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Ursprung des Lebens: Erste Zellen kaperten metallische Biomolekül-Fabrik

Chemische Prozesse stellten die Bausteine des ersten Lebens bereit. Welche das waren und was dann geschah, will nun eine Forschungsgruppe herausgefunden haben.
Bläschen und Moleküle vor einem vage nach Geysir aussehenden Hintergrundbild, alles in den Braun- und Gelbtönen, die dem Chemiker anzeigen, dass der größte Teil seiner teuren Chemikalien gerade zu unbrauchbarem Schlonz verkocht ist.

Am Ursprung der Biosphäre stand ein fliegender Wechsel: Die frühen Organismen ersetzten Metalle durch ihre eigenen Enzyme, um sich zuverlässig mit Baumaterialien für ihre Zellen zu versorgen. Das legen zumindest Experimente einer Arbeitsgruppe um Joseph Moran von der Université de Strasbourg nahe. Wie das Team in einer Vorabveröffentlichung bei "Biorxiv" schreibt, scheint das älteste Stoffwechselsystem direkte anorganische Vorläufer zu haben: Der Acetyl-Coenzym-A-Weg, durch den Zellen Kohlendioxid in Biomoleküle umwandeln, funktioniert auch ohne Enzyme in Gegenwart von Eisen, Nickel und Kobalt ähnlich seinem biologischen Vorbild. Damit verlässt sich das Leben wohl bis heute auf jene erste Route, auf der einst an Mineralien Azetat und Pyruvat aus Kohlendioxid entstanden – die Vorläufer von Fetten, Zuckern und Aminosäuren.

Moran und sein Team testeten, ob diverse Metalle in Pulverform in einer Salzlösung mit Kohlendioxid reagieren. Dabei stellten sie fest, dass über eine große Bandbreite von Reaktionsbedingungen Essigsäure und Brenztraubensäure entstehen. Auf diesem Weg binden viele Bakterien und Archaeen Kohlendioxid aus der Luft; vermutlich nutzte der letzte gemeinsame Vorfahr aller heutigen Organismen diesen Stoffwechselweg, um Biomoleküle zu erzeugen. Das Forschungsergebnis deutet nun darauf hin, wie das Leben lückenlos aus der Chemie der frühen Erde hervorgegangen sein könnte.

Demnach kaperten die ersten Lebensformen eine chemische Reaktionskette, die das Energiegefälle zwischen den reduzierenden Mineralen der Erdkruste und der stärker oxidierten Atmosphäre überbrückte, schreibt die Arbeitsgruppe. Kohlendioxid bindet an die Oberfläche der Metalle, und nimmt dort Elektronen auf. Dabei wird Wasser abgespalten, und es entstehen gebundenes Azetat, Pyruvat und andere kleine organische Moleküle. Moran sieht sogar Teile eines zweiten Kohlendioxid bindenden biochemischen Zyklus verwirklicht, des reduktiven Zitratzyklus. Allerdings zeigen die Versuche bisher lediglich, dass die Biomolekülvorläufer entstehen. Die Details des Prozesses, insbesondere die postulierte Ähnlichkeit zum Acetyl-CoA-Weg, sind nicht belegt.

51/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 51/2017

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