Abiogenese

Moderne Konzepte der Abiogenese

Moderne Abiogenese-Hypothesen beruhen weitgehend auf denselben Prinzipien wie die Oparin-Haldane-Theorie und das Miller-Urey-Experiment. Es gibt jedoch feine Unterschiede zwischen den verschiedenen Modellen, die die Entwicklung vom abiogenen Molekül zum lebenden Organismus erklären sollen, und es gibt unterschiedliche Erklärungen dafür, ob komplexe organische Moleküle zuerst zu sich selbst reproduzierenden Einheiten ohne Stoffwechselfunktionen wurden oder zuerst zu stoffwechselnden Protozellen, die dann die Fähigkeit zur Selbstreplikation entwickelten.

Der Lebensraum für die Abiogenese ist ebenfalls umstritten. Es gibt zwar Hinweise darauf, dass das Leben aus Nicht-Leben in hydrothermalen Schloten auf dem Meeresboden entstanden sein könnte, aber es ist auch möglich, dass die Abiogenese anderswo stattfand, z. B. tief unter der Erdoberfläche, wo neu entstandene Protozellen sich von Methan oder Wasserstoff ernährt haben könnten, oder sogar an den Küsten der Ozeane, wo Proteinoide aus der Reaktion von Aminosäuren mit Wärme entstanden sein könnten und dann als zellähnliche Proteintröpfchen ins Wasser gelangten.

Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass die Abiogenese mehr als einmal stattfand. In einem Beispiel dieses hypothetischen Szenarios entstanden verschiedene Arten von Leben, jede mit unterschiedlichen biochemischen Strukturen, die die Natur der abiogenen Materialien widerspiegeln, aus denen sie sich entwickelten. Letztendlich erlangte jedoch phosphatbasiertes Leben („Standard“-Leben mit einer biochemischen Architektur, die Phosphor benötigt) einen evolutionären Vorteil gegenüber allem nicht-phosphatbasierten Leben („Nicht-Standard“-Leben) und wurde so zur am weitesten verbreiteten Lebensform auf der Erde. Diese Vorstellung veranlasste die Wissenschaftler zu der Annahme, dass es eine Schattenbiosphäre gibt, ein lebenserhaltendes System, das aus Mikroorganismen mit einzigartiger oder ungewöhnlicher biochemischer Struktur besteht und einst auf der Erde existierte oder möglicherweise immer noch existiert.

Wie das Miller-Urey-Experiment zeigte, können sich organische Moleküle unter den Bedingungen der präbiotischen Atmosphäre der Erde aus abiogenen Materialien bilden. Seit den 1950er Jahren haben Forscher herausgefunden, dass Aminosäuren spontan Peptide (kleine Proteine) bilden können und dass wichtige Zwischenprodukte bei der Synthese von RNA-Nukleotiden (stickstoffhaltige Verbindungen, die mit Zucker- und Phosphatgruppen verbunden sind) aus präbiotischen Ausgangsmaterialien entstehen können. Letzteres könnte die RNA-Welt-Hypothese stützen, die besagt, dass es auf der frühen Erde eine Fülle von RNA-Leben gab, das durch präbiotische chemische Reaktionen entstand. Tatsächlich ist RNA nicht nur Träger und Übersetzer genetischer Informationen, sondern auch ein Katalysator, ein Molekül, das die Geschwindigkeit einer Reaktion erhöht, ohne selbst verbraucht zu werden, was bedeutet, dass ein einziger RNA-Katalysator mehrere Lebensformen hervorgebracht haben könnte, was während der Entstehung des Lebens auf der Erde von Vorteil gewesen wäre. Die RNA-Welt-Hypothese ist eines der führenden Konzepte der Abiogenese, das auf Selbstreplikation beruht.

Einige moderne stoffwechselbasierte Modelle der Abiogenese beziehen Oparins enzymhaltige Koazervate mit ein, gehen aber von einer stetigen Entwicklung von einfachen organischen Molekülen zu Koazervaten aus, insbesondere zu Protobionten, Aggregaten organischer Moleküle, die einige Merkmale von Leben aufweisen. Aus den Protobionten entwickelten sich dann vermutlich die Prokaryoten, Einzeller, die aufgrund des Fehlens interner Membranen keinen ausgeprägten Zellkern und keine anderen Organellen besitzen, aber zum Stoffwechsel und zur Selbstreplikation fähig sind und der natürlichen Selektion unterliegen. Beispiele für primitive Prokaryonten, die heute noch auf der Erde zu finden sind, sind Archaeen, die oft in extremen Umgebungen leben, in denen ähnliche Bedingungen herrschen wie vor Milliarden von Jahren, und Cyanobakterien (Blaualgen), die auch in unwirtlichen Umgebungen gedeihen und aufgrund ihrer photosynthetischen Fähigkeiten von besonderem Interesse für das Verständnis des Ursprungs des Lebens sind. Stromatolithen, Ablagerungen, die durch das Wachstum von Blaualgen entstanden sind, sind die ältesten Fossilien der Welt, die auf 3,5 Milliarden Jahre zurückgehen.

Es gibt noch viele unbeantwortete Fragen zur Abiogenese. Experimente müssen noch den vollständigen Übergang von anorganischen Materialien zu Strukturen wie Protobionten und Protozellen nachweisen, und im Falle der vorgeschlagenen RNA-Welt müssen noch wichtige Unterschiede in den Mechanismen der Synthese von Purin- und Pyrimidinbasen, die zur Bildung vollständiger RNA-Nukleotide erforderlich sind, in Einklang gebracht werden. Darüber hinaus behaupten einige Wissenschaftler, dass die Abiogenese unnötig war, und schlagen stattdessen vor, dass das Leben auf der Erde durch die Kollision mit einem außerirdischen Objekt eingeführt wurde, das lebende Organismen beherbergt, wie z. B. ein Meteorit, der einzellige Organismen trägt; die hypothetische Migration von Leben auf die Erde ist als Panspermie bekannt.

Die Forschung zur Abiogenese hat erheblich von der Astrobiologie profitiert, dem Forschungsgebiet, das sich mit der Suche nach außerirdischem Leben (Leben außerhalb der Erde) und dem Verständnis der Bedingungen für die Entstehung von Leben befasst. Astrobiologische Untersuchungen des Mondes Titan zum Beispiel, dessen Atmosphäre keinen freien Sauerstoff enthält, haben ergeben, dass dort komplexe organische Moleküle vorhanden sind, was den Wissenschaftlern einen Einblick in die Bildung biologischer Materialien in einem präbiotischen Lebensraum, der dem der frühen Erde ähnelt, ermöglicht.

Kara Rogers