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News: Vom Ursprung des Lebens

20 Aminosäuren reichen der biologischen Welt, um eine beeindruckende Vielfalt unterschiedlicher Proteine zu bilden. Der Aufbau einer Aminosäure lässt jedoch theoretisch zwei spiegelbildliche Formen zu. Warum aber hat sich bei der Entstehung des Lebens vor allem nur eine Struktur durchgesetzt? Eine Frage, die Wissenschaftler seit mehr als 50 Jahren verwirrt. Nun haben sie in Calcit, einem Mineral, eine mögliche Ursache gefunden.
Fast alle der 20 natürlich vorkommenden Aminosäuren sind asymmetrisch aufgebaut: Ihre Seitenketten gruppieren sich in zwei möglichen Anordnungen um das zentrale Kohlenstoffatom. Wie Spiegelbilder gleichen sich die beiden so genannten chiralen Moleküle. Einzig der kleinste Vertreter, Glycin, macht hier eine Ausnahme und kann nur eine Position einnehmen. Doch wieso sind Proteine fast immer nur aus linkshändigen Aminosäuren aufgebaut, während in nichtbiologischen Prozessen nicht zwischen beiden Formen unterschieden wird? Die Moleküle müssen sich getrennt und anschließend konzentriert haben. Nur durch diesen Schritt, die chirale Separation, konnten sich kettenähnliche Moleküle aus reinen L-Aminosäuren bilden.

Um dieser Frage nachzugehen, machten Robert Hazen und Timothy Filley vom Geophysical Laboratory der Carnegie Institution in Washington ein einfaches Experiment. Sie tauchten einen faustgroßen Calcit-Kristall in eine verdünnte Lösung der Aminosäure Asparaginsäure. Dabei beobachteten sie etwas Überraschendes: Die links- und rechtshändigen Aminosäuren sammelten sich an unterschiedlichen Stellen des Kristalls an. Denn während die meisten Mineralien keine so genannte Händigkeit besitzen, hat Calcit zwei unterschiedliche Gesichter – die Kristalloberfläche verhält sich ebenso spiegelbildlich wie die biologischen Moleküle. Da Calcit bereits vor vier Milliarden Jahren vorkam, als das Leben auf unserem Planeten entstand, könnten sich die Aminosäuren an seinen verschiedenen Oberfläche getrennt und aufkonzentriert haben.

Seit Stanley Miller in den Fünfziger Jahren einfache Aminosäuren in seinem Labor entstehen ließ, gibt es an ihrer spontanen Bildung aus der Ursuppe keinen Zweifel mehr. "Die wirklichen Herausforderungen liegen nun darin, linkshändige Aminosäuren zu selektieren und konzentrieren, und dann diese Moleküle in kettenförmigen Proteinen zu verbinden", sagt Hazen. Dass die Aminosäuren am Calcit getrennt werden können, haben die Forscher nun bewiesen. Nun wollen sie untersuchen, ob der Kristall auch die Kettenbildung beeinflussen kann.

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