Das erste Leben auf der Erde hing laut einer Studie von einem tödlichen Giftgas ab
Einst hatte die Erde kein Leben. Dann tat es. Ob der Prozess allmählich oder schnell verlief, die Umwandlung der Chemie in die Biochemie auf unserem Planeten war eine der erstaunlichsten Entwicklungen im Universum. Es ist so selten, dass wir bis heute absolut keinen Beweis für irgendeine Form von Leben irgendwo anders im Kosmos haben.
Was genau ist also passiert? Die Antwort auf diese Frage liegt an der Schnittstelle von Spitzenforschung in AstronomieBiologie, Chemie und Geologie. In einer aktuellen Studieschlagen Forscher vor, dass es den ganzen Planeten brauchen könnte, um ein selbstreplizierendes Molekül zu erzeugen, das eine komplexe Wechselwirkung von wasserstoffreichen Meteoriten, vulkanischer Aktivität, warmen Teichen und einem unwahrscheinlichen Vorläufer für Leben beinhaltet: Blausäure.
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Es ist eine RNA-, RNA-, RNA-Welt
Die Erde entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, aber sie erlitt sofort unzählige Kollisionen, darunter eine, die groß genug war, um einen Brocken aus unserem Planeten herauszureißen und den Mond zu erschaffen. Schließlich beruhigten sich die Dinge so weit, dass Leben entstand, irgendwann vor 4,5 Milliarden bis 3,7 Milliarden Jahren.
Diese frühen Lebensformen waren mit ziemlicher Sicherheit sehr verschieden von den heutigen. Das liegt daran, dass moderne Lebensformen drei Makromoleküle benötigen: DNA, RNA und Proteine. Ganz grob gesagt speichert unsere DNA Informationen, die RNA überträgt diese Informationen zur Herstellung von Proteinen, und die Proteine erledigen den größten Teil der Arbeit, um das Leben am Leben zu erhalten – einschließlich der Replikation von DNA.
Dieses System ist so miteinander verbunden, dass es unwahrscheinlich ist, dass es in seiner modernen Form auf einmal erschienen ist. Aber primitives Leben musste immer noch die grundlegenden Funktionen des Lebens erfüllen: Informationen speichern, sich selbst replizieren und andere chemische Reaktionen katalysieren.
Es ist möglich, dass RNA allein in der Lage ist, alle drei zu tun – definitiv nicht so effizient wie die DNA-RNA-Protein-Kombination, die wir heute haben, aber es ist ein plausibler Ausgangspunkt für das Leben.
Wenn RNA als primitive Lebensform in Gang kommen kann, dann kann die darwinistische Evolution übernehmen und komplexere und effizientere biochemische Prozesse entstehen lassen. Um die Ursprünge des Lebens auf der Erde zu knacken, brauchen wir also vielleicht nur eine Menge selbstreplizierender RNA. Aber woher kommt die selbstreplizierende RNA?
Eine chaotische Geburt
In der neuen Studie entwickelten die Forscher ein komplexes Modell der frühen Erde. Das geht ein bisschen so:
Die massive Kollision, die den Mond erschaffen hat, ist gerade passiert. Die Erdoberfläche kühlte durch die Nachwirkungen ab, die Ozeane begannen sich gerade zu bilden und die Kontinente begannen aufzutauchen. Es war immer noch ein ziemlich übler Ort. Meteoriten, die bei der Entstehung des Sonnensystems übriggeblieben waren, schlugen ständig auf die junge Erde ein, und aktive Vulkane bedeckten das Gesicht des Planeten wie ein hässlicher Ausbruch jugendlicher Pickel.
Diese Meteoriteneinschläge, so schlimm sie auch waren, lieferten ein entscheidendes Element: Wasserstoff. Wasserstoff ist das leichteste Element, daher bleibt es nicht lange, es sei denn, es wird in andere Moleküle eingebunden.
Aber da lieferten die Meteoriten frischen Wasserstoff nach Erdatmosphäre, spuckten diese Vulkane enorme Mengen an Kohlendioxid aus. Außerdem waren die Ozeane viel wärmer als heute und sie verdunsteten ständig in die Atmosphäre. Schließlich strömte Methan aus Unterwasseröffnungen.
Da sich all diese Moleküle in der Atmosphäre aufbauen, schlagen Blitze und ultraviolette Strahlung aus Sonne lieferte die Energie, die Dinge ein wenig aufzurütteln. In diesem Fall lieferten diese Quellen die Energie, die zur Bildung von … Blausäure erforderlich war.
Richtig, Blausäure. Das giftige Gas, das für das moderne Leben den sicheren Tod bedeuten kann, war vielleicht das wichtigste Molekül in der Entwicklung eben dieses Lebens.
Giftpille
Die Schlüsseleigenschaft von Cyanwasserstoff ist, dass es mit sich selbst reagiert. Und weil das Leben als eine sehr komplexe Version von Chemikalien betrachtet werden kann, die mit sich selbst interagieren, scheint Cyanwasserstoff ein faszinierender Ausgangspunkt zu sein. Außerdem reagiert Cyanwasserstoff mit anderen Molekülen, wie Formaldehyd, um andere interessante Biomoleküle zu produzieren. Diese Biomoleküle wiederum sind die Bausteine von Nukleobasen, Ribose und Nukleotiden, aus denen dann RNA entsteht.
In ihrer Arbeit fanden die Forscher heraus, dass Blausäure aus der Atmosphäre in warme kleine Tümpel regnen kann, wo die Verbindung ihren molekularen Tanz mit anderen natürlich vorkommenden Molekülen beginnt. Sie fanden heraus, dass während eines Zeitraums von 100 Millionen Jahren vor etwa 4,4 Milliarden Jahren die Menge an Blausäure, die in Teiche regnete, ausreichte, um hohe Konzentrationen von Adenin, einem der Bestandteile von RNA, zu erzeugen.
Als die Meteoriten schließlich aufhörten zu fallen, sank der Wasserstoffgehalt in der Atmosphäre. Aber bis dahin könnte genug Adenin geschaffen worden sein, um mit der Bildung von RNA-Strängen zu beginnen, was die Erforschung der Selbstreplikation und der Anfangsstadien des Lebens ausgelöst haben könnte, erklärten die Forscher.
Wenn es nach vielen Schritten aussieht, liegt es daran, dass es so ist. Auch wenn diese frühen Lebensformen aus Sicht des modernen Lebens als höchst primitiv gelten würden, sind selbstreplizierende und katalysierende RNA-Stränge bereits äußerst komplexe Moleküle, und ihr Auftreten beinhaltet zwangsläufig viele Vorläuferreaktionen.
Auf jeden Fall ist vor langer Zeit etwas Besonderes auf der Erde passiert, und es könnte mit Blausäure begonnen haben.
Die Studium wurde am 3. Januar in der Preprint-Datenbank arXiv veröffentlicht und zur Veröffentlichung im The Astrophysical Journal angenommen.
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