Bausteine des Lebens Die Entstehung der ersten Aminosäuren

Wie ist Leben auf der Erde entstanden? Eine Computersimulation verrät erstmals, welche Zutaten und chemischen Vorgänge nötig sind, um die grundlegenden Bausteine aller Zellen zu bauen.
Aminosäuren: Sie sind die Bausteile von Proteinen und damit Grundlage allen Lebens

Aminosäuren: Sie sind die Bausteile von Proteinen und damit Grundlage allen Lebens

Foto: Corbis

Ohne sie gäbe es uns nicht: Aminosäuren sind die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Wie sie erstmals entstanden sind, gibt Forschern seit langem Rätsel auf. Nun hat ein Team den Vorgang mithilfe einer Computersimulation erstmals auf der Ebene einzelner Atome untersucht und fand zwei entscheidende Zutaten: Strom und eine Substanz namens Formamid. Ihre Ergebnisse veröffentlichen sie im

Fachmagazin "Proceedings of the National Academy of Sciences" .

Als Grundlage für die Analyse diente ein Aufsehen erregendes Experiment des amerikanischen Chemikers Stanley Miller aus den 1950er Jahren: Miller hatte elektrische Blitze in eine simulierte Ursuppe aus Methan, Ammoniak, Wasser, Wasserstoff und anderen kleinen Molekülen geschossen und gezeigt, dass sich dabei spontan Aminosäuren formen können. Die ersten Aminosäuren auf der jungen Erde könnten demnach angetrieben durch Blitze in der irdischen Ursuppe entstanden sein, so die aus den Versuchen abgeleitete Theorie.

Aminosäuren sind entscheidend für den Beginn des Lebens, da sie als Bausteine der Proteine dienen. Proteine wiederum sind die wesentliche Bestandteile aller Zellen - von Einzellern, Tieren und Pflanzen. Um genauer zu verstehen, was in der Ursuppe vor sich ging, als die ersten Aminosäuren entstanden, simulierten Antonino Marco Saitta von der Sorbonne-Universität in Paris und Franz Saija vom italienischen Forschungszentrum CNR das Miller-Experiment im Computer.

Aminosäureproduktion in zwei Stufen

Sie befüllten ihre virtuelle Experimentierkammer mit jeweils acht Molekülen Wasser (H2O), Ammoniak (NH3) und Methan (CH4) sowie mit zehn Kohlenmonoxid- (CO) und fünf Stickstoffmolekülen (N2). Auf diese Mischung ließen sie ein elektrisches Feld mit einer Stärke von 3,5 Volt pro Nanometer (millionstel Millimeter) wirken.

Nun zeigten sich die entscheidenden Zwischenschritte:

  • In der Simulation formten sich aus den Zutaten spontan in nur zwei Pikosekunden (billionstel Sekunden) Ameisensäure (CH2O2) und Formamid (CH3NO).
  • Ein elektrisches Feld mit einer Stärke von 5 Volt pro Nanometer führte schließlich zur Bildung eines Vorläufers (Proto-Aminosäure) der Aminosäure Glycin (C2H5NO2), die auch in den Miller-Experimenten entstanden war.

Formamid als Aminosäure-Indiz

Die Simulation zeige die entscheidende Rolle der Elektrizität bei der Entstehung der ersten Aminosäuren, schreiben die Forscher in ihrer Studie. Elektrische Felder, die auch heute noch an der Oberfläche von Mineralen vorkommen, könnten demnach eine bislang übersehene wichtige Komponente bei der Aminosäure-Entstehung gewesen sein, so Saitta und Saija.

Zudem zeige die Simulation die zentrale Rolle von Formamid im Schmelztiegel der Miller-Experimente und sehr wahrscheinlich in vielen der präbiotischen chemischen Reaktionen, die zu biologischem Leben geführt haben. Formamid bilde sich nicht nur fortwährend unter dem Einfluss elektrischer Felder, es begünstige auch die Entstehung komplexerer organischer Moleküle. Formamid könne daher möglicherweise auch außerhalb der Erde als Indiz für das Vorhandensein von Aminosäuren dienen, die nicht von Lebewesen gebildet wurden, so die Autoren.

jme/dpa
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