Kam das Leben ursprünglich aus einer Pfütze? in Kooperation mit

Forscher diskutieren, ob das Leben in den Ozeanen oder doch an Land entstand. © imago/blickwinkel

Woher kam der Mensch? Woher das Leben allgemein, in all seinen Ausprägungen, Tieren, Pflanzen, Pilzen, Bakterien und – wenn man sie dazurechnen möchte, Viren? Mit der Frage nach dem Ursprung des Lebens befassen sich Wissenschaftler schon lange.

Es gibt zahlreiche Theorien und spekulative Erklärungsversuche. Schon der, von dem man viele Antworten auf die Fragen der Entwicklung des Lebens bekommen hat, Charles Darwin, dachte über den Ursprung des Lebens nach. Wie konnte es sein, dass aus den anorganischen Molekülen der frühen Erde irgendwann Leben entstand?

1953 entwarf der Chemiestudent Stanley Miller das wohl berühmteste Experiment zu dieser Frage: Er kreierte eine Ursuppe. Sie enthielt alle Elemente, die vor Milliarden Jahren auf der Erde vorhanden waren, ein Gemisch aus Methan, Ammoniak und Wasserstoff. Dann simulierte Miller Blitzeinschläge – und ihm gelang im Labor, einfache organische Moleküle herzustellen. Damit entstanden die wichtigsten Grundbausteine des Lebens in seiner Laborwelt.

Wie und wo das Leben wirklich entstanden ist, bleibt ein Rätsel

Dieses genial einfache Experiment war ein entscheidender Fortschritt in der Wissenschaft. Wie und wo das Leben wirklich entstanden ist, wissen wir heute allerdings immer noch nicht. Nur, dass der millersche Weg ein möglicher gewesen sein könnte. Die meisten Wissenschaftler sind sich aber über den Zeitpunkt der Lebensentstehung einig: Die ersten Lebensformen werden irgendwann vor rund 3,8 Milliarden Jahren auf unserer Erde aufgetaucht sein.

Es gibt auch eine etwas abgedrehter klingende These darüber, wie Leben zu uns kam: die sogenannte Panspermie-These. Sie geht davon aus, dass Leben mit Meteoriten oder Kometen aus dem Weltall auf die Erde geflogen kam. Diese Hypothese konnte allerdings bislang noch nicht wissenschaftlich belegt werden. Zumal ihr zufolge, wenn das Leben aus dem All zur Erde kam, die Ursprungsfrage nach dem "woher" nur ins Weltall verlagert wird.

Deshalb fokussieren sich Wissenschaftler eher auf das Irdische. Die allgemein verbreitete Vermutung ist, dass sich die Vorgänge, die Stanley Miller im Labor simulierte, in früher Vorzeit in den Ozeanen abgespielt haben müssen. Hier, in den salzig warmen Wellen, sollen sich vor rund vier Milliarden Jahren die ersten Zellen gebildet haben. Ausgangspunkt dieser Theorie ist die Entdeckung von kaminartigen Gebilden, sogenannte Schwarzen Rauchern am Meeresgrund.

Diese Schlote befinden sich in vulkanischen Regionen in der Tiefsee und lassen mineralhaltiges, heißes Wasser aus dem Erdinneren entweichen. Molekularer Wasserstoff ist in diesem Ökosystem als chemischer Energieträger verbreitet.

In den Gegenden dieser hydrothermalen Quellen ist somit eine reiche Fauna präsent, denn urtümliche Bakterien haben genügend Energie, um zu überleben – und bilden so die Nahrung und Lebensgrundlage für höhere Organismen. Die meisten Wissenschaftler gehen davon aus, dass diese Nahrungsquellen der Tiefsee einen wichtigen Antrieb für den Ursprung des Lebens darstellen konnten.

Kleine Wasserpfützen ideale Brutstätten

Jetzt schlagen aber Physiker der Universität Osnabrück einen alternativen Geburtsort des Lebens vor. Nicht der große weite Ozean, sondern kleine Wasserpfützen an Land seien ideale Bedingungen für die Entstehung der ersten Einzeller gewesen. Das Team um Armen Mulkidjanian von der Universität Osnabrück präsentiert seine Theorie in den "Proceedings" der US-Akademie der Wissenschaft.

Demzufolge ist das Leben auf der Erde durch Dämpfe entstanden, die aus den Tiefen der Erde aufgestiegen sind. Die Erde sei damals ein vulkanreicher Planet gewesen. So seien Dämpfe und Gase aus dem Erdinneren an die Oberfläche gelangt, wobei sich beim Abkühlen urzeitliche Teiche und Tümpel gebildet haben. Durch die Ansammlung von Mineralien und weiteren wichtigen Grundbausteinen seien die kleinen Becken zu einer idealen Brutstätte für die ersten Einzeller geworden.

Biophysiker Armen Mulkidjanian und seine Kollegen aus den USA und Russland haben den möglichen Stoffwechsel solcher ersten Zellen analysiert. Dabei gehen sie von der Überlegung aus, dass heutige Zellen noch einen chemischen Fingerabdruck der Umwelt in sich tragen, die auch bei den ersten Zellen vorhanden waren.

"Wir haben geguckt, wie die von den Genen codierten Proteine mit anorganischen Stoffen interagieren – das hat bis jetzt noch keiner gemacht", erklärt Mulkidjanian. Das Team untersuchte etwa 60 Gene, die heute in allen zellulären Organismen vorkommen. Zink und Mangan, Phosphat und Kalium sind wichtige Spurenelemente für das Überleben der Zellen.

Auf die Konzentration der chemischen Element kommte es an

Das bedeutet, dass in der Umwelt der ersten Zellen eine relativ hohe Konzentration von Zink, Mangan und Phosphor sowie ein hohes Kalium-zu-Natrium-Verhältnis vorhanden gewesen sein muss. Den Forschern zufolge waren diese chemischen Elemente zu keiner Zeit in der Geschichte der Erde im Ozean in den richtigen Konzentrationen verfügbar.

Vor allem am Kaliumgehalt haperte es: Denn die notwendigen hohen Kalium-Konzentrationen gibt und gab es im Meer nicht. In dampfdominierten Hydrothermalquellen aber, wie sie etwa heute noch zum Beispiel im Yellowstone-Nationalpark zu finden sind, ist der chemische Cocktail nahezu ideal. Ergo seien solche Tümpel durch ihre geologischen Bedingungen ideal für die Entwicklung der ersten Urzellen gewesen.

Ein Grund, warum Forscher bislang die Keimstätte des Lebens in die Tiefsee verlagert hatten, war, dass an der Erdoberfläche vor vier Milliarden Jahren eine viel zu hohe und schädliche UV-Strahlung herrschte. Im tiefen Meer waren erste Zellen vor deren zerstörerischer Kraft besser geschützt.

Doch Mulkidjanian und sein Team argumentieren diesen Punkt weg: Metallverbindungen wie Zinksulfid könnten durchaus an der Erdoberfläche die UV-Strahlen abschirmen. In winzigen Poren von Schwefel- oder Silikatmineralien hätten die Vorläufer der ersten Zellen ein gutes Versteck gefunden, um sich ohne Strahleneinfluss zu entwickeln.

Doch wie konnten also die organischen Moleküle zu komplizierten Polymeren heranwachsen und somit die ersten Lebewesen entstehen? Dafür seien noch weitere geochemische Untersuchungen und Experimente nötig, meint auch Mulkidjanian.

Die faszinierende Frage nach der Entstehung des Lebens wird die Wissenschaft noch lange beschäftigen. Die Ereignisse von vier Milliarden Jahren Lebensgeschichte auf der Erde kann wohl keiner in wenigen Jahrzehnten entschlüsseln.

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