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Chemische Evolution: Durchlässige Urmembranen

Die starke Barrierewirkung biologischer Membranen bereitet Forschern, die den Ursprung des Lebens ergründen wollen, beträchtliche Kopfschmerzen. Die komplexen Transportmechanismen moderner Zellen standen den ersten Organismen, die sich in schlichte Lipidhüllen kleideten, noch nicht zur Verfügung. Wie haben sie Stoffe mit der Umgebung ausgetauscht? Biologen am Howard Hughes Medical Institute in Massachusetts sind der Lösung des Rätsels jetzt vielleicht auf die Spur gekommen.

Sheref S. Mansy und seine Kollegen stellten Membranbläschen aus einem Gemisch von Fettsäuren, Fettalkoholen und einfachen Fettsäureestern her. Diese Moleküle sind simpler aufgebaut als die Komponenten moderner Zellhüllen. Dennoch bilden sie gleichfalls Lipiddoppelschichten. Diese aber lassen, wie die Forscher herausfanden, kleine biologische Moleküle wie Zucker und Nucleotide erheblich leichter passieren als ihre heutigen Pendants. Substanzen oberhalb einer bestimmten Größe – etwa längere Stücke der Erbsubstanz DNA – halten sie dagegen zurück.

Die Durchlässigkeit für energiereiche organische Moleküle zeigt, dass sich die ersten Zellen von solchen Verbindungen ernähren konnten und nicht auf anorganische Energieträger angewiesen waren. Noch etwas ist hochinteressant: Der Zucker Ribose, der zu dem Bausteinen der RNA gehört, durchquert die Membran drei bis zehnmal so schnell wie andere, chemisch eng verwandte Moleküle. Vielleicht hat also schon die Zusammensetzung der allerersten Membranen den weiteren Verlauf der Evolution entscheidend beeinflusst.

Lars Fischer

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