leben ist man freilich auch mit diesem Modell meilenweit entfernt, aber die Stoßrichtung der US-Forscher ist ohnehin einen andere: Griffith und Kollegen hoffen, dass man dieses Modell so weit verkleinern könnte, sodass es für mikrotechnische Anwendungen interessant wird.
Robert Czepel, science.ORF.at, 28.9.05
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01.01.2010 |
