In kleinen warmen Teichen (im Bild ein Tümpel im Lassen Volcanic National Park in Kalifornien) entstanden möglicherweise mithilfe von Nukleobasen aus dem All die ersten Formen primitiven Lebens auf der Erde.
Die schematische Darstellung zeigt die unterschiedlichen Einflüsse auf chemische Verbindungen in kleinen warmen Teichen im Wasser und während der Trockenphase: Materialnachschub durch Meteoriten und interplanetare Staubkörnern, Versickerung, Verdunstung, Wiederbefüllung durch Niederschlag, Hydrolyse komplexerer Moleküle und Photodissoziation durch UV-Photonen der Sonne.
Hamilton – Wann und wie das Leben auf der Erde seinen Anfang nahm, ist nach wie vor ein großes Rätsel. Von astrobiologischen und geologischen Entdeckungen und biochemischen Experimenten untermauerte Theorien gibt es dagegen viele. So scheint etwa ein Ende September präsentierter Fund von Graphitspuren in 3,95 Milliarden Jahre alten Gesteinen in Kanada darauf hinzudeuten, dass die ersten Zellen früher die Bühne betreten haben als gedacht. Freilich ist keinesfalls gesichert, dass die von japanischen Forschern identifizierten Kohlenstoffreste tatsächlich auf biologische Aktivität zurück gehen.
Außerdem geben derartige Fund nichts darüber preis, ob die ersten Mikroorganismen oder ihre chemischen Bausteine ausschließlich auf der Erde entstanden sind oder – wie eine alternative Theorie besagt – aus dem All stammen. Dass letzteres durchaus plausibel ist, haben nun Astronomen um Ben Pearce von der McMaster University in Hamilton (Kanada) gemeinsam mit Kollegen vom Max-Planck-Institut für Astronomie in einer im Fachjournal "PNAS" veröffentlichten Studie dargelegt.
Das Leben kam schnell
Die Wissenschafter haben nach eigenen Angaben ein stimmiges Szenario für die Entstehung von Leben auf der Erde berechnet, das auf astronomischen, geologischen, chemischen und biologischen Modellen basiert. Laut dieser These formte sich das Leben nur wenige hundert Millionen Jahre, nachdem die Erdoberfläche soweit abgekühlt war, dass flüssiges Wasser existieren konnte. Die wesentlichen Bausteine für das Leben wurden während der Entstehung des Sonnensystems im Weltraum gebildet und durch Meteoriten in warmen kleinen Teichen auf der Erde deponiert.
"Um den Ursprung des Lebens zu verstehen, müssen wir die Erde so verstehen, wie sie vor Milliarden von Jahren war", sagt Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie, ein Koautor der Studie. "Wie unsere Arbeit zeigt, liefert die Astronomie einen wichtigen Teil der Antwort. Die Details der Entstehung unseres Sonnensystems haben direkte Folgen für den Ursprung des Lebens auf der Erde."
RNA in kleinen warmen Teichen
Die Hauptrolle spielt dabei die RNA (Ribonukleinsäure). Sie gilt als Grundlage für frühere, primitive Lebensformen, gleichsam als Funke des Lebens. Die wichtigsten Bausteine von RNA und DNA (Desoxyribonukleinsäure) sind die Nukleotide, durch deren Abfolge der genetische Code gespeichert ist. Die wichtigste Eigenschaft der RNA ist die Selbstreplikation: Denn RNA kann die richtigen Nukelotide zusammensammeln und zu einer Kopie von sich selbst zusammenfügen.
Die Analyse unterstützt die Hypothese, dass die ersten RNA-Abschnitte in "kleinen warmen Teichen" entstanden sind. Die Zyklen, in denen flache Gewässer erst austrocknen und dann wieder mit Wasser gefüllt werden, begünstigen dabei die Entstehung längerer RNA-Ketten. Die Astronomen konnten zeigen, dass Meteoriten eine ausreichende Menge an Nukleobasen zu Tausenden solcher Teiche auf der Erde transportiert haben könnten, um die Entstehung selbstreplizierender RNA-Moleküle in mindestens einem dieser Teiche anzustoßen.
Dmitry Semenov vom Max-Planck-Institut für Astronomie fügt hinzu: "Basierend auf dem, was wir über die Planetenbildung und die Chemie des Sonnensystems wissen, haben wir ein konsistentes Szenario für die Entstehung des Lebens auf der Erde vorgeschlagen. Wir haben plausible physikalische und chemische Informationen über die Bedingungen geliefert, unter denen das Leben hätte entstehen können. Jetzt sind die Experimentatoren an der Reihe, herauszufinden, wie das Leben unter diesen ganz spezifischen frühen Bedingungen tatsächlich entstanden sein könnte." (red, 3.10.2017)