Chemische Ursprüngewie die Rohstoffe des Lebens entstanden

Die Rohstoffe des Lebens entstanden vor 4 bis 3,8 Milliarden Jahren Schritt für Schritt durch chemische Reaktionen. Zuerst kamen Aminosäuren, die Bausteine der Proteine. Dann Nukleotide, und die Buchstaben der Vererbung wurden buchstabiert. Lipidmembranen grenzten ein „Innen“ und ein „Außen“ ab. Dann kam die RNA-Welt, in der ein Molekül zugleich Information speichert und Reaktionen katalysiert. Schließlich lernten Moleküle, sich selbst zu kopieren, und eine Membran umschloss das Kopiersystem zu einer Protozelle.

Wie das Leben begann, ist noch eine offene wissenschaftliche Frage. Jeder der folgenden Schritte ist eine Erklärung, die Forscher durch Experiment und Überlegung vorgeschlagen haben, keine endgültig geklärte Geschichte.

Sechs Schritte

• Aminosäuren (Miller–Urey): Die Bausteine der Proteine entstehen.
• Vor 4 Milliarden Jahren · Nukleotide: Die Buchstaben der Vererbung werden buchstabiert.
• Vor 3,9 Milliarden Jahren · Lipidmembranen: Öltröpfchen grenzen ein „Innen“ und ein „Außen“ ab.
• Vor 3,9 Milliarden Jahren · RNA-Welt: Ein Molekül speichert zugleich Information und katalysiert Reaktionen.
• Vor 3,85 Milliarden Jahren · Selbstreplikation: Moleküle lernen, sich selbst zu kopieren.
• Vor 3,8 Milliarden Jahren · Protozellen: Eine Membran umschließt das replizierende System.

Stell dir die sechs Schritte wie den Bau eines Hauses vor. Zuerst bekommst du die Ziegel (Aminosäuren), dann die Striche zum Schreiben (Nukleotide), dann ziehst du Wände hoch (Lipidmembranen). Dann dient etwas im Haus zugleich als Anleitung und als Werkzeug (RNA), es lernt, sich selbst zu fotokopieren, und schließlich umschließen die Wände das ganze System.

Können sich die Rohstoffe von selbst bilden?

Ein Doktorand schloss Wasser, Methan, Ammoniak und Wasserstoff in einen Kolben ein und ließ ununterbrochen elektrische Funken hindurchschlagen. Er erhielt die Aminosäuren, aus denen Proteine bestehen (Miller, Science, 1953). Die Rohstoffe könnten auch aus dem All stammen: Im Murchison-Meteoriten fanden sich Aminosäuren außerirdischen Ursprungs, die Bausteine des Lebens sind im Universum also vielleicht verbreitet (Kvenvolden et al., Nature, 1970).

Nukleotide galten einst unter Urbedingungen als sehr schwer herstellbar. Später fand man einen „natürlicheren“ chemischen Weg, der die Bestandteile der RNA direkt unter Urbedingungen synthetisiert (Powner, Gerland und Sutherland, Nature, 2009).

Warum RNA zugleich Information und Werkzeug ist

RNA kann Reaktionen wie ein Enzym katalysieren, also ist RNA zugleich Information und Werkzeug. Diese Entdeckung gewann 1989 den Nobelpreis (Kruger, Cech et al., Cell, 1982). Ein anderes Team fand unabhängig, dass der Teil eines Enzyms, der tatsächlich katalysiert, RNA ist und kein Protein (Guerrier-Takada, Altman et al., Cell, 1983). Darauf aufbauend wurde vorgeschlagen, dass das früheste Leben ganz aus RNA bestanden haben könnte, DNA und Proteine kamen später dazu (Gilbert, Nature, 1986).

Spätere Belege kamen hinzu. Der Kern des Ribosoms, das Proteine herstellt, ist RNA, ein direktes Überbleibsel der RNA-Welt, und die Arbeit gewann 2009 den Nobelpreis (Nissen et al., Science, 2000). Zwei RNA-Enzyme kopierten einander, und ihre Zahl wuchs immer weiter exponentiell, ein Schritt näher an „molekularem Leben“ (Lincoln und Joyce, Science, 2009).

Wo es geschah

Um Tiefsee-Hydrothermalquellen gibt es Ökosysteme, die nicht vom Sonnenlicht abhängen, und das gab dem Ursprung des Lebens einen neuen Kandidatenort (Corliss et al., Science, 1979). Der Aufsatz handelt von unterseeischen heißen Quellen am Galápagos-Graben. Das Wort hier ist „Kandidat“: Er bietet eine Möglichkeit, nicht die einzige Antwort.

Die Originale lesen? Such nach diesen Titeln

• Miller (1953): A production of amino acids under possible primitive earth conditions
• Kvenvolden et al. (1970): Evidence for extraterrestrial amino-acids and hydrocarbons in the Murchison meteorite
• Powner et al. (2009): Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions
• Kruger, Cech et al. (1982): Self-splicing RNA: autoexcision and autocyclization of the ribosomal RNA intervening sequence of Tetrahymena
• Guerrier-Takada, Altman et al. (1983): The RNA moiety of ribonuclease P is the catalytic subunit of the enzyme
• Gilbert (1986): Origin of life: The RNA world
• Nissen et al. (2000): The structural basis of ribosome activity in peptide bond synthesis
• Lincoln und Joyce (2009): Self-sustained replication of an RNA enzyme
• Corliss et al. (1979): Submarine thermal springs on the Galápagos Rift

So zeigt es das Spiel

Im Spiel hat die Ära Chemischer Ursprung die Ressource organische Moleküle, und ihre Generatoren sind Hydrothermalquellen, Blitzsynthese, Meteoritenlieferung und Tonkatalyse. Hinweise auf Hydrothermalquellen und Meteoritenlieferung finden sich beide in der obigen Forschung. Welche in Wirklichkeit die Hauptquelle war, wird in der Wissenschaft noch diskutiert.