Astrobiologie: Lebenswichtig
Phosphor ist eines der wichtigsten Elemente für die Entstehung des Lebens - und das obwohl sich dieser in der Natur erstaunlicherweise eher selten findet. Wie kamen also die ersten Organismen an das lebensnotwendige Element?
© Virginia Smith, University of Arizona Lunar & Planetary Laboratory (Ausschnitt)
Vor etwa vier Milliarden Jahren entstand das erste Leben auf der damals noch jungen Erde – aber wie das genau vor sich ging, darüber rätseln Wissenschaftler noch heute. Zwar konnten sie inzwischen zeigen, dass sich in der chemischen Ursuppe einfache Moleküle wie etwa Aminosäuren und Alkane bilden konnten, aber wie sich diese zu lebenden Systemen zusammenfügten ist umstritten. Zum Beispiel enthalten diese Moleküle noch keinen Phosphor, der die Verknüpfung zu komplexeren Biomolekülen erst ermöglicht.
So könnte ohne Phosphor die DNA nicht aufgebaut werden, ohne die eine Speicherung von biologischen Informationen nicht denkbar ist. Auch als Bestandteil des Energielieferanten ATP (Adenosintriphosphat), von Zellwänden und Knochen ist er unersetzlich. Phosphor ist nach Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff das fünfthäufigste Element in den meisten lebenden Organismen. Auf der Erde ist er allerdings nur in gebundener Form zu finden, etwa in Gesteinen der Erdkruste. Woher also stammt der Stoff, der das Leben auf der Erde erst ermöglicht hat?
In der Vergangenheit nahmen Wissenschaftler an, dass Apatit als weit verbreitetes Phosphat-Gestein die urzeitliche Phosphorquelle darstellte. Doch einerlei, ob sie den Apatit erhitzten oder chemisch behandelten – es gelang ihnen nur wenig Phosphat daraus freizusetzen. Matthew Pasek von der Universität von Arizona kam daher zu der Überzeugung, dass aus diesem Gestein kaum die zur Lebensentstehung notwendigen Mengen gewonnen werden konnten. Er suchte den Ursprung des Elements vielmehr in den Sternen: "In Meteoriten finden sich verschiedene Minerale, die Phosphor enthalten. Das wichtigste davon ist ein Eisen-Nickel-Phosphid, das Schreibersit, welches man häufig in Eisenmeteoriten findet."
Und tatsächlich: Als Pasek und seine Kollegen Schreibersit in Wasser gaben, bildete sich eine Vielzahl an verschiedenen biochemisch verwertbaren Phosphorverbindungen – so ist eine von ihnen, P2O7, etwa auch in der Struktur von ATP zu finden. Dazu musste das Gestein weder erhitzt noch chemisch behandelt werden. Die Forscher schließen daraus, dass bereits der Einschlag von Eisenmeteoriten in einen See genügend Phosphor für den Aufbau von komplexen Biomolekülen liefern konnte. Das Auftreffen von Meteoriten auf einen Planeten könnte somit eine weitere Bedingung für die mögliche Entstehung von Leben darstellen." Dazu wird in einem Sonnensystem ein Asteroidengürtel benötigt, in dem Vorläufer von Planeten bis zu einem Durchmesser von etwa 500 Kilometern anwachsen können, und ein Mechanismus, der diese zerstört und ihre Bruchteile verteilt", so die Forscher. Da bei unserem System Meteoriten in Sonnennähe häufiger vorkommen, sei die Entstehung von Leben auf den äußeren Planeten daher eher unwahrscheinlich.
So könnte ohne Phosphor die DNA nicht aufgebaut werden, ohne die eine Speicherung von biologischen Informationen nicht denkbar ist. Auch als Bestandteil des Energielieferanten ATP (Adenosintriphosphat), von Zellwänden und Knochen ist er unersetzlich. Phosphor ist nach Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff das fünfthäufigste Element in den meisten lebenden Organismen. Auf der Erde ist er allerdings nur in gebundener Form zu finden, etwa in Gesteinen der Erdkruste. Woher also stammt der Stoff, der das Leben auf der Erde erst ermöglicht hat?
In der Vergangenheit nahmen Wissenschaftler an, dass Apatit als weit verbreitetes Phosphat-Gestein die urzeitliche Phosphorquelle darstellte. Doch einerlei, ob sie den Apatit erhitzten oder chemisch behandelten – es gelang ihnen nur wenig Phosphat daraus freizusetzen. Matthew Pasek von der Universität von Arizona kam daher zu der Überzeugung, dass aus diesem Gestein kaum die zur Lebensentstehung notwendigen Mengen gewonnen werden konnten. Er suchte den Ursprung des Elements vielmehr in den Sternen: "In Meteoriten finden sich verschiedene Minerale, die Phosphor enthalten. Das wichtigste davon ist ein Eisen-Nickel-Phosphid, das Schreibersit, welches man häufig in Eisenmeteoriten findet."
Und tatsächlich: Als Pasek und seine Kollegen Schreibersit in Wasser gaben, bildete sich eine Vielzahl an verschiedenen biochemisch verwertbaren Phosphorverbindungen – so ist eine von ihnen, P2O7, etwa auch in der Struktur von ATP zu finden. Dazu musste das Gestein weder erhitzt noch chemisch behandelt werden. Die Forscher schließen daraus, dass bereits der Einschlag von Eisenmeteoriten in einen See genügend Phosphor für den Aufbau von komplexen Biomolekülen liefern konnte. Das Auftreffen von Meteoriten auf einen Planeten könnte somit eine weitere Bedingung für die mögliche Entstehung von Leben darstellen." Dazu wird in einem Sonnensystem ein Asteroidengürtel benötigt, in dem Vorläufer von Planeten bis zu einem Durchmesser von etwa 500 Kilometern anwachsen können, und ein Mechanismus, der diese zerstört und ihre Bruchteile verteilt", so die Forscher. Da bei unserem System Meteoriten in Sonnennähe häufiger vorkommen, sei die Entstehung von Leben auf den äußeren Planeten daher eher unwahrscheinlich.
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