Als das Leben vor vier Milliarden Jahren auf der Erde Fuß fasste, konnte es auf drei Rohstoffe zurückgreifen: Luft, Wasser und Gestein. Jetzt mehren sich die Hinweise, dass gerade den „toten“ Mineralien dabei die entscheidende Rolle zukam.

Minerale haben am Beginn des Lebens vermutlich viele der Funktionen bei der Lenkung und Beschleunigung von Stoffwechselvorgängen ausgeübt, die später die Enzyme übernommen haben. Das gilt speziell dann, wenn die ersten Organismen an heißen Quellen tief im Meer, sogenannten „vulkanisch-hydrothermalen Strömungskanälen“, entstanden sind.

Claudia Huber und Wolfgang Eisenreich vom Lehrstuhl für Biochemie der TU München haben jetzt in Laborversuchen erstmals Mechanismen entdeckt, mit denen wenige Biomoleküle in solchen Schloten (= Vents) lawinenartig neue Produkte erzeugen und so einen selbst-expandierenden Stoffwechsel in Gang setzen. Darüber berichten sie im Magazin „Chemistry – A European Journal“.

Die Vents sind Risse in der Erdkruste, aus denen Wasser strömt, das Vulkangase enthält und mit verschiedenen Mineralien in Kontakt tritt. Diese bildeten durch Katalyse aus den Vulkangasen die ersten Aminosäuren, lautet die These der beiden Münchner Forscher.

Der Urstoffwechsel

Wie ein Dominostein, der eine Reaktionslawine nach sich zieht, regten die ersten Biomoleküle dann sowohl ihre eigene Vervielfältigung als auch die Produktion ganz neuer Biomoleküle an.

1988 hatte Günter Wächtershäuser an der Universität Regensburg den Mechanismus des sich selbst erzeugenden Urstoffwechsels theoretisch entwickelt, nun gelang der Laborbeweis. Die Hauptrolle kommt dabei dem aus Nickel, Kobalt oder Eisen bestehenden Metall-Katalysator zu. Die aus den Vulkangasen entstehenden Ur-Biomoleküle greifen an seinem Zentrum an und ermöglichen so unter Sauerstoffabschluss weitere chemische Reaktionen, in denen Tochtermoleküle geschaffen werden.

Zugute kommen ihnen dabei die natürlichen Eigenschaften von Gesteinen. Viele besitzen winzige Kammern in ihrem Gefüge. In den Hohlräumen können sich wichtige Stoffe wie in einem Mini-Reaktor anreichern und, abgeschottet von der Umgebung, die Selbstorganisationsprozesse in Gang setzen, die das Leben benötigt.

Zugleich bieten die Mineraloberflächen ein Gerüst, auf dem – etwa entlang stufenartiger Versetzungen – einfache organische Moleküle sich dicht nebeneinander anlagern und dann leicht zu komplexeren Gebilden zusammenschließen können. So werden aus Aminosäuren kleine Proteine (=Peptide).

Huber und Eisenreich hatten in ihren Versuchen die Bedingungen in den Untersee-Schloten nachgeahmt. In ihrem wässrig-metallorganischen System entstanden verschiedene Biomoleküle, darunter die Aminosäuren Glycin und Alanin. Nickelverbindungen erwiesen sich als wirkungsvollster Katalysator.

Das Glycin und Alanin führten die Forscher dann einem weiteren System zu, das wiederum zwei neue Biomoleküle herstellte. Die beiden ersten Aminosäuren erhöhten dabei die Produktivität des zweiten Systems um das Fünffache.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Entstehung und Evolution von Leben im heißen Wasser vulkanischer Schlote praktisch möglich ist. In den Schloten ändern sich Temperatur, Druck und pH-Wert entlang des Strömungswegs und bieten so ein graduelles Spektrum von Bedingungen, das allen Stadien der frühen Evolution zuträglich ist – bis hin zur Entstehung der Erbsubstanz RNA und DNA.

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1 Kommentar

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Die Forschungsergebnisse an sich... · von Foxfire3000 (143) · 28.01.2012 18:57 Uhr

...sind sicher interessant, doch wie passen die Ergebnisse und deren enthusiastische Interpretation zusammen?

"In ihrem wässrig-metallorganischen System entstanden verschiedene Biomoleküle, darunter die Aminosäuren Glycin und Alanin."

Soweit kam Stanley Miller auch, Jahrzehnte später hat er eingeräumt, dass sich die Lösung vom Rätsel vom Ursprung des Lebens schwieriger erwiesen habe als er oder irgendein anderer es sich vorgestellt hätten.

"Die Ergebnisse zeigen, dass die Entstehung und Evolution von Leben im heißen Wasser vulkanischer Schlote praktisch möglich ist."

Die Experimente haben laut obiger Beschreibung - sofern sie überhaupt realistische natürliche Bedingungen wiederspiegeln und nicht nur die Kunstfertigkeit der Experimentatoren bezeugen - nichts produziert was dem Leben in seiner komplexen Organisation oder auch nur seinen Bestandteilen (z.B. funktionale Makromoleküle) irgendwie nahe käme.

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