Wie ist das Leben entstanden? Die Theorie der Ursuppe geht davon aus, dass sich die ersten Bausteine des Lebens – also die Bestandteile von Proteinen, DNA und RNA – spontan aus anorganischen Molekülen gebildet haben. Doch wie konnten diese sich dann in Zellen zusammenfinden? Eine Hypothese geht davon aus, dass sich schon früh Lipidmembranen gebildet haben, die bestimmte Bereiche umschlossen, aus denen sich daraufhin die Vorläufer der Zellen entwickeln konnten. Das Problem dabei: Nur sehr kleine Moleküle können solche Membranen durchdringen. Für den Austausch größerer Moleküle hingegen wären spezielle Transportproteine notwendig gewesen, die es damals allerdings noch nicht gab.
Ansammlungen ohne Membran
Eine alternative Hypothese besagt deshalb, dass die ersten Vorläufer der Zellen noch keine Membran besaßen. Stattdessen habe es sich um sogenannte Koazervate gehandelt. „Koazervate sind kondensierte Tröpfchen, die durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung von Makromolekülen durch Wechselwirkungen wie Elektrostatik und Hydrophobie entstehen“, erklärt ein Team um Aman Agrawal von der University of Houston in Texas. Damit verhalten sie sich ähnlich wie Öltröpfchen in Wasser. Zwischen solchen Koazervaten können problemlos auch größere Moleküle ausgetauscht werden.
Doch genau daraus ergibt sich ein neues Problem: Der Austausch zwischen diesen Tröpfchen geschieht so schnell, dass die Koazervate keine individuelle Identität aufbauen können, die die Grundlage für die weitere Evolution legen würde. „Wenn Moleküle ständig zwischen Tröpfchen oder Zellen ausgetauscht werden, sehen nach kurzer Zeit alle Zellen gleich aus, und es gibt keine Evolution, weil man am Ende identische Klone hat“, so Agrawal. Gemeinsam mit seinem Team bildete Agrawal diesen Effekt im Labor nach. Dazu erzeugten die Forschenden eine Mischung, die die Eigenschaften der Ursuppe nachahmt, und versetzten diese mit verschiedenen Proteinen und RNA-Stückchen, die sie mit jeweils unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen markierten.
Regenwasser als Stabilisator
Tatsächlich bildeten sich Koazervat-Tröpfchen, die die jeweilige Fracht enthielten. Doch diese Tröpfchen waren erwartungsgemäß wenig stabil: „Wenn wir zwei Tröpfchenpopulationen, die unterschiedliche fluoreszenzmarkierte Frachtmoleküle enthielten, miteinander vermischten, vereinigten sich die Tröpfchen innerhalb weniger Minuten, und diese Vereinigung führte zur Vermischung der Fracht und zum Verlust der individuellen Identität der Tröpfchen“, berichtet das Team. Anders war es jedoch, wenn die Forschenden die Koazervat-Tröpfchen in destilliertes Wasser überführten und erst dann miteinander vermischten. „In diesem Fall sind die Tröpfchen bemerkenswert effektiv bei der Speicherung ihrer Ladung“, berichten sie. „Einen Monat lang widerstanden diese Tröpfchen nicht nur dem Verschmelzen, sondern bewahrten auch ihre Proteinfracht und damit ihre Identität.“
