Forschung zur Ursuppe des Lebens
Das Kohlendioxid ist dabei von entscheidender Bedeutung.
(RP) Wo und wie entstand das Leben auf unserem blauen Planeten? „In der Erdkruste!“, behaupten der Geologe Prof. Dr. Ulrich Schreiber, der Physikochemiker Prof. Dr. Christian Mayer und der Chemiker Prof. Dr. Oliver Schmitz von der Universität Duisburg-Essen (UDE). Ihre Forschungsergebnisse, die sie in Zusammenarbeit mit Geowissenschaftlern der Universität Heidelberg (Arbeitsgruppe Prof. Dr. Frank Keppler und Prof. Dr. Heinfried Schöler) erzielten, kann man nun im Fachmagazin PLOS ONE* nachlesen.
Was auf der jungen Erde los war, erzählen die Steine aus dieser Zeit: mehrere Milliarden Jahre alte australische Quarzminerale aus hydrothermalen Störungszonen. In ihnen sind flüssige Einschlüsse verborgen, in denen die Produkte der damaligen organisch-chemischen Reaktionen erhalten geblieben sind. Prof. Christian Mayer: „Umgangssprachlich könnte man sagen, wir haben so etwas wie Konservendosen mit der Ursuppe des Lebens gefunden.“Das Forscherteam nimmt an, dass sich schon vor der Bildung der lebensnotwendigen Ausgangsstoffe, wie etwa Eiweiße, Kohlenhydrate oder Lipide, eine organische Chemie mit ersten Zellen entwickelt hat. Sie sind die Vorläufer des Lebens, das den Planeten seit mehr als 3,5 Milliarden Jahren verändert hat.
„Die Vielfalt der organischen Stoffe und der Zustand der winzigen Flüssigkeitseinschlüsse liefern uns wertvolle Informationen über den Prozess in der Erdkruste. Sie wurden während der Kristallbildung eingeschlossen und konserviert, so ähnlich wie wir es von Bernstein kennen“, berichtet Prof. Ulrich Schreiber. Was sich dort im frühen Erdzeitalter genau abgespielt haben könnte, wollen die Wissenschaftler nun anhand der identifizierten Moleküle experimentell erkunden.
Die kontinentale Erdkruste bietet optimale Verhältnisse für die Entstehung einfacher Zellen: Voraussetzung sind tiefreichende tektonische Störungszonen, die bis zum Erdmantel reichen. Von hier aus steigen Wasser, Kohlendioxid und andere Gase auf, die alle erforderlichen Stoffe für die Bildung organisch-chemischer Moleküle enthalten. Chemische Reaktionen finden während des gesamten Aufstiegs in kleinen Kavernen statt.
Von entscheidender Bedeutung ist das Kohlendioxid, das unterhalb einer Tiefe von ca. 800 Metern in einem besonderen Zustand vorliegt. Es ist unter den dort herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen überkritisch und wirkt wie ein organisches Lösungsmittel. Außerdem bildet es Grenzflächen zum Wasser aus, die die Entwicklung einer Doppelschicht-Membran ermöglichen – dem wichtigsten Strukturelement der biologischen Zelle.
Neu ist, so Prof. Mayer, dass das UDE-Modell den Entstehungsprozess umfassend beschreibt und mehrere Probleme löst: die Molekülherkunft, die Aufkonzentrierung, die Energieversorgung und die Membranbildung. „Im Labor ließen sich bereits grundlegende Schritte auf dem Weg zu einer Zelle nachweisen: Sei es erste zellähnliche Strukturen oder die Entstehung komplexer Moleküle wie Proteine und Enzyme“, so Prof. Oliver Schmitz.