Wie Phosphor ins Leben kam
Biologie. Wo könnte das erste Leben entstanden sein? In Salzseen mit hohen Karbonat-Konzentrationen, meinen US-Geochemiker.
Vom „Phosphatproblem“sprechen gebildete Gärtner und Ökologen: Das Element Phosphor – meist in Form von Phosphat, dem Anion der Phosphorsäure (H3PO4) – ist ein knapper Stoff, alle Lebewesen brauchen es dringend. Denn fürs Leben wesentliche Moleküle enthalten es: Die Ketten der DNA und RNA bestehen aus Phosphat und Zucker; Phospholipide sind für Zellmembranen essenziell; und das ATP, das alle Zellen als Energieträger verwenden, enthält gleich drei Phosphatgruppen.
So muss auch im „warmen kleinen Teich“, in dem laut Charles Darwin einst das Leben entstanden sein soll, genug Phosphor gewesen sein. Und das ist ein weiteres Phosphatproblem. Denn Phosphat-Ionen (PO43–) neigen dazu, sich mit Kalzium-Ionen (Ca2+) zu Salzen zusammenzufinden und aus der wässrigen Lösung, wie die Chemiker sagen, auszufallen, womit sie für die Bildung von RNA und Konsorten nicht mehr zur Verfügung stehen.
Für dieses Problem schlagen nun die USGeochemiker Jonathan Toner und David Catling in Pnas (30. 12.) eine Lösung vor: Der Teich bzw. See müsse an Karbonaten (Salzen der Kohlensäure) reich und alkalisch sein.
Solche Seen sind etwa der Mono Lake in Kalifornien und der Lonarsee in Indien. In ihnen ist der Phosphat-Gehalt ungewöhnlich hoch, bis zu 50.000 Mal so hoch wie im Meer.
Das hat einen schlichten chemischen Grund: Bei hohen Konzentrationen an Karbonat-Ionen tun sich die Kalzium-Ionen mit diesen zum Salz Kalziumkarbonat (CaCO3) zusammen, das wir als Kalk kennen. Dadurch kann mehr Phosphat im See bleiben.
Solche karbonathältigen Seen seien auf der frühen Erde häufig gewesen, auch weil in deren Atmosphäre viel mehr CO2 war als heute (und kein Sauerstoff!), meinen Toner und Catling. Die hohen Phosphat-Konzentrationen in diesen Seen hätten dann die Entstehung jener organischen PhosphorVerbindungen begünstigt, die sich als Bausteine des Lebens erweisen sollten. Auch ein anderes Molekül, das für die Synthese solcher Bausteine – konkret Aminosäuren und Nukleinsäuren – notwendig ist, nämlich das (für heutiges Leben oft giftige) Cyanid, sei in solchen Seen genug vorhanden gewesen. Und dazu viele steinerne Oberflächen, an die frisch gebildete Molekülketten sich anheften und so dem sofortigen Zerfall entgehen konnten. Auch das ist ja eine der vielen Voraussetzungen für die – noch längst nicht geklärte – Entstehung von Leben.