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Entstehung des Lebens

Die Erde entstand nach Auswertung moderner radiometrischer Methoden zur Altersbestimmung von Gesteinen vor etwa 4,65 Milliarden Jahren. Bis heute ist jedoch nicht klar, wann sich das Leben auf unserem Planeten zu entwickeln begann. Die vermutlich ältesten Lebensspuren sind etwa dreieinhalb Milliarden Jahre alt; sie betreffen Stromatolithen, das sind wahrscheinlich von Cyanobakterien aufgebaute Gesteine. Irgendwann zuvor – molekularbiologische Befunde weisen auf den Zeitraum vor etwa vier Milliarden Jahren hin – muss der Ursprung des Lebens liegen. Dies ist sehr bald, nachdem die Erde so weit abgekühlt war, dass Leben auf Kohlenstoffbasis (wie wir es kennen) überhaupt möglich wurde. Obwohl der genaue Vorgang der Lebensentstehung unklar ist, gehen alle Theorien übereinstimmend davon aus, dass dabei Moleküle mit der Fähigkeit zur Selbstverdoppelung (die unter bestimmten Bedingungen identische Kopien von sich selbst herstellen können) entscheidend waren. Solche Moleküle stellen eine Voraussetzung zur Entwicklung des Lebens dar, da sie die Weitergabe von Eigenschaften zwischen den Generationen sichern und somit eine Fortpflanzung ermöglichen.

Die Erdatmosphäre bestand in dieser Frühzeit vorwiegend aus Wasserdampf, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Methan, Ammoniak und Kohlendioxid – chemischen Verbindungen, die auf anderen Planeten unseres Sonnensystems teilweise auch heute noch in größeren Mengen vorhanden sind. Die Bedingungen in der Uratmosphäre wurden im Labor nachgeahmt, erstmals vermutlich um 1910 durch den deutschen Chemiker Walther Löb. Berühmt wurde schließlich 1953 der amerikanische Biochemiker Stanley Miller: Er mischte in seinem Labor die Gase Methan, Ammoniak und Wasserstoff in Gegenwart von Wasser in einem Gefäß und führte Energie in Form elektrischer Entladungen zu – Letzteres simulierte Blitze auf der Urerde. Einige Zeit später konnte er nach der Abkühlung mehrere organische Verbindungen nachweisen, die sich gebildet hatten, darunter Fettsäuren, Kohlenhydrate und insbesondere einige Aminosäuren. Diese sind die Bausteine der Proteine, zu denen auch die Enzyme gehören, die zur Steuerung aller chemischen Abläufe in den Lebewesen entscheidend sind. In späteren Experimenten unter ähnlichen Bedingungen entstanden außerdem Purine und Pyrimidin, wichtige Bestandteile der Nucleinsäuren Ribonucleinsäure (RNA) und Desoxyribonucleinsäure (DNA), die in allen Lebewesen als Erbsubstanz fungieren und die Fähigkeit zur Selbstverdoppelung besitzen. Damit schien es wahrscheinlich, dass solche oder ähnliche Verbindungen auch in der Erdfrühzeit im Meerwasser entstanden, womit die Lebensentstehung von den chemischen Voraussetzungen her plausibel wäre. Man spricht seitdem von einer Ursuppe aus Wasser, anorganischen und organischen Verbindungen als Vorstufen des Lebens. Die Entstehung organischer Moleküle aus anorganischen Ausgangsstoffen, auch als chemische Evolution bezeichnet, schien vor allem im Oberflächenwasser und in Pfützen an der Küste stattgefunden zu haben, wo die Konzentration der Chemikalien ausreichend hoch gewesen wäre.

In den letzten Jahren kamen alternative Theorien über die Bildung bzw. Herkunft der ersten Biomoleküle auf, da viele Wissenschaftler zu der Überzeugung gelangten, die Vorstufen des Lebens wären in Millers Ursuppe durch das UV-Licht der Sonne zerstört worden. So könnten sich die ersten Organismen an Wasserstoffquellen in der Tiefsee (so genannten Schwarzen Rauchern) entwickelt und dort Wasserstoff konsumiert haben; unter Mitwirkung von Pyrit als chemischem Katalysator hätten sich dort organische Moleküle gebildet. Aminosäuren könnten aber auch durch Meteoriten auf die Urerde gelangt sein. Aminosäuren bilden mit Metallverbindungen so genannte Metall-Aminoacidate, die unter dem Einfluss hoher Temperaturen größere Moleküle anderer Verbindungsklassen erzeugen und daher die Ursubstanz des Lebens gebildet haben könnten. So wurde im Labor eine Kometenoberfläche synthetisiert, indem in einer Vakuumkammer bei -262 °C ein Aluminiumblock mit einer Eisschicht überzogen und mit UV-Licht bestrahlt wurde; dabei bildeten sich 16 Aminosäuren (Nature, 2002). Vermutlich sind Aminosäuren überall im Universum vorhanden und können beim Absturz von Kometen auf Planeten gelangen.