Heiße Quellen: Die Geburtsstätte ersten Lebens?

Der Anfang allen Lebens war Chemie. Bevor sich Pflanzen, Tiere und schließlich der Mensch entwickeln konnten, entstanden die organischen Moleküle einer Zelle. Nun ergründen Forscher, wie sich im Ur-Ozean die komplexesten Moleküle der Natur – die Proteine – bilden konnten, ohne die kein Leben auf unserem Planeten existieren würde.

Die Erde vor vier Milliarden Jahren ist lebensfeindlich: Permanent schlagen Asteroide auf dem Planeten ein und lassen das Urmeer brodeln. Vulkane schleudern Gase und heiße Gesteinsbrocken in die Atmosphäre. Nur eine hauchdünne Schicht trennt das Magma im Erdinneren vom Ozeanwasser. Wie konnte unter diesen unwirtlichen Bedingungen Leben entstehen? Die Wissenschaftler Michael Russel von der University of Glasgow und William Martin von der Universität Düsseldorf nehmen an, dass eigenartige Schlote auf dem Meeresboden, so genannte Black Smoker, die Geburtsstätte allen Lebens sind.

An diesen hydrothermalen Quellen dringt Ozeanwasser tief in die Erdkruste ein, erhitzt sich und nimmt zahlreiche Gase auf – darunter Ammoniak, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff. Trifft diese ätzende bis zu 400 Grad heiße Flüssigkeit wieder auf kühleres Meerwasser, verbindet sich der Schwefelwasserstoff mit Metallen, die im Ozean gelöst sind. Es entstehen dunkle Metall-Schwefelverbindungen, die als "Rauchfahnen" aus den Kaminen austreten. An deren Ränder bilden sich – unter Ausschluss von Sauerstoff – klitzekleine Bläschen, die von einer dünnen Haut aus Eisensulfid umgeben sind.

Diese Haut trennt – nach der Hypothese der Forscher – zwei sehr unterschiedliche Umgebungen: Im Inneren der Blasen befindet sich ein Chemiecocktail, der etwa 100 Grad heiß ist. Draußen fließt zirka 30 Grad warmes, kohlendioxidreiches Wasser vorbei. Durch ein elektrochemisches Ungleichgewicht zwischen Außen und Innen entsteht die nötige Energie, die die Entstehung der ersten organischen Moleküle ermöglicht haben könnte. Zu diesen zählten vermutlich Essigsäure und Thioester, Verbindung aus Schwefel, Kohlen-, Sauer- und Wasserstoff.

Als die Meteoriteneinschläge vor etwa 3,8 Milliarden Jahren seltener werden, konnten sich einige der organischen Moleküle verbinden. Als erstes entstanden wahrscheinlich die Kohlenstoffketten einfacher Zucker (Kohlenhydrate). In den Fällen, in denen sich Essigsäure mit Stickstoff verbindet – er ist im Ammoniak des Urozeans vorhanden – bildet sich eine weitere, lebenswichtige Stoffgruppe: die Aminosäuren. Deren Ketten reihen sich zu kurzen Peptiden, die sich wiederum zu langkettigen Eiweißen (Proteinen) zusammenschließen. Voraussetzung dafür sind ringförmige Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen: die Nukleinsäurebasen Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil, die Bestandteile der Ribonukleinsäure.

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