Die Frage nach dem Ursprung des Lebens auf der Erde zählt zu den bedeutendsten Rätseln der Wissenschaft. Ein interdisziplinäres Team von Forschenden, geleitet von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, hat nun neue Erkenntnisse veröffentlicht, die Licht auf diesen komplexen Prozess werfen. In einer Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen ist, werden die Mechanismen und Energiequellen beleuchtet, die den frühesten Lebensformen zugrunde lagen.
Das Forschungsteam, zu dem auch Doktorandin Natalia Mrnjavac gehört, hat die Genomstrukturen und chemischen Reaktionen von Organismen untersucht, die als Vorläufer der ersten Zellen angesehen werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass es zwei unterschiedliche Zelltypen gab, die sich aus den ersten Lebensformen, den Pionier-Bakterien und den Archaeen, entwickelten. Diese frühen Organismen versuchten, sich über die Bedingungen hinaus, die sie in hydrothermalen Quellen vorfanden, zu adaptieren und damit eine neue Lebensweise zu entwickeln.
Die Forscher verglichen die chemischen Reaktionen, die für den Stoffwechsel nötig waren, und identifizierten 420 verschiedene Reaktionen, die als fundamentales Netzwerk des Stoffwechsels gelten. Diese Reaktionen sind nicht nur für das Überleben von Zellen entscheidend, sondern auch universell in allen heutigen Lebewesen zu finden. Professor William Martin, der die Studie leitet, erklärt, dass die Enzyme, die diese Reaktionen ermöglichen, nicht durch die evolutionären Unterschiede zwischen Bakterien und Archaeen bewahrt wurden. Der letzte gemeinsame Vorfahr aller Zellen, bekannt als LUCA (Last Universal Common Ancestor), verfügte lediglich über die Enzyme für die Hälfte dieser Reaktionen.
Eine interessante Entdeckung des Teams ist, dass viele dieser Reaktionen ursprünglich durch Metalle in der Umgebung katalysiert wurden. Dr. Harun Tüysüz, ein Mitautor der Studie, weist darauf hin, dass Metalle, die in hydrothermalen Quellen vorkommen, in der Lage sind, zahlreiche enzymatische Funktionen zu übernehmen. Dies führt zu der Annahme, dass der Stoffwechsel der frühen Organismen eine hybride Natur hatte – er war sowohl enzymatisch als auch metallisch katalysiert. Diese Erkenntnis könnte bedeuten, dass LUCA einen einzigartigen Stoffwechsel besaß, der die Evolution in zwei verschiedene Richtungen lenkte: zu den heutigen Bakterien und Archaeen.
Ein weiterer Fokus der Studie lag auf der Energiequelle, die diese frühen Lebewesen benötigten. Während ATP, ein bekanntes Energieträgermolekül, in heutigen Zellen eine zentrale Rolle spielt, war es in der Frühzeit des Lebens nicht vorhanden. Stattdessen identifizierten die Forscher Phosphit und Palladium als mögliche Energieträger. Phosphit, eine Phosphorverbindung, zusammen mit Palladium, das als effektiver Katalysator wirkt, könnte den frühen Organismen ermöglicht haben, die notwendigen chemischen Reaktionen durchzuführen, um zu überleben.
Die Studie hat auch eine mathematische Analyse des komplexen Netzwerks von Stoffwechselreaktionen zur Folge. Professor Mike Steel und Professor Daniel Huson entwickelten einen Algorithmus, der es ermöglicht, die Reaktionen von den einfachsten bis zu den komplexesten zu ordnen. Diese Methodik könnte zukünftige Forschungen zur Biochemie des Lebens erheblich voranbringen.
Zusammenfassend zeigt die Forschung, dass die Anfänge des Lebens auf der Erde nicht nur einen, sondern zwei separate Ursprünge haben. Bakterien und Archaeen haben unabhängig voneinander Wege gefunden, um aus den hydrothermalen Quellen zu einer freilebenden Existenz überzugehen. Diese Entdeckung hat tiefgreifende Implikationen für unser Verständnis der Evolution und der Biochemie des Lebens. Die Arbeit bekräftigt, dass es zwar einen Ursprung des genetischen Codes gibt, jedoch zwei verschiedene Wege, die zur Entstehung des Lebens führten.
Die Studie des Düsseldorfer Forscherteams, die auch Wissenschaftler aus verschiedenen Universitäten und Instituten weltweit einbezieht, ist ein bedeutender Schritt zur Klärung der komplexen Fragen rund um den Ursprung des Lebens und die frühe evolutionäre Entwicklung.
