Ozeane als Quelle des Lebens

Gestützt wurde diese Theorie, als ein Forschungsteam um den Kölner Geobiologen Helge Mißbach solche Moleküle und Gase entdeckt hat, die in 3,5 Milliarden Jahre alten Gesteinen eingeschlossen sind. Die Geologen haben Baryte aus der Dresser-Formation in Australien untersucht, die weltweit als die ältesten, am besten erhaltenen Sedimentgesteine gelten. Die Forscher fanden in den Mineralien neben Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff auch organische Verbindungen wie etwa Essigsäure und Methanthiol. Diese Verbindungen könnten wichtige Substrate für Stoffwechselprozesse frühen mikrobiellen Lebens gewesen sein.

Wie genau es in der Frühzeit der Erde zur Bildung der Moleküle für die Basis des Lebens kam, kann jedoch nur spekuliert werden. Nach der von Bill Martin vertretenen Theorie ist das Leben in einer Art kontrolliertem Chaos aus unbelebter Materie entstanden. Auf jeden Fall mussten die chemischen Reaktionen unter den gegebenen Bedingungen alle freiwillig abgelaufen sein, sonst hätte die Kaskade an einer Stelle gestoppt. Bill Martin hat 402 einzelne Reaktionen identifiziert, die zur Herstellung von Aminosäuren, Nukleotiden und Cofaktoren aus Wasserstoff, Kohlendioxid, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Phosphat nötig sind. „95 bis 97 Prozent dieser Reaktionen sind thermodynamisch günstig“, berichtet der Düsseldorfer vom Ergebnis einer Computersimulation. Sie laufen freiwillig ab.

Das bedeutet, das Ozean-Szenario wäre möglich: Luca und ihr Stoffwechsel waren nicht auf externe Energiequellen wie UV-Licht, Meteoriteneinschläge, Vulkanausbrüche oder Radioaktivität angewiesen. Die Urzelle könnte unabhängig davon auch im Dunkel der Tiefsee entstanden sein. Wenn die einzelnen Reaktionen alle freiwillig abliefen, konnte sich der Vorgang in den heißen Thermalquellen ständig wiederholen. Wie eine Fabrik, die einmal die Arbeit aufgenommen hat, lieferte die Molekülmaschinerie dann ständig Bausteine, die weiterverarbeitet wurden und sich zu komplizierteren Verbindungen zusammenschlossen – vielleicht in den kleinen Kammern des porösen Vulkangesteins. „So etwas könnte über Hunderttausende Jahre gelaufen sein“, erklärt Bill Martin. Anders als bei den eher zufälligen Einschlägen von Meteoriten könnten die heißen Quellen in der Tiefe der Ozeane damit regelmäßig und in großen Mengen die Moleküle für den Anfang des Lebens geliefert haben.

Die Basis für die Bildung der Urzelle
Doch damit so eine Molekül-Fabrik ihre Produktion aufnehmen konnte, mussten die Ausgangsmaterialien vor Ort zur Verfügung stehen. Der nötige Wasserstoff könnte direkt in den heißen Quellen gebildet worden sein. Geologen kennen solche Prozesse, etwa bei der Umwandlung des Minerals Olivin zu Serpentinit, die an der Erdkruste in 100 bis 200 Grad heißem Wasser abläuft. Der Vorgang ist als Serpentinisierung bekannt und liefert große Mengen Wasserstoff. „Man geht davon aus, dass die Serpentinisierung genauso alt ist wie die Ozeane auf der Erde selbst“, sagt Martin. Er habe für seinen Evolutionsansatz das Wissen von Geologen aus der Geochemie mit den Erkenntnissen der Biologen über den Aufbau von Zellen und deren Stoffwechsel verknüpft.

Im Labor hat der Evolutionsbiologe die Vorgänge in der Tiefsee simuliert. Er verfolgte die Reaktion von Wasserstoff und Kohlendioxid in Wasser bei 100 Grad in Gegenwart des schwefelhaltigen Eisenminerals Greigit, des Eisenoxids Magnetit und der Nickeleisenlegierung Awaruit. Der Reaktor produzierte in 16 Stunden Laufzeit einige Verbindungen, die am Beginn des Lebens gestanden haben könnten: Formiate, Acetate, Pyruvate, Methanol und Methan. Pyruvate sind recht kompliziert aufgebaute Moleküle und Zwischenprodukte im Zucker-Stoffwechsel von Zellen. Sie wurden in größerem Maße gebildet, wenn Martin die Menge an Awaruit im Reaktor erhöhte. Das könnte auch beim natürlichen Vorbild vor drei Milliarden Jahren der Fall gewesen sein. Das Mineral Awaruit wird nämlich häufig gemeinsam mit Serpentinit und Magnetit gefunden, könnte also in den hydrothermalen Quellen ausreichend zur Verfügung gestanden haben. Greigit, Magnetit und Awaruit könnten das Rückgrat der Bildung von Luca sein.

Keines dieser Experimente oder Berechnungen ist ein echter Beweis für die Theorie zum Ursprung allen Lebens in den heißen Quellen. Aber es ist eine Indizienkette, die Jahr für Jahr etwas länger wird. „Wir haben noch Schwierigkeiten, die nötigen Stickstoffverbindungen herzustellen“, gibt Martin zu. Aber er habe schon eine Idee, wie auch das in den heißen Quellen vonstattengegangen sein könnte. Dabei kann Bill Martin viele Details aus dem umfangreichen Forschungsgebiet erzählen. Zum Beispiel über Serpentinit und seinen möglichen Einfluss beim Ursprung des Lebens.

Wenn das grüne Mineral die große Bedeutung hat, wie es der Evolutionsbiologe vermutet, dann erscheint auch eine Entscheidung der Architekten Le Corbusier und Oscar Niemeyer Ende der 1940er-Jahre in einem anderen Licht. Serpentinit hat damals nämlich eine sehr prominente Verwendung erfahren. Ein Teil des Sitzungssaals im Gebäude der Vereinten Nationen in New York wurde damit ausgekleidet.