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Evolution: In der Tiefe geboren

Entstand das Leben in hydrothermalen Spalten der jungen Erdkruste? Hier gab es wohl geeignete Reaktionsbedingungen dafür - und ein langfristig stabiles Umfeld.
BakterienmattenLaden...

Die Frage, woher das Leben kommt, ist eine der größten der Wissenschaft. Es existieren verschiedene Vorstellungen hierzu; als mögliche Entstehungsorte sind etwa heiße Quellen am Meeresgrund, oberirdische Tümpel oder gar ferne Himmelskörper im Gespräch. In den zurückliegenden Jahren haben wir ein alternatives Modell entwickelt. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es heute noch existierenden Rahmenbedingungen unterliegt und gleichzeitig an Milliarden Jahre alten geologischen Strukturen überprüft werden kann. Unserer Ansicht nach könnten sich ein großes Spektrum organischer Moleküle und auch die ersten lebenden Zellen in tiefen Spalten der kontinentalen Kruste gebildet haben. Schon vor Jahrmilliarden gab es tektonische Bruchzonen, die den Erdmantel mit der Erdoberfläche verbanden und in denen Gase und Flüssigkeiten zirkulierten. In diesen Spalten herrschen hydrothermale Bedingungen, das heißt, das Wasser dort kann auf Grund der hohen Drücke noch bei weit über 100 Grad Celsius flüssig sein und somit sehr viele gelöste Gase und Minerale enthalten. Die Bedingungen für die Entstehung von Leben waren dort wahrscheinlich günstig.

Bruchzonen infolge von tektonischen Prozessen durchziehen in vielen Fällen die komplette Erdkruste und reichen bis hinab in den oberen Erdmantel. Eine der größten und bekanntesten ist die San-Andreas-Verwerfung im Westen der USA. Solche Risse entstehen überwiegend durch Seitenverschiebungen, an ihnen driften also Platten der äußersten, starren Schicht der Erde aneinander vorbei. Dabei kommt es zu mechanischen Spannungen, die sich immer wieder in Erdbeben entladen. Das eröffnet Wege, in denen wässrige Lösungen, Gase oder – in aktiven Vulkangebieten – auch Magmen hochsteigen können.

Zahlreiche Seitenverschiebungen finden sich etwa im Rheinischen Schiefergebirge in der Eifel, auf der Oberfläche erkennbar an herausgewitterten Quarzgängen. Obwohl sie wesentlich kleiner sind als die San-Andreas-Verwerfung, weisen sie Kanäle auf, die bis in den Erdmantel reichen und vielerorts charakteristische Gase durchleiten. Entlang ihrer Störungszonen treten gehäuft Mineralbrunnen auf mit eisenreichem saurem Wasser sowie Mofetten, also Austrittspunkten von Kohlenstoffdioxid (CO2). Selbst in kleinsten Pfützen bilden sich hier nach längerem Regen Eisenkolloide auf dem Grund und feine Filme oxidierenden Eisens auf der Wasseroberfläche (»Schwimmeisen«), sofern sie Kontakt zu den austretenden Gasen haben. In Wallenborn, südlich von Gerolstein in der Eifel, ist ein Kaltwassergeysir aktiv, der durch starken Zustrom von CO2 etwa zweimal pro Stunde einen Wasserschwall in die Höhe schießt …

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  • Quellen und Literaturtipptipp

Danger, G. et al.: Pathways for the formation and evolution of peptides in prebiotic environments. Chemical Society Reviews 41, 2012

Mayer, C. et al.: Periodic vesicle formation in tectonic fault zones - an ideal environment for molecular evolution. Origins of life and evolution of the biosphere 45, 2015

Mayer, C. et al.: Molecular evolution in a peptide-vesicle system. Life 8, 2018

Schreiber, U. et al.: Organic compounds in fluid inclusions of Archean quartz - analogues of prebiotic chemistry on early Earth. PLOS ONE 12, 2017


Literaturtipp

Schreiber, U.: Das Geheimnis um die erste Zelle. Springer, 2019
Der Autor stellt ein Modell dazu vor, wie die ersten Zellen in hydrothermalen Spalten der Erdkruste entstanden sein könnten.