Lange Zeit vermuteten Wissenschaftler eine Art "Ursuppe", in der sich nach und nach langkettige Moleküle wie RNA oder Proteine und auch hochmolekulare Strukturen wie Vesikel anreicherten. Seit einigen Jahren jedoch hat diese Theorie Konkurrenz bekommen von der Vermutung, das Leben könnte recht plötzlich aus kurzkettigen Molekülen entstanden sein, die in einer Eisensulfid-reichen Umgebung unter hohen Temperaturen und großem Druck einen ersten autotrophen Stoffwechsel bildeten. Solche eher lebensfeindlich anmutenden Verhältnisse finden sich beispielsweise an den hydrothermalen Quellen der Tiefseeregionen, wo vulkanische Gase austreten und die einer einzigartigen Organismenwelt Lebensraum bieten.

Ergebnisse einer Forschergruppe um George Cody von der Carnegie Institution in Washington unterstützen diese Annahme. Den Wissenschaftlern ist es nämlich gelungen, aus Ameisensäure unter hohem Druck und Anwesenheit von Eisensulfid Brenztraubensäure zu erzeugen, dessen Säure-Anion Pyruvat im Energiestoffwechsel aller Lebewesen eine ganz zentrale Rolle spielt und das Ausgangspunkt für zahlreiche weitere Stoffwechselwege ist (Science vom 25. August 2000).

Die Versuche erfolgten unter harschen Bedingungen: Der Druck von 200 Mega-Pascal entspricht einer Gesteinstiefe von sieben Kilometern oder einer Wassersäule von 20 Kilometern, und es herrschte eine Temperatur von ungemütlichen 250 Grad Celsius sowie ein hoher Kohlenmonoxiddruck. Das System war zunächst auch vollständig wasserfrei, das später nachgewiesene Nass entstand aus den abgespaltenen Sauerstoff- und Wasserstoffionen der Ameisensäure.

Um so erstaunter waren die Forscher, dass sich unter diesen Bedingungen tatsächlich Brenztraubensäure bildete. Denn die aus drei Kohlenstoffatomen bestehende Verbindung ist an sich sehr hitzeempfindlich und zerfällt an ihrem Siedepunkt bei 165 Grad Celsius. Auch hätten Cody und seine Mitarbeiter eine größere Ausbeute an Essigsäure erwartet, die um ein Kohlenstoffatom kürzer ist. Als Ursache vermuten sie den hohen Druck, unter dem sie die Ameisensäure dehydrierten.

Zusammen mit den Resultaten anderer Studien können die Verfechter der jüngeren Theorie nun alle einzelnen Reaktionsschritte vom Kohlenmonoxid bis zu Peptiden in der heißen Eisensulfid-Welt präsentieren – und damit vielleicht den ersten Stoffwechsel auf der frühen Erde aufzeichnen. Die Frage ist nur, ob damals überhaupt solche Verhältnisse herrschten, die den unwirtlichen Versuchsbedingungen gleichen. Günter Wächtershäuser, Chemiker und Honorarprofessor an der Universität Regensburg, hält das jedoch durchaus für möglich. Zum einen waren die Versuchsbedingungen ein Kompromiss zwischen dem geochemischen Modell und den technischen Möglichkeiten im Experiment, denn Kohlenmonoxid kann unter diesen extremen Drücken nur unter großer Gefahr eingesetzt werden. Die Wissenschaftler wichen darum auf Ameisensäure als Kohlenstoffquelle aus, für deren Dehydrierung sie aber die entsprechenden Bedingungen schaffen mussten. In der realen Welt könnten die Temperaturen und Druckverhältnisse daher durchaus anders gewesen sein. Zum anderen lagerten damals noch keine kilometerdicken Gesteinsschichten auf der Erdkruste, so dass sehr viel größere Gasmengen aus dem Untergrund entweichen konnten. So waren entsprechende Bedingungen, die sich heute nur noch an hydrothermalen Gasschloten und Vulkanen finden, damals wahrscheinlich deutlich weiter verbreitet.

Siehe auch

• Spektrum Ticker vom 21.6.2000
  "Zucker im Weltall"
  
• Spektrum Ticker vom 24.9.1998
  "Die Hitze macht's"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
  
• Spektrum Brennpunkt-Thema vom 14.7.1998
  "Der Joker aus der Petrischale"
  
• Spektrum der Wissenschaft 10/99, Seite 26
  "Kamen die Zutaten der Ursuppe aus dem All?"
  (nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)