News: Lebensspender harte Strahlung
Sich vor der zerstörerischen Kraft der Sonne zu schützen, galt als Voraussetzung für den Erfolg des ersten Lebens auf der Erde. Vielleicht ist aber auch das Gegenteil richtig.
© (Ausschnitt)
Probleme mit harter UV-Strahlung gab es lange vor dem menschengemachten Ozonloch über der Südhalbkugel: Schließlich fehlte vor etwa 3,5 bis 4 Milliarden Jahren eine UV-absorbierende Ozon-Schutzschicht noch völlig. Damals brannte folglich hunderte Male mehr ultraviolettes Licht auf die Erdoberfläche als heute, selbst in Australien.
Chemische Bindungen widerstehen einem derart harten Geprassel energiereicher Strahlung meist nicht lange: Komplexe Moleküle zerbröseln nach und nach in ihre Einzelteile, längerkettige Moleküle brechen auseinander. So gesehen herrschten auf der strahlungsbombardierten Oberfläche der frühen Erde nicht gerade die besten Voraussetzungen für die Grundlage allen Lebens: jene lang gestreckten Zucker-Phosphatketten, die das Rückgrat von DNA und RNA bilden. Wie war es unter diesen Umständen also überhaupt möglich, aus den Bauteilen Zucker, Phosphat und Stickstoffbasen dauerhafte Nucleotid-Riesenmoleküle zu montieren?
Gar nicht, lautete bislang die häufigste Antwort der Lebensentstehungs-Theoretiker: Irgendwie müsse sich die RNA an einem vom Licht abgeschirmten Ort gebildet haben. Ob das tatsächlich so ist, prüften Forscher um Armen Mulkidjanian von der Universität Osnabrück. Sie fütterten ein Computermodell mit relevanten Daten der beteiligten Molekülbestandteile und den Umgebungsvariablen, die in den grauen Vorzeiten auf der Erde geherrscht hatten – und simulierten die entscheidenden Augenblicke der RNA-Evolution einmal mit und einmal ohne den Einfluss der damals herrschenden UV-Einstrahlung.Das Ergebnis überrascht zunächst: Unter dem Einfluss starker UV-Strahlung bildeten sich im Laufe der Zeit RNA-Moleküle. Und genau betrachtet, so Mulkidjanian, sei dies auch kein Zufall. Bei starker Strahlung seien die Ribonucleinsäure-Moleküle nicht nur stabiler als andere große Moleküle, sondern auch weniger zerbrechlich als ihre eigenen Einzelbausteine.Der Grund dafür liegt in den UV-absorbierenden Fähigkeiten der organischen Stickstoffbasen des RNA-Moleküls. Diese Basen, sechs- bis neuneckige Stickstoff/Kohlenstoff-Ringsysteme mit benachbarten Doppelbindungen, bilden, indem sie UV-Licht absorbieren und „löschen“, offenbar einen effektiven Sonnenschirm für die empfindlicheren Bindungen des Zucker-Phosphat-Grundgerüstes der RNA-Kette. Vielleicht, so mutmaßen die Forscher, könnte ein Teil der von den Basen absorbierten Energie sogar umgeleitet worden sein, um Ketten verlängernde Verknüpfungen eines RNA-Moleküls zu erleichtern. In solchem Fall bildeten sich im Laufe der Zeit sogar mehr RNA-Moleküle als in den Simulationen ohne ultraviolette Belichtung.
RNA-Moleküle weisen damit jedenfalls einen eindeutigen Vorteil gegenüber anderen Molekülen der Ursuppen-Küche auf - und setzten sich unter dem andauernden Einfluss der starken Strahlung daher mehr und mehr durch: Einer der ersten, entscheidenden Selektionsvorgänge in der Evolution des Lebens. Als dann die organischen Basen mehr und mehr ihre heutige Funktion als "Buchstaben" des codierenden RNA-Moleküls übernahmen, folgte eine der ersten echten Karrieren: vom Strahlenschutzbeauftragten zum Informationsträger.
Chemische Bindungen widerstehen einem derart harten Geprassel energiereicher Strahlung meist nicht lange: Komplexe Moleküle zerbröseln nach und nach in ihre Einzelteile, längerkettige Moleküle brechen auseinander. So gesehen herrschten auf der strahlungsbombardierten Oberfläche der frühen Erde nicht gerade die besten Voraussetzungen für die Grundlage allen Lebens: jene lang gestreckten Zucker-Phosphatketten, die das Rückgrat von DNA und RNA bilden. Wie war es unter diesen Umständen also überhaupt möglich, aus den Bauteilen Zucker, Phosphat und Stickstoffbasen dauerhafte Nucleotid-Riesenmoleküle zu montieren?
Gar nicht, lautete bislang die häufigste Antwort der Lebensentstehungs-Theoretiker: Irgendwie müsse sich die RNA an einem vom Licht abgeschirmten Ort gebildet haben. Ob das tatsächlich so ist, prüften Forscher um Armen Mulkidjanian von der Universität Osnabrück. Sie fütterten ein Computermodell mit relevanten Daten der beteiligten Molekülbestandteile und den Umgebungsvariablen, die in den grauen Vorzeiten auf der Erde geherrscht hatten – und simulierten die entscheidenden Augenblicke der RNA-Evolution einmal mit und einmal ohne den Einfluss der damals herrschenden UV-Einstrahlung.Das Ergebnis überrascht zunächst: Unter dem Einfluss starker UV-Strahlung bildeten sich im Laufe der Zeit RNA-Moleküle. Und genau betrachtet, so Mulkidjanian, sei dies auch kein Zufall. Bei starker Strahlung seien die Ribonucleinsäure-Moleküle nicht nur stabiler als andere große Moleküle, sondern auch weniger zerbrechlich als ihre eigenen Einzelbausteine.Der Grund dafür liegt in den UV-absorbierenden Fähigkeiten der organischen Stickstoffbasen des RNA-Moleküls. Diese Basen, sechs- bis neuneckige Stickstoff/Kohlenstoff-Ringsysteme mit benachbarten Doppelbindungen, bilden, indem sie UV-Licht absorbieren und „löschen“, offenbar einen effektiven Sonnenschirm für die empfindlicheren Bindungen des Zucker-Phosphat-Grundgerüstes der RNA-Kette. Vielleicht, so mutmaßen die Forscher, könnte ein Teil der von den Basen absorbierten Energie sogar umgeleitet worden sein, um Ketten verlängernde Verknüpfungen eines RNA-Moleküls zu erleichtern. In solchem Fall bildeten sich im Laufe der Zeit sogar mehr RNA-Moleküle als in den Simulationen ohne ultraviolette Belichtung.
RNA-Moleküle weisen damit jedenfalls einen eindeutigen Vorteil gegenüber anderen Molekülen der Ursuppen-Küche auf - und setzten sich unter dem andauernden Einfluss der starken Strahlung daher mehr und mehr durch: Einer der ersten, entscheidenden Selektionsvorgänge in der Evolution des Lebens. Als dann die organischen Basen mehr und mehr ihre heutige Funktion als "Buchstaben" des codierenden RNA-Moleküls übernahmen, folgte eine der ersten echten Karrieren: vom Strahlenschutzbeauftragten zum Informationsträger.
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