Forscher entdecken neue Spur zum Ursprung des Lebens

Leben braucht Phosphor – viel Phosphor. Doch das Element ist rar, besonders in freier Form auf der Erdoberfläche. Forscher wollten deshalb herausfinden, wo es vor rund vier Milliarden Jahren genügend Phosphor gab, damit Leben überhaupt entstehen konnte. Die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) war an einer neuen Studie beteiligt, die diese Frage mit einem Blick auf ungewöhnliche Orte beantwortet: Natronseen.

Große Seen liefern dauerhaft Phosphor

Phosphor gehört neben Stickstoff und Kohlenstoff zu den drei wichtigsten Bausteinen des Lebens. Damit erste biochemische Prozesse entstehen konnten, mussten bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein. Eine davon war: Es musste genug Phosphor vorhanden sein. Phosphor steuert, wie schnell Organismen sich entwickeln und wie aktiv sie sind. Er steckt unter anderem in der Erbsubstanz DNA und dem Energieträger ATP. Doch obwohl Lebewesen so sehr auf ihn angewiesen sind, ist er schwer zugänglich – heute wie damals.

Laut der ETH Zürich war das auch zur Zeit der Entstehung des Lebens ein Problem. Schon frühere Experimente zeigten, dass präbiotische Prozesse extrem hohe Mengen an Phosphor benötigen – etwa 10.000-mal mehr als in natürlichem Wasser vorkommt.

Verdunstung reichert das Wasser an

Craig Walton, Geowissenschaftler an der ETH Zürich, liefert nun eine mögliche Antwort: Große Natronseen ohne Abfluss könnten die Lösung sein. Diese Seen enthalten viele gelöste Salze, darunter auch Phosphor. Da sie keinen Abfluss haben, verdunstet nur das Wasser – die gelösten Stoffe bleiben zurück. So kann sich Phosphor über lange Zeiträume hinweg anreichern.

Die neue Theorie ergänzt frühere Vermutungen von US-Forschern, wonach Natronseen eine wichtige Rolle gespielt haben könnten. Walton überprüfte diese Idee mithilfe geochemischer Analysen und konnte sie weiter untermauern.

Der Mono Lake als natürliches Labor

Nicht jeder Natronsee eignet sich dafür. Kleine Gewässer verlieren zu schnell Phosphor, vor allem, wenn sich dort erstes Leben bildet, das das Element verbraucht. Große Seen dagegen haben durch Zuflüsse ständig Nachschub – und verlieren nichts durch Abflüsse. Dadurch bleibt die Konzentration stabil hoch.

Ein prominentes Beispiel ist der Mono Lake in Kalifornien. Er ist etwa doppelt so groß wie der Zürichsee und bekannt für seine ungewöhnliche Chemie. Laut ETH Zürich bietet der See ideale Bedingungen: hoher Phosphorgehalt, kein Abfluss, konstante Verdunstung.

Hier gedeihen zahlreiche Mikroorganismen, obwohl der See salzig und alkalisch ist. „Der Phosphor des Mono Lake wird also in hohen Konzentrationen erhalten“, so Walton. Genau solche Bedingungen könnten auch auf der frühen Erde geherrscht haben.

Neue Theorie widerspricht Darwins Tümpel

Charles Darwin hatte einst vermutet, Leben sei in kleinen, warmen Tümpeln entstanden. Walton widerspricht: Große, stabile Natronseen seien die wahrscheinlicheren Ursprungsorte. Diese hätten über lange Zeiträume hinweg konstante chemische Bedingungen geboten.

Laut der ETH Zürich bieten Natronseen durch ihre Geologie und den Phosphorhaushalt eine vielversprechende Umgebung für die Entstehung von Leben.

Diese neue Theorie hilft dabei, ein weiteres Stück des Rätsels um den Ursprung des Lebens auf der Erde zu lösen.

Craig Walton

Kurz zusammengefasst:

• Phosphor ist ein lebenswichtiges Element, das in Molekülen wie DNA und ATP vorkommt, aber auf der frühen Erde nur in sehr geringen Mengen verfügbar war.
• Ein Forschungsteam der ETH Zürich zeigt, dass große Natronseen ohne Abfluss durch Verdunstung hohe Konzentrationen an Phosphor aufbauen konnten, die für erste biochemische Reaktionen nötig waren.
• Solche Seen, wie der Mono Lake in Kalifornien, könnten stabile, phosphorreiche Bedingungen geboten haben und damit eine entscheidende Rolle bei der Entstehung des Lebens gespielt haben.

Übrigens: Uralte Mikroben aus der Tiefsee könnten helfen zu verstehen, wie das Leben auf der Erde begann. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Rikk Flohr