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Präbiotische Evolution

Kickstarter des Lebens in der Ursuppe

Forscher suchen bislang vergeblich jenes reaktionsfreudige Phosphatmolekül, das am Anfang allen Lebens gestanden haben soll. Jetzt taucht ein neuer Verdächtiger auf.
Lava strömt ins Meer

Auf der Suche nach dem Ursprung des Lebens arbeiten Forscher im Grenzgebiet zwischen Chemie und Biologie: Wo liegt der chemische Ursprung der Bausteine, die heute alle Zellen aufbauen? Und wann, wo und unter welchen Umständen begannen Moleküle miteinander so zu reagieren, dass am Ende das Netzwerk der biologischen Prozesse entstehen konnte, die "Leben" heute ausmachen? Bislang gibt es hierzu einige Hypothesen und recht lückenhafte Antworten. Ein besonders mysteriöses chemisches Rätsel ist dabei seit Langem die in der irdischen Biochemie auffällig herausgehobene Funktion von Phosphatverbindungen: Sie spielen als Baustein im Erbgut, im Energiestoffwechsel und als Signal von allerlei Zellreaktionen eine sehr wichtige Rolle bei Bakterien, Pflanzen, Pilzen, Tieren und Menschen; Phosphorylierungsreaktionen laufen sowohl an Aminosäuren als auch an Nukleosiden sowie Fettsäuren ab. Das dürfte auf eine sehr alte und wichtige Funktion des Phosphors am Anfang aller Lebensprozesse hindeuten und stellt Forscher damit seit geraumer Zeit vor ein Rätsel. Denn die für den Start biochemischer Prozesse tauglichen Phosphatverbindungen waren auf der frühen Erde vor allem dort rar gesät, wo sie die ersten biochemischen Reaktionsprozesse hätten starten sollen: in der wässrigen Ursuppe.

Doch woher kam das heute in der Biochemie omnipräsente Phosphat? Chemiker des Scripps Research Institutes bieten nun eine mögliche Lösung für das Phosphaträtsel der präbiotischen Evolution in einer Studie in "Nature Chemistry" an. Sie suchten dabei nach einem möglichen alternativen Ursprung von Phosphat-Kickstartern: Sie könnten aus den recht häufigen Apatitmineralien der frühen Erde stammen – die zwar phosphatreich, aber nach Stand der Dinge kaum wasserlöslich sind – oder aus eher exotischen Quellen wie in Vulkanen ausgebrüteten Phosphoriten. Nach Überzeugung der Forscher kommt aber vor allem ein schon zuvor gelegentlich diskutiertes Molekül in Frage: Diaminophosphat (DAP). Denn die Phosphat-Amino-Verbindung DAP reagiere, wie verschiedene Experimente der Forscher bestätigten, in wässriger Umgebung überraschend universell durch einen einfach ausgelösten nukleophilen Angriff ihrer Aminogruppe auf allerlei Zuckerbausteine und andere relevante biochemische Moleküle, die dann, ihrerseits phosphoryliert, eine Kettenreaktion anstoßen können.

Damit stellen die Forscher erstmals eine mögliche chemische Reaktionskette vor, die bei relativ gleich bleibenden und auf der frühen Erde denkbaren chemischen Bedingungen im Wasser hätte ablaufen können – das Szenario verlangt also nicht, wie frühere Vorschläge zur präbiotischen Evolution, dass die Reaktionsbrühe zwischenzeitlich stark erhitzt oder abgekühlt wird, der pH-Wert sich dramatisch verändert oder dass die Grundbausteine nur unter außergewöhnlichen Umständen geliefert werden, etwa aus dem Inneren eines Vulkans. Zu untersuchen bleibt allerdings noch die mögliche Herkunft größerer Mengen von DAP auf der Erde: Anders als bisher vermutet, so die Forscher, entstehe es wohl auch unter unter recht milden Bedingungen an phosphatreichem Allerweltsgestein. Dies möchten die Wissenschaftler aber zunächst noch durch genauere Untersuchungen abklären.

45/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 45/2017

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