• vom 25.04.2014, 17:49 Uhr

Natur


Ur-Ozean

Stoffwechsel, bevor es Zellen gab




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  • Schon im Ur-Ozean soll es zellähnliche Reaktionen gegeben haben.

Wien/Cambridge. Noch bevor primitivste Formen des Lebens auf der Erde entstanden, könnten im Ur-Ozean bereits Reaktionen abgelaufensein,die heute im Stoffwechsel aller Organismen stattfinden. Darüber berichten Forscher der Universität Cambridge im Fachblatt "Molecular Systems Biology".

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Die Grundstruktur der chemischen Reaktionen des Stoffwechsels ist bei heutigen Pflanzen, Bakterien oder Menschen dieselbe. "Das deutet darauf hin, dass diese komplexen Netzwerke in der Evolution früh und nur einmal angefangen haben", erklärt Markus Ralser vom Department of Biochemistry der University of Cambridge. Der an der Uni Salzburg ausgebildete Biochemiker leitet eine Gruppe an der britischen Spitzenuniversität. Wie diese Stoffwechselnetzwerke entstanden sind, sei aber bisher unklar gewesen. Eine Hypothese geht von einer auf Ribonukleinsäure (RNA) basierenden Welt aus, die dem heutigen Leben voranging. Stoffwechselnetzwerke sollen das Ergebnis evolutionärer Selektion in dieser RNA-Welt sein, die im Laufe der Zeit verbessert wurden. "Das Problem dabei ist, dass man für Stoffwechselreaktionen komplizierte Enzyme braucht, die irgendwo herkommen müssen - es ist ein Henne-Ei-Problem", so Ralser. Deshalb werde überlegt, ob Stoffwechselreaktionen nicht schon vor der RNA-Welt in der Chemie des Ur-Ozeans entstanden sind.

Vor vier Milliarden Jahren
Die Forscher haben die Bedingungen im Ur-Ozean simuliert. Sie griffen auf Daten von Erdwissenschaftern zurück, die anhand von Sedimenten die Zusammensetzung des weltumspannenden Meeres vor vier Milliarden Jahren rekonstruiert haben. Konkret untersuchten sie 1000 Bedingungen mit unterschiedlichen Konzentrationen von 20 bis 25 Molekülen. Dabei handelte es sich um Salze von Kalium, Kalzium oder Magnesium, und Metalle wie Eisen, das im Ur-Meer in gelöster Form vorlag und sich als wichtigster Stoff herausstellen sollte. Da die Erde damals weitgehend sauerstofffrei war, liefen auch die Simulationen ohne Sauerstoff ab. Bei 70 Grad Celsius beobachteten die Forscher in den simulierten Ur-Ozeanen "29 Reaktionen, die ziemlich gleich wie in heutigen Zellen aussehen", erklärt Ralser. Zwei Reaktionssequenzen seien für den Ab- und Aufbau von Kohlehydraten verantwortlich. Dabei würden Zuckerphosphate aufgebaut, die für die Bildung der RNA benötigt würden. In den Simulationen entstanden RNA-Vorläufer und "eine ganze Reihe von Molekülen, die zentral gebraucht werden, um Fett-, Amino- und Nukleinsäuren aufzubauen". Bisher ging man davon aus, dass solche chemischen Reaktionen nur in Anwesenheit von Enzymen ablaufen können. Im Ur-Meer dürften sie mit Metallen und Phosphaten von alleine abgelaufen sein, wobei die Forscher vermuten, dass Eisen als Katalysator fungierte.




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Dokument erstellt am 2014-04-25 17:53:02


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