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Astronomie+Physik

Neue Rezepte für die Ursuppe

Wie entstanden die ersten Lebewesen? Nachdem in einem Meteoriten mögliche Spuren von Leben auf dem Mars entdeckt wurden, streiten sich die Experten, aus welchen chemischen Elementen die ersten Organismen hervorgegangen sind.

Es war tot, jedenfalls nach dem herkömmlichen Verständnis von Leben und Tod. Doch dann geschah das Unerwartete: Im Labor des Whitehead Institute for Biomedical Research im amerikanischen Cambridge kam plötzlich Leben auf. Das künstlich zusammengebaute Molekül verhielt sich geradezu wie etwas Lebendes: Es entwickelte Fähigkeiten, anderen Molekülen Befehle zu erteilen. Mehr noch: Es konnte sich vermehren. Seine Ableger, alle nach dem gleichen Muster gestrickt, eroberten alsbald neues Territorium im Reagenzglas. Hat das Leben auf der jungfräulichen Erde vor mehreren Milliarden Jahren mit solchen überaus talentierten RNA-Molekülen begonnen?

Einen neuen Stein im Mosaik der Evolutionstheorien fügte nun der Cambridger Biochemiker David Bartel mit seiner speziellen RNA-Sorte hinzu. Die von ihm synthetisierte RNA war in der Lage, die Vervielfältigung anderer RNA-Moleküle mit einer hohen Genauigkeit katalytisch zu steuern. Die dabei verwendeten chemischen Bausteine entsprachen erstmals den in der Zelle verfügbaren Substanzen.

Die Studie hat sofort die Gegner der „RNA-Welt“-Hypothese auf den Plan gerufen. Für sie kommen – trotz des spektakulären Ergebnisses – nur die katalytisch wirksameren und chemisch einfacher aufgebauten Proteine als Ur-Moleküle in Frage. Ihr Argument: Neue Untersuchungen mit dem Hefe-Protein GCN4 haben erstmals gezeigt, daß Proteine sich ebenfalls ohne fremde Hilfe vermehren können.

Unterdessen hat der Paläobiologe Prof. William Schopf von der University of California in Los Angeles handfeste Indizien für den Ursprung des Lebens gefunden. Er entdeckte an der australischen Küste die bisher ältesten Relikte: Elf verschiedene Arten versteinerter Mikroorganismen, die den heutigen Cyanobakterien sehr ähneln, ruhen dort seit rund 3,5 Milliarden Jahren zwischen zwei Felsschichten. Die ersten Geschöpfe besiedelten unseren Planeten demnach bereits schon eine Milliarde Jahre nach seiner Geburt.

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Gesteinsfunde aus Grönland deuten darauf hin, daß die Ur-Lebewesen sogar noch ein paar Hundertmillionen Jahre früher auftauchten. Älter als 3,9 Milliarden Jahre können sie jedoch nicht sein: Zu dieser Zeit bombardierten gigantische Meteoriten regeläßlig den Erdball und hätten jeden Keim von Leben sofort vernichtet. Der Meteoriten-Hagel könnte aber auch biologische Rohstoffe auf die nackte Erde gebracht haben. Das bekannteste Indiz für diese These sind die in Rissen und Spalten des Mars-Meteoriten „ALH 84001“ gefundenen organischen Moleküle, sogenannte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK).

Auch die Anfänge der chemischen Evolution auf der Erde beschäftigen Forscher rund um den Erdball. So auch den Chemiker Stanley Miller von der University of Chicago: Im vergangenen Sommer ist es ihm gelungen, mit seinem vor 43 Jahren berühmt gewordenen Ur-Suppen-Gebräu auch die fehlenden RNA-Bausteine Cytosin und Uracil herzustellen. Nach seinem Modell soll eine hohe Konzentration von Harnstoff, der sich in austrocknenden flachen Tümpeln der Erdoberfläche angereichert hatte, die Reaktionskette in Gang gebracht haben.

Aus Analysen der ältesten Gesteine geht jedoch hervor, daß dicke Wolken aus Methan und Ammoniak in der Ur-Atmosphäre nicht vorkommen konnten. Die dampfende und brodelnde „Miller“-Suppe, die permanent von Blitzen traktiert wurde, ist von vielen Forschern ad acta gelegt: Vor Jahrmilliarden muß die Atmosphäre vielmehr aus Kohlendioxid, Wasserdampf und Stickstoff bestanden haben.

„Das Leben ist niemals in einer Ur-Suppe entstanden“, betont denn auch der Münchener Chemiker und Patentanwalt Prof. Günter Wächtershäuser. Nach seiner Ansicht hat das Leben mit einer einfachen „Batterie“ begonnen, die einstmals Energie aus der Reaktion von Eisensulfid mit Schwefelwasserstoff zu Wasserstoff und Pyrit gewann. Weil dabei eine positiv geladene Pyritoberfläche entsteht, kann ein negativ geladenes Molekül – etwa Bernsteinsäure – dort andocken. ähnlich wie beim reduktiven Zitronensäurezyklus der Archaebakterien könnte bei einem solchen Mechanismus ebenfalls Kohlendioxid aufgenommen und in mehreren Schritten erste Stoffwechselprodukte hergestellt werden.

Daß die präbiotischen Bausteine nicht wild in der Ur-Suppe paddelten, sondern vielmehr an einer festen Oberfläche hafteten, dafür spricht auch eine US-Studie des Rensselaer Polytechnic Institute in Troy: Mit dem in der Natur weit verbreiteten Ton-Mineral Montmorillonit haben die Forscher vor kurzem DNA-ähnliche Molekülstränge im Labor hergestellt.

Einen anderen Weg auf der Suche nach dem Ursprung des Lebens schlugen Forscher der ETH Zürich ein. Die Arbeitsgruppe um Prof. Pier Luigi Luisi hat erstmals Fettsäurebläschen, sogenannte Liposomen, im Labor kreiert, die sich vermehren können. Im Inneren der Liposomen war RNA eingeschlossen, die sich dort vervielfältigt hatte.

Wenn sich an solche Zell-Membranen vor Jahrmilliarden Proteine als Katalysatoren angelagert hätten, so die Überlegung der Züricher Forscher, könnten sich neue Bio-Moleküle gebildet haben. Auch das Nobel-Komitee in Stockholm hat erkannt, daß viele Forscher ihr Ur-Süppchen kochen: Im kommenden April plant es deshalb einen Disput über präbiotische Rezepte.

Barbara Reye
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