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Originalpublikation

B. K. D. Pearce et al.
Origin of the RNA World: The Fate of Nucleobases in Warm Little Ponds

Astronomie . Evolutionsbiologie

Wie das Leben auf die Erde kam

Forscher liefern Szenario, nach dem die Bausteine für die ersten RNA-Moleküle mit Meteoriten auf unseren Planeten gelangt sind

2. Oktober 2017

Wissenschaftler der McMaster University und des Max-Planck-Instituts für Astronomie haben ein stimmiges Szenario für die Entstehung von Leben auf der Erde berechnet, das auf astronomischen, geologischen, chemischen und biologischen Modellen basiert. Demnach formte sich das Leben nur wenige hundert Millionen Jahre, nachdem die Erdoberfläche soweit abgekühlt war, dass flüssiges Wasser existieren konnte. Die wesentlichen Bausteine für das Leben wurden während der Entstehung des Sonnensystems im Weltraum gebildet und durch Meteoriten in warmen kleinen Teichen auf der Erde deponiert.
Wiege des Lebens: Ein warmer kleiner Teich auf dem Bumpass Hell Trail im Lassen Volcanic National Park in Kalifornien. In ähnlichen Gewässern könnten die ersten selbstreplizierenden RNA-Moleküle entstanden sein. Bild vergrößern
Wiege des Lebens: Ein warmer kleiner Teich auf dem Bumpass Hell Trail im Lassen Volcanic National Park in Kalifornien. In ähnlichen Gewässern könnten die ersten selbstreplizierenden RNA-Moleküle entstanden sein.

Wie auf der Erde vor rund 4 Milliarden Jahren das erste Leben entstand, ist eine der großen Fragen der Wissenschaft. Neue Ergebnisse von Forschern der McMaster University und des Max-Planck-Instituts für Astronomie und deuten darauf hin, dass Meteoriten dabei eine wesentliche Rolle gespielt haben dürften. Diese kosmischen Wurfgeschosse landeten in warmen kleinen Teichen auf der Erde und deponierten dort organische Stoffe, welche die Entstehung des Lebens in Form von selbstreplizierenden RNA-Molekülen ermöglichten.

Die Schlussfolgerungen der Astronomen basieren auf einem Modell, das heutiges Wissen zu Planetenentstehung, Geologie, Chemie und Biologie zusammenfasst. Das vielleicht interessanteste Ergebnis der Berechnungen ist, dass das Leben vergleichsweise früh entstanden sein dürfte, nämlich nur wenige hundert Millionen Jahre, nachdem die Erde ausreichend abgekühlt war, um flüssiges Oberflächenwasser wie Teiche oder Ozeane zuzulassen. Damals trafen ungleich mehr Meteorite auf die Erde als heutzutage.

„Bis jetzt hatte niemand diese Berechnungen tatsächlich durchgeführt – eine spannende Situation“, sagt Ben Pearce, Forscher an der McMaster University und Erstautor der Studie. „Weil unser Modell so viele Ergebnisse aus so vielen verschiedenen Bereichen einschließt, ist es erstaunlich, dass alles so schlüssig zusammenhängt“, fügt sein Kollege und Ko-Autor Ralph Pudritz hinzu. „Jeder Schritt unseres Modells führte ganz natürlich zum nächsten. Dass dabei am Ende ein klares Bild herauskam ist für mich ein klares Indiz dafür, dass unser Szenario so falsch nicht sein kann.“

Das Bild zeigt die vielen Einflüsse, die in warmen kleinen Teichen auf chemische Verbindungen einwirken: Materialnachschub durch Meteoriten und interplanetare Staubkörner, Versickerung, Verdunstung, Wiederbefüllung durch Niederschlag, Hydrolyse komplexerer Moleküle und Photodissoziation durch UV-Licht. Bild vergrößern
Das Bild zeigt die vielen Einflüsse, die in warmen kleinen Teichen auf chemische Verbindungen einwirken: Materialnachschub durch Meteoriten und interplanetare Staubkörner, Versickerung, Verdunstung, Wiederbefüllung durch Niederschlag, Hydrolyse komplexerer Moleküle und Photodissoziation durch UV-Licht.

„Um den Ursprung des Lebens zu verstehen, müssen wir die Erde so verstehen, wie sie vor Milliarden von Jahren war“, sagt Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie. „Wie unsere Studie zeigt, liefert die Astronomie einen wichtigen Teil der Antwort. Die Details der Entstehung unseres Sonnensystems haben direkte Folgen für den Ursprung des Lebens auf der Erde.“

Die neue Arbeit unterstützt die Hypothese, das Leben sei in „warmen kleinen Teichen“ entstanden. Die Zyklen, in denen flache Teiche erst austrocknen und dann wieder mit Wasser gefüllt werden, begünstigen dabei die Entstehung längerer RNA-Ketten. Die Astronomen konnten zeigen, dass Meteoriten ausreichende Mengen an Bausteinen – sogenannten Nukleobasen – zu Tausenden solcher Teiche auf der Erde transportiert haben könnten, um die Entstehung selbstreplizierender RNA-Moleküle in mindestens einem dieser Teiche anzustoßen.

„Basierend auf dem, was wir über die Planetenbildung und die Chemie des Sonnensystems wissen, haben wir ein konsistentes Szenario für die Entstehung des Lebens auf der Erde vorgeschlagen“, so Dmitry Semenov vom Max-Planck-Institut für Astronomie. „Wir haben plausible physikalische und chemische Informationen über die Bedingungen geliefert, unter denen das Leben hätte entstehen können. Jetzt sind die Experimentatoren an der Reihe, herauszufinden, wie das Leben unter diesen ganz spezifischen frühen Bedingungen tatsächlich entstanden sein könnte.“  

MP / EM

 
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