Die chemischen Vorstufen unserer heutigen Biomoleküle k?nnten nicht nur in der Tiefsee an hydrothermalen Quellen entstanden sein, sondern auch in warmen Tümpeln an der Erdoberfl?che. Die chemischen Reaktionen, die in dieser ?Ursuppe“ m?glicherweise stattgefunden haben, hat ein internationales Team unter Leitung der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena nun erstmalig im Experiment nachvollzogen. Sogar eine der Nukleobasen, die den Code unseres Erbguts darstellen, k?nnte demnach von der Oberfl?che unseres Planeten stammen.

Die Erde ist rund 4,6 Milliarden Jahre alt und war nicht immer ein lebensfreundlicher Ort. In den ersten einhundert Millionen Jahren bestand die Atmosph?re unseres Planeten vorrangig aus Stickstoff, Kohlendioxid, Methan, Schwefelwasserstoff und Cyanwasserstoff, auch bekannt als Blaus?ure. Freien Sauerstoff gab es nicht. Unter diesen Bedingungen ist Eisensulfid stabil, das durch Sauerstoff zu Eisenoxid wird. An der Oberfl?che von Eisensulfid k?nnen biologisch wichtige Reaktionen stattfinden, wie sie auch in bestimmten Enzymen geschehen, die ebenfalls auf Eisen und Schwefel basieren, etwa den Nitrogenasen und Hydrogenasen.

Eine zuf?llige Wiederentdeckung machte es m?glich

?Wir fragten uns: Was passiert, wenn Eisensulfid in dieser vorzeitlichen Atmosph?re mit Blaus?ure in 欧洲杯投注地址_明升体育-竞彩足球比分推荐 kommt?“, erkl?rt Prof. Dr. Wolfgang Weigand vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universit?t Jena. ?Dabei half es uns, dass wir in einer erfolgreichen Kooperation mit meinem Kollegen Prof. Dr. Christian Robl zuf?llig eine besonders reaktive Form von Eisensulfid entdeckt hatten. Diese Form wurde schon zweimal in der Geschichte entdeckt und jeweils wieder vergessen: Einmal im Jahr 1700, dann 1920. Die beiden damaligen Doktoranden Robert Bolney und Mario Grosch entdeckten sie dann quasi zum dritten Mal“, fügt er hinzu. Die beiden Chemiker beobachteten im Labor, dass wenn man Eisenpulver mit Schwefel in Wasser rührt und leicht erw?rmt, nach einer gewissen Zeit explosionsartig Eisensulfid als Mackinawit entsteht. Dieses Mineral diente im ?Ursuppen“-Experiment als Katalysator.

Ein Buchstabe des genetischen Codes kann so entstanden sein

?Zu dem Eisensulfid gaben wir unter Stickstoff-Atmosph?re Kaliumcyanid, Phosphors?ure und Wasser und erw?rmten die Mischung auf 80 Grad Celsius. Die Phosphors?ure wandelt das Kaliumcyanid in Blaus?ure um. Wir nahmen anschlie?end Gas-Proben aus der Atmosph?re der jeweiligen Gef??e und analysierten sie“, beschreibt Weigand das Experiment. Dabei fanden die Forschenden Substanzen, die als Vorl?ufer heutiger Biomoleküle gedient haben k?nnen.

Im Fachjournal ChemSystemsChem best?tigt das Team unter anderem den Fund von Thiolen, die als Lipide in Zellmembranen vorkommen sowie von Acetaldehyd, das als Vorstufe für DNA-Bausteine (den sogenannten Nucleosiden) ben?tigt wird. ?Besonders aufregend war, dass wir unter diesen milden Bedingungen sogar Adenin nachweisen konnten, das als Nukleobase einer der fünf Buchstaben des genetischen Codes ist“, berichtet der Chemiker begeistert.

Dass das Cyanid wirklich den Kohlenstoff für die gefundenen Moleküle lieferte, konnte das Team mittels Isotopenmarkierung nachweisen. Weigand erkl?rt: ?In diesem Experiment enthielt das Kaliumcyanid nicht das Isotop Kohlenstoff-12, wie es zu 98,9 Prozent in der Umwelt vorkommt, sondern stattdessen das schwerere und ebenfalls stabile Isotop Kohlenstoff-13. Dieses Isotop fanden wir auch in den Reaktionsprodukten. So konnten wir eindeutig nachweisen, dass die Kohlenstoffatome in den gefundenen Molekülen wirklich aus dem markierten Kaliumcyanid stammen.“

Fantasie und Geduld – auch über Jahrzehnte

Besonders dankbar ist Weigand über die Kooperation des gesamten internationalen Teams: ?Für so eine Arbeit braucht es wirklich Fantasie und Geduld“, fasst er zusammen. ?Und das haben Robert Bolney und Mario Grosch bewiesen. Auch die Zusammenarbeit mit den Kolleginnen und Kollegen an der University of California in Irvine und an der LMU München war beispielhaft.“

Wie wichtig Fantasie und vor allem Geduld in der Wissenschaft sind, zeigt Wolfgang Weigand selbst. Denn im Jahr 2003 erhielt er für seine Arbeit ?Eine m?gliche pr?biotische Bildung von Ammoniak aus molekularem Stickstoff auf Eisensulfidoberfl?chen“ gemeinsam mit Prof. Dr. Günter Kreisel von der Universit?t Jena und Dr. Willi Brand vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie Jena den Thüringer Forschungspreis.

Nun – fast zwanzig Jahre sp?ter – konnte Weigand auch zeigen, dass an der Erdoberfl?che unter diesen Bedingungen aus Cyanid erste Kohlenstoff-Verbindungen entstanden sein k?nnten, aus denen sp?ter Leben erwachsen ist.