Tiefseeschlote liefern ideale Bedingungen für die Entstehung des Lebens

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Der sog. schwarze Raucher "Kandelabra" in 3.300 Meter Wassertiefe im Logatchev Hydrothermalfeld am Mittelatlantischen Rücken. Copyright: Marum/Universität Bremen (via WikimediaCommons), CC BY-SA 4-0

Der sog. schwarze Raucher “Kandelabra” in 3.300 Meter Wassertiefe im Logatchev Hydrothermalfeld am Mittelatlantischen Rücken.
Copyright: Marum/Universität Bremen (via WikimediaCommons), CC BY-SA 4-0

London (Großbritannien) – Britische Wissenschaftler haben den Nachweis erbracht, dass der Ursprung des Lebens vermutlich eher in der Umgebung hydrothermaler Quellen am Ozeanboden als in flachen Oberflächengewässern lag. Das hat auch Konsequenzen für die Suche nach außerirdischem Leben im Sonnensystem.

Wie die Forscher um Dr. Sean Jordan und Professor Nick Lane vom University College London aktuell im Fachjournal „Nature Ecology & Evolution“ (DOI: 10.1038/s41559-019-1015-y) berichten, ist es ihnen im Gegenteil zu früheren Versuchen erstmals experimentell gelungen, die Protozellen – und damit einen wichtigen Schritt für die Entwicklung des zellbasierten Lebens – in heißem, alkalischem Meerwasser zu erzeugen. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass Hitze und Alkalinität nicht nur geeignet, sondern für die Entstehung des Lebens geradezu notwendig sind.

“Es gibt mehrere konkurrierende Theorien darüber, wo und wie das Leben begann“, erläutert Lane und führt dazu weiter aus: „Unterwasser-Hydrothermalquellen gehören zu den vielversprechendsten Orten für den Beginn des Lebens – unsere Erkenntnisse belegen diese Theorie jetzt mit soliden experimentellen Beweisen.”

Hintergrund
Tief unter den Meeren der Erde gibt es Öffnungen, in denen Meerwasser mit Mineralien aus der Erdkruste in Kontakt kommt und eine warme, alkalische und stark wasserstoffhaltig Umgebung (mit hohen pH-Werten) erzeugt. Der Vorgang erzeugt mineralstoffreiche Schlote ​​mit alkalischen und sauren Flüssigkeiten, die als Energiequelle chemische Reaktionen zwischen Wasserstoff und Kohlendioxid zu immer komplexeren organischen Verbindungen ermöglichen. Tatsächlich stammen einige der ältesten Fossilien der Welt, aus der Umgebung einstiger Tiefseeschlote (…GreWi berichtete).

In der Erzeugung von Protozellen sehen die Forscher einen wichtigen Schritt im Verständnis über die Entstehung des Lebens, da sie als die grundlegendste Form einer Zelle angesehen werden können, die nur aus einer Doppelschichtmembran um einer darin eingeschlossenen wässrige Lösung besteht.

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Frühere Experimente zur Erzeugung von Protozellen aus natürlich vorkommenden einfachen Molekülen – insbesondere Fettsäuren – hatten kühles, frisches Wasser genutzt, waren aber nur unter exakt kontrollierten Bedingungen erfolgreich, wohingegen die Protozellen bei Experimenten in simulierten hydrothermalen Tiefseeschlot-Umgebungen instabil wurden und zerfielen.

Den Grund für die früheren Misserfolge sehen Jordan und Kollegen in dem Umstand, dass diese Experimente allesamt nur eine kleine Anzahl von Molekültypen, hauptsächlich mit Fettsäuren gleicher Größe verwendet hatten, während in natürlichen Umgebungen eine größere Anzahl von Molekülen zu erwarten sei. Aus diesem Grund hatte das Forscherteam in der aktuellen Studie versucht, Protozellen mit einer Mischung aus verschiedenen Fettsäuren und Fettalkoholen herzustellen, wie sie zuvor nicht verwendet wurden.

Hierbei fanden die Forscher nun heraus, dass Moleküle mit längeren Kohlenstoffketten Wärme benötigen, um sich zu einem Vesikel, also eine Protozelle zu formen. Eine alkalische Lösung half den jungen Vesikeln, ihre elektrische Ladung aufrechtzuerhalten und auch die verwendete Salzwasserumgebung erwies sich als hilfreich, da sich die Fettmoleküle in einer salzigen Flüssigkeit enger zusammenschlossen und so stabilere Vesikel bildeten.

Zum ersten Mal gelang es den Forschern damit, selbstorganisierende Protozellen in einer Umgebung zu erzeugen, die der von hydrothermalen Schloten ähnelt und stellten dabei zudem fest, dass Hitze, Alkalität und Salz die Bildung von Protozellen nur nicht behinderten, sondern aktiv begünstigten.

“Wir wissen zwar immer noch nicht, wo sich das Leben zuerst gebildet hat, aber unsere Studie zeigt, dass wir die Möglichkeit von hydrothermalen Tiefseeentlüftungen nicht ausschließen können“, so die Autoren der Studie und verweisen abschließend darauf, dass Hydrothermalquellen in der Tiefsee nicht nur auf der Erde vorkommen: „Weltraummissionen haben Beweise dafür gefunden, dass eisige Monde von Jupiter und Saturn auch ähnlich alkalische hydrothermale Quellen in ihren verborgenen Ozeanen haben könnten (siehe Links). Wir haben zwar noch nie Hinweise auf Leben in den Meeren dieser Monde gesehen, wenn wir aber solches Leben finden wollen, kann unsere Studie bei der Entscheidung helfen, wo wir genau suchen sollten.“

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Quelle: University College London

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