von Bettina Wurche
Als sich die Erde vor 4,6 Milliarden Jahre formte, war sie ein lebensfeindlicher Ort: eine Kugel aus glühendem Gestein, übersät von Vulkanen, die permanent Lava und giftige Gase in die sauerstofflose Atmosphäre schleuderten. Erst etwa eine Milliarde Jahre später war die Planetenoberfläche so weit abgekühlt, dass sich Ozeane bildeten. Doch im Inneren der Erde brodelte es weiter, sodass sich am Meeresgrund heiße Schwefelquellen, die sogenannten Schwarzen Raucher, bildeten. Die heiße Flüssigkeit und der darin enthaltende Chemiecocktail aus Mineralen und Gasen bildeten möglicherweise die Grundlage für die ersten organischen Verbindungen, aus denen alles Leben auf unserem Planeten entstanden ist.
Zu Beginn handelte es sich dabei um einzellige Urmikroben. Doch wie alle Lebensformen, die heute auf der Erde leben, brauchten auch sie schon zwei Dinge für ihre Existenz: zum einen Kohlenstoff, um Biomasse zu erzeugen, zum anderen eine stetige Energiezufuhr für ihren Stoffwechsel und die Produktion von Baustoffen.
Kohlenstoff war – zum Beispiel in Form von CO2– reichlich vorhanden, um ihn nutzen zu können, mussten die Mikroben ihn aber mit Energieaufwand „einfangen“. Dafür nutzten sie möglicherweise die Energie chemischer Reaktionen, die von den heißen Schwefelquellen zur Verfügung gestellt wurde. Plausibel erscheint das besonders deshalb, weil die heutigen Schwefelbakterien für ihre Energieerzeugung Enzyme einsetzen, die sehr alt sind und bereits früh in der Evolutionsgeschichte entstanden sind. Die Einschränkung dieser Form der Energiegewinnung, der sogenannten Chemosynthese, ist jedoch, dass sie nur in der unmittelbaren Nähe der Schwarzen Raucher am Meeresboden stattfinden konnte.
Sonnenlicht als mächtige Energiequelle
Vor über 3,4 Milliarden Jahren entdeckten die Urmikroben aber auch noch eine andere Energiequelle, die weltweit verfügbar und zudem praktisch unerschöpflich ist: das Sonnenlicht. Analysen zum Alter bestimmter Enzyme sowie Fossilienfunde aus Grönland und Australien zeigen, dass die Nutzung von Licht zur Energiegewinnung – die Photosynthese – vermutlich so alt ist wie das irdische Leben. Erst durch dieses „Anzapfen“ der Sonnenenergie konnten die Mikroorganismen die Erde erobern. Dabei ist die Photosynthese der einzige biochemische Vorgang auf dem Planeten, bei dem mithilfe von Sonnenlicht aus Wasser (H2O) und anorganischen Stoffen wie Kohlendioxid (CO2) organische Verbindungen wie Zucker produziert werden.
Der komplexe Vorgang hat sich wohl aus Pigmenten entwickelt, die ursprünglich dem Zellschutz vor der schädlichen UV-Strahlung dienten: Wurden sie von Licht getroffen, gaben sie etwas Energie ab, die die Urlebewesen mithilfe spezieller Proteinkomplexe nutzbar machen konnten. Heutzutage sind die grünen Chlorophyll-Pigmente zum Einfangen des Lichts besonders verbreitet. Sie geben den meisten Gewächsen ihre Grünfärbung: Weil das Chlorophyll rotes und blaues Licht absorbiert, grünes Licht hingegen ungenutzt reflektiert, erscheint es grün. Einige Cyanobakterien – früher Blaualgen genannt – und Rotalgen enthalten neben anderen Photosynthese-Farbstoffen auch Phycobiline, mit denen sie zusätzlich das grüne Licht absorbieren und seine Energie nutzen können.
