SÜDWESTRUNDFUNK SWR2 Wissen – Manuskriptdienst Wie das

SÜDWESTRUNDFUNK
SWR2 Wissen – Manuskriptdienst
Wie das Leben auf die Erde kam
Evolution – Fluss des Lebens (3)
Autor: Uwe Springfeld
Redaktion: Detlef Clas
Regie: Günter Maurer
Sendung: Samstag, 16. Mai 2009, 8.30 Uhr, SWR2
Wiederholung: Mittwoch, 28. Juli 2010, 8.30 Uhr, SWR2
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Dieses Manuskript enthält Textpassagen in [Klammern], die in der ausgestrahlten
Sendung aus Zeitgründen gekürzt wurden.
1
MANUSKRIPT
Radioakademie-Intro
Evolution – Fluss des Lebens. Wie das Leben auf die Erde kam. Von Uwe Springfeld.
Sprecher:
Die Evolution. Wie findige Detektive haben Forscher ganze Abstammungslinien
ermittelt. Baumartige Farne werden zu Eiche und Buche. Saurier wandeln sich zu
Krokodilen und Vögeln. Aus einem spitzmausähnlichen Tier gehen Pferd und Esel,
Hund und Katze, Affe und Mensch hervor. Leben entwickelt sich aus Leben?
Nicht immer. Einst, zu Beginn der Evolution, kreiste die Erde als heißer
Gesteinsbrocken um die Sonne. Aus rein chemischen Prozessen entwickelten sich
darauf erste Organismen. Erst dann begann die biologische Evolution, sagt der
Biochemiker Uwe Meierhenrich von der Universität Nizza Sophia Antipolis.
Cut 1 (Meiherhenrich)
Die Evolution kann man einteilen in drei Phasen. In die kosmische Evolution, danach
die chemische Evolution und später die biologische Evolution. Die kosmische Evolution
sagt, wie erste Atome entstanden sind. Die chemische Evolution beschreibt, wie erste
Moleküle entstanden sind, die erforderlich sind, damit das Leben auf der Erde zum
Beispiel entstehen kann. Wie Aminosäuren. Später, nachdem man das erste
Lebewesen hat, den Last Universal Common Ancestor nennt man den, LUCA, ist das
der Beginn der biologischen Evolution.
Sprecherin:
Stichwort: LUCA. Eine Abkürzung. LUCA steht für ‘The Last Universal Common
Ancestor’. Zu Deutsch: der letzte, universale gemeinsame Vorfahre. LUCA ist der
Ursprung des Lebens, der älteste und erste Organismus auf der Erde. Vermutlich eine
Urbakterie. Bestehend aus einer Hülle, etwas Erbgut und einigen Proteinen. Doch Art,
Gattung, Familie, Ordnung, Klasse, Stamm und Reich des Wesens sind unbekannt.
Das einzige, was man weiß ist: mit LUCA begann die biologische Evolution.
Sprecher:
Wo kam LUCA her? War er allein? Wie ist er entstanden? Kann man sagen: LUCA
lebte? Was ist das überhaupt: Leben? Wenn wir uns mit der Entstehung des Lebens auf
der Erde befassen, sagt der Biochemiker Meierhenrich, dann müssen wir zwei
verschiedene Familien von Biomolekülen erklären können.
Cut 2 (Meierhenrich)
Das erste: Wir müssen wissen, wie sind Proteine entstanden. Proteine, das sind
Biokatalysatoren. Das sind Enzyme. Die zweite große Gruppe, die man erklären können
muss, das ist das genetische Material. Die DNA. Die RNA.
[Sprecherin:
Das Leben. Zahllose Definitionen versuchen es zu fassen. Aber, um es vorweg zu
sagen: vergeblich. Es entwischt den Forschern immer wieder. Weil jede Definition
dessen, was „Leben“ sein könnte, zu kurz greift. Die Folge: Leben ist heute keine
wissenschaftliche Kategorie, um molekularbiologische Prozesse zu beschreiben.
2
Sprecher:
Trotzdem. Leben. Der Versuch einer Annäherung. Zum Beispiel von Seiten der Biologie
her. Man könnte sagten: Leben ist alles, was Nahrung aufnimmt, verdaut und die
Restprodukte wieder ausscheidet. Hinzu kommt, dass sich das Leben mit nur kleineren
Abweichungen selbst reproduziert.
Diese Definition gilt auch für vollkommen absurdes Zeug. Wie zum Beispiel das Auto.
Das Auto nimmt Nahrung auf. Nämlich den Sprit. Es verbrennt, also verdaut den
Treibstoff und scheidet Restprodukte wie Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und so weiter
wieder aus. Außerdem vermehrt sich das Auto nahezu identisch mit Hilfe eines
Parasiten, Mensch genannt, in eigens dafür konstruierten Gebäuden.
Sprecherin:
Zweiter Versuch. Diesmal von Seiten der Chemie her. Auf Grundlage des zweiten
Hauptsatzes der Thermodynamik, der heißt: die Welt wird zunehmend unordentlicher.
Im Wissenschaftsdeutsch: die Entropie nimmt zu. Im Umgangsdeutsch: Wenn man
Mutter Natur wie einen Elefanten durch einen Porzellanladen treibt, gibt es Scherben.
Aber es entsteht kein neues Kaffeeservice.
Das Leben, nimmt man in der Chemie an, stemmt sich gegen die Unordnung. Um im
Bild mit dem Elefanten durch den Porzellanladen zu bleiben: Leben schafft keine
Scherbenhaufen, sondern klebt die Einzelstücke zu feinstem Meißner Porzellan
zusammen.
Und wieder kann man die Definition „Leben“ überdehnen. Zum Beispiel auf den
Sauerstoff in der Atmosphäre. In höheren Luftschichten beispielsweise ordnen sich
mehr Sauerstoffteilchen miteinander zu einer chemischen Verbindung an, als sie
eigentlich dürften. Wissenschaftler sprechen von der Ozonschicht. Trotzdem würde
niemand behauten, die Ozonschicht lebe.]
Sprecher:
Es gibt keine wissenschaftliche Definition des Lebens. Das Wort „Leben“ ist heute kein
wissenschaftlicher Begriff. Es gibt lediglich Annäherungen. Natürlich schaffen
Lebewesen eine gewisse Ordnung. Selbstverständlich verändern sie sich in ihrer
Reproduktion nur wenig. Leben ist, wie zum Beispiel der Mediziner Thomas Fuchs von
der Universität Heidelberg sagt –
Cut 3 (Fuchs)
Ein Begriff, der beschreibt, dass wir es bei Lebewesen mit Systemen zu tun haben, die
in der Lage sind, sich von ihrer Umwelt durch Membranen abzugrenzen, sich innerhalb
dieser Membranen selbst zu erhalten, und den fortwährenden Stoffwechsel mit der
Umwelt zu nutzen, um sich fortwährend selbst zu reproduzieren.
Sprecher:
Damit bekommt man eine erste Ahnung, wie der Last Universal Common Ancestor, wie
LUCA ausgesehen haben könnte. LUCA selbst muss schon eine Membran besessen
haben. Darin befand sich ein rudimentäres Erbgut. Das steuerte einige Grundprozesse
des Lebens. Beispielsweise war LUCA in der Lage, selbständig Proteine herzustellen
und sich zu vermehren.
Frage: Wie stellen heute lebende Zellen Proteine her? Und kann man von den heutigen
Mechanismen ausgehend zurück auf LUCA schließen?
Musikalischer Trenner
3
Sprecherin:
Der Blick ins Innere einer lebenden Zelle erinnert jeden Laien in Sachen
Molekularbiologie an einen blutigen Gruselfilm. Titel: Das Kettensägenmassaker. In den
Hauptrollen die schrecklichen Geschwister DNA und RNA. Außerdem eine Kettensäge
vom Typ RNA-Polymerase. In der Nebenrolle eine Gruppe harmloser Passanten des
Vereins „Ribozym“.
Die Geschichte selbst ist banal. Im Streit um die Liebe von Mutter Natur geht die RNA
mit der Kettensäge auf die DNA los und sägt sie flugs in der Mitte durch. Um dem
Grusel die Krone aufzusetzen, wühlt sie sich durch die DNA-Innereien. Währenddessen
kommen von hinten die Mitglieder des Vereins Ribozym heran. Aufgrund des Schocks
teilt sich die Gruppe in zwei Hälften. Die einen stürzen sich auf die RNA. Die anderen,
die Fraktion der Aminosäuren, wenden sich mit schwachem Magen ab. Wie Mitglieder
einer Selbsterfahrungsgruppe aus dem letzten Jahrhundert reichen sie sich die Hand
und bilden augenblicklich ein gemeinsames Schmuseknäuel. Das Protein.
Der Schluss des Gruselfilms ist übrigens genauso banal wie die ganze Handlung. Auf
wundersame Weise wächst das Opfer DNA wieder zusammen und die RNA wird
abgeführt. Nur das Schmuseknäuel, das die Aminosäuren gebildet haben, entpuppt sich
langsam als eine Kettensäge.
Sprecher:
Zurück in die Wissenschaft. Dort spricht man von einem System sich wechselseitig
bedingender Faktoren. Die RNA braucht Proteine, um an die Informationen
heranzukommen, wie sie genau diese Proteine zusammensetzen kann. Was war also
zuerst da? Das Protein oder das Erbgut? Womit fing alles Leben auf der Erde an? Uwe
Meierhenrich:
Cut 4 (Meierhenrich)
Was war zuerst da? Das Protein oder die DNA. Das genetische Material. Es ist ein
bisschen die Frage nach Huhn und Ei. Oft sagen wir: Das Huhn als Sinnbild für die DNA
und das Ei als Sinnbild für die Proteine. Was war nun zuerst da von den beiden?
Schwer zu beantworten. Denn die DNA, um sich zu replizieren, braucht die Proteine.
Die Proteine wirken als Katalysatoren, um die DNA zu duplizieren. Eine DNA kann sich
ohne Protein gar nicht vermehren. Also eine DNA ohne Protein ist nutzlos.
Sprecherin:
Proteine helfen der RNA, das Erbgut abzulesen. Erst dann kann die RNA Proteine
produzieren, die ihr beim Ablesen helfen. Die Katze beißt sich in den Schwanz. Wer
zieht ihn ihr wieder aus dem Maul?
Cut 5 (Meierhenrich)
In den 80er-Jahren wurde gesagt, es waren weder die DNA noch die Proteine. Denn
man hatte ein Molekül entdeckt, was einerseits den genetischen Kode speichern kann,
was andererseits zugleich aber auch als Biokatalysator, als Enzym fungieren kann. Und
diese Moleküle nennen sich die RNA. Und das ist heute ein akzeptiertes Modell, dass
man sagt, vor den Proteinen und vor der DNA war die RNA zugegen.
Akzent
Sprecher:
Walter Gilbert. Chemie-Nobelpreis 1980. Sechs Jahre später sprach er plötzlich von
einer RNA-Welt. Ausgerechnet die RNA, die selbst Erbinformationen enthält und die
4
gleichzeitig die Erbinformationen im Zellkern abliest, soll als erstes Biomolekül die Erde
besiedelt haben. Denn, so Gilberts Argumentation, die RNA ist zwar ganz ähnlich
gestrickt wie das Erbgut im Zellkern. Gleichzeitig ist die RNA jedoch viel einfacher
aufgebaut. Geradezu simpel.
Knapp zwanzig Jahre später, 2003, fand der Chemiker Jack Szostak von der Harvard
Unversity heraus, dass sich die RNA selbst vermehren kann. Wenn in der Nähe
bestimmte rötlich-braune Tonerden namens Montmorillonit vorkommen.
Sprecherin:
Zugegeben. Als LUCA lebte, gab es noch keine Tonerde. Tonerde gab der Erde erst im
Backfischalter eine rosig glatte Oberfläche. Zu LUCAs Zeiten war die Erde rissig und
faltig. Wild, heiß, laut und unberechenbar, sagt der Chemiker Henry Strasdeit von der
Universität Hohenheim.
Cut 6 (Strasdeit)
Also wenn wir von dem Zeitpunkt der Lebensentstehung sprechen, würde ich die Erde
so beschreiben: Nachdem, was man heute weiß, ein Urozean, der war salzhaltig,
vielleicht 70 Grad Celsius heiß, und aus diesem Urozean heraus haben sich
Vulkaninseln erhoben. Da war wohl auch relativ viel vulkanische Aktivität dort.
Sprecherin:
Aber die Versuche des Chemikers Jack Szostak zeigen eines. Unter günstigen
Bedingungen kann sich die RNA selbst vervielfältigen. Wenn die Umwelt mitspielt, kann
in kurzer Zeit aus einer einzigen RNA eine zweite hervorgehen, aus denen dann vier,
acht und 16. Schließlich ist eine ganze Fläche von dieser Ur-RNA bedeckt. Kann
daraus Leben entstehen? Der Last Universal Common Ancestor, LUCA? Ja, sagt
Andrei Lupas, der am Tübinger Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie die Abteilung
Proteinevolution leitet.
Cut 7 (Lupas)
Ich denke in erster Linie kann man Leben eigentlich auf eine Fortpflanzung seines
Selbst, welche auf einem Stoffwechsel beruht, reduzieren. Und ich denke, da muss man
also mit Systemen rechnen, die wir heute vielleicht gar nicht als Leben erkennen
würden, die aber sehr wohl diese Grundeigenschaften hatten. Ich würde also diese
RNA-Welt dazurechnen. Das waren membranumhüllte, sehr einfache, chemische
Systeme.
Sprecher:
Das ist also der Stand der Dinge. Die RNA kann sich vermehren. Allerdings nur, wenn
ihr die Umwelt günstig gesonnen ist. Wenn zum Beispiel solche chemischen
Substanzen in der Nähe sind, die später einmal eine rotbraune Tonerde bilden werden.
Ein großer Schritt in der chemischen Evolution wäre, wenn sich die RNA diese Umwelt
selbst schaffen würde. Oder mehr noch: wenn sie solche Substanzen erzeugen könnte,
die die Vermehrung der RNA gewissermaßen anschieben würden, ohne sich selbst
dabei zu verändern. Die Chemie nennt solche Substanzen Katalysatoren. Biologen
sprechen hingegen von Enzymen oder: Proteinen.
Cut 8 (Lupas)
Die Urproteine waren diese Peptide, welche mit der RNA-Welt interagieren konnten,
welche ihre Struktur lokal in Interaktion mit der RNA-Struktur angenommen haben – Sie
konnten nur mit der RNA-Struktur ihre eigene RNA-Struktur finden – aber sie hatten
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damit schon eine gewisse Selektion durchgemacht daraufhin, eine Struktur
auszubilden.
Sprecherin:
Wie groß wäre erst der evolutionäre Vorteil der RNA-Substanz, wenn sie sich derart
entwickeln würde, dass sie gewissermaßen den Bauplan der zur Vermehrung
notwendigen Proteine gespeichert hätte. Dann stünde dem Siegeszug des Lebens auf
diesem Planeten nichts mehr im Wege. Außer der Frage: Woher stammen die ersten
Proteine?
Sprecher:
Proteine bestehen aus Aminosäuren. Chemiker kennen heute über 200 verschiedene
von ihnen. Dass sich bei dieser Auswahl Aminosäuren zu Proteinen zusammenfinden,
scheint auf den ersten Blick nur natürlich zu sein.
Auch an den Grundsubstanzen der Aminosäuren herrscht kein Mangel. Kohlenmonoxid.
Bekannt als giftige Substanz aus dem Auspuff. Kohlendioxyd. Das Gas, das das Bier
zum Schäumen bringt. Ammoniak. Das stechend Riechende im Glasreiniger. Methan.
Kommt hinten aus der Kuh heraus. Jetzt braucht es nur noch Energie. Hitze. Strahlung.
Fertig ist das Protein?
Sprecherin:
Ganz so einfach ist die Sache nicht. Heute findet man in Lebewesen gerade mal zehn
Prozent aller möglichen Aminosäuren. Wissenschaftler sprechen von AlfaAminosäuren. Die übrigen 90 Prozent hemmen die Entwicklung des Lebens.
Die Chancen, dass eine der seltenen, Lebensfördernden Aminosäuren auf eine
passende zweite trifft, stehen also nicht gut. Und sie sinken sogar, wenn man sich
überlegt, dass nicht nur zwei oder drei Aminosäuren ein Protein bilden, sondern
mehrere hundert, manchmal sogar um die tausend von ihnen. Wie können so viele aus
der kleinen Gruppe der Alfa-Aminosäuren zusammenfinden, ohne dass sich eine
andere dazwischenmogelt und den gesamten Proteinaufbau zunichte macht?
Cut 9 (Lupas)
Wie kam die Natur dazu, genau diese 20 auszuwählen? Wenn wir wieder an die
Grundhypothese, von der ich ausging, zurückgehen, dass nämlich ursprünglich RNAbasierte Organismen existierten, kann man sich sehr wohl vorstellen, dass die RNA die
Aminosäuren ausgewählt hat, und zwar aufgrund ihrer Neigung, mit der RNA zu
interagieren.
Sprecherin:
Wie also entstehen Aminosäuren? Wie kommt es, dass die wenigen passenden auch
zueinander finden? Im Laufe der letzten 60 Jahre verfolgten die Wissenschaftler
verschiedene Annahmen. Da war zum einen die Vermutung, das Leben sei am Rande
von bestimmten Vulkanen entstanden. Vulkane, die unter Wasser liegen, zum Beispiel
tief unterm nördlichen Atlantik nahe Island. Sogenannte „Black Smoker“, weil sie
schwarzen Rauch ausstoßen. Darin befinden sich die Substanzen, aus denen sich
Aminosäuren bilden könnten. Gleichzeitig bringen die Black Smoker die Umgebung
zum Kochen. Das gibt die notwendige Energie, die Reaktion anzuschieben. Aber findet
sie auch tatsächlich statt? Uwe Meierhenrich hat Proben vom Rand der Black Smoker
untersucht.
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Cut 10 (Meierhenrich)
Ein Schiff fuhr auf dem Atlantik, ist dann mit einem U-Boot runtergegangen – Man hat
Proben genommen, von diesem mittelatlantischen Rücken, von diesen hydrothermalen
Quellen – da wo das heiße Gas rausschießt – Ich hab die Quellen auf Aminosäuren
analysiert – Alle Aminosäuren, die ich dort fand, stammten von Bioorganismen.
Sprecherin:
Meierhenrichs Ergebnis: In den Proben befinden sich nur solche Aminosäuren, die in
Organismen vorkommen. Also nur die etwa 20 gesuchten Alfa-Aminosäuren. [Was für
den Laien als starkes Argument gilt, dass hier, aufgeheizt von Unterwasservulkanen,
Leben entstanden sein könnte, ist für den Wissenschaftler das stärkste
Gegenargument. Wenn auf rein chemischem Wege dort unten Aminosäuren
entstünden, dann viele gemeinsam, sagt Uwe Meierhenrich. Also auch solche, die nicht
in Lebewesen vorkommen. Aber solche lebensfremden Aminosäuren konnten in der
Probe nicht nachgewiesen werden.]
Schlussfolgerung: Die gefundenen Aminosäuren sind nicht durch den Vulkan
entstanden, sondern stammen aus solchen Bakterien, die Biologen als „Archaeen“ oder
Urbakterien bezeichnen. Solche Bakterien findet man in extremen Lebensräumen. Im
Salzwasser des toten Meeres, unter höchsten Drücken der Tiefsee, an den kältesten
Orten der Erde und eben am Rand solcher Vulkane, die man Black Smoker nennt.
[Sprecher:
Man hätte auch ohne chemische Analysen zum selben Ergebnis kommen können.
Aufgrund logischer Überlegungen. Im Verlauf der biologischen Evolution haben sich
immer besonders erfolgreiche Konstruktionen behauptet. Dazu zählt unter anderem ein
symmetrischer Körperbau. Die linke und rechte Seite des menschlichen Körpers weisen
zum Beispiel solch eine Symmetrie auf. Auf jeder Seite jeweils ein Arm mit einer Hand,
ein Bein mit einem Fuß. Und in jeder Gesichtshälfte jeweils ein Auge, ein Ohr, ein
Nasenloch. Selbst die Lippen haben mittig eine Kerbe.
Sprecherin:
Mutter Natur hatte diese Konstruktion während der kambrischen Explosion erfunden,
einer Art Urknall der modernen Lebensformen. Das war vor ungefähr 550 bis 500
Millionen Jahren. Wenn Unterwasservulkane tatsächlich Quellen von Aminosäuren
wären, müssten dort unten immer wieder neue Lebensformen entstehen. Die Evolution
müsste dort immer wieder beim Punkt Null anfangen und nicht nach den Fortschritten
der kambrischen Explosion. Nur: Wo sind solche Ur-Lebewesen? Man findet sie nicht
und man kennt sie nicht. Denn es gibt sie nicht. Weil an Black Smokern keine
Aminosäuren entstehen. Schlussfolgerung: Das Leben entstand aus solchen
Umweltbedingungen, die heute verschwunden sind. Wie zum Beispiel die Atmosphäre
der Urerde.]
Cut 11 (Meinerheinrich)
Das Miller-Urey-Modell versucht die Genese der ersten Aminosäuren auf der Erde zu
beschreiben. Dazu hat man die Atmosphäre der frühen Erde simuliert im Labor, in der
berühmten Apparatur von Miller – Miller war der Doktorrand von Harald Urey, Harald
Urey Nobelpreisträger und Miller sein junger Student – Miller hat also das Experiment
durchgeführt, Blitzentladungen in der Atmosphäre, und hat dann entdeckt, dass in der
Atmosphäre Aminosäuren entstanden sind.
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Sprecherin:
Die Atmosphäre der Erde besteht heute zu drei Vierteln aus Stickstoff, zu einem
knappen Viertel aus Sauerstoff und Bruchteilen von Prozenten aus Argon und anderen
Edelgasen, Wasserdampf und Kohlendioxyd. Den Sauerstoff haben aber beispielsweise
erst die Pflanzen produziert. Die Atmosphäre der Erde hat sich im Laufe der
Jahrmilliarden mehrmals grundlegend verändert.
Sprecher:
1953 nahm der Chemie-Nobelpreisträger Harold Urey an, die Atmosphäre der Urerde
bestehe aus den Bausteinen der Aminosäuren. Also aus Methan und Kohlendioxyd und
so weiter. Also beauftragte er seinen Doktorranden Stanley Miller, die nachgebildete
Atmosphäre in Glaskolben zu füllen. Dann ließen sie elektrische Blitze durch die
Apparatur zucken.
Die Analyse der Reaktionsprodukte war ein damals durchschlagender Erfolg.
Aminosäuren. Und zwar: Über 20 verschiedene. Selbst als 55 Jahre nach dem
berühmten Experiment der Chemiker Jeffrey Bada von der Scripps Institution of
Oceanography in La Jolla, Kalifornien, die Proben mit moderner Gaschromatografie und
Massenspektrometrie nochmals überprüfte, zeigten sich dieselben Ergebnisse. Ist damit
das Problem gelöst? – Nein.
Cut 12 (Meierhenrich)
Das große Problem, das man heute mit dem Urey-Miller-Modell hat, ist aber, dass die
Atmosphäre, die von Urey und Miller simuliert wurde, nicht die Atmosphäre ist, von der
man annimmt, dass es die Atmosphäre auf der frühen Erde war. Heute geht man davon
aus, dass die Atmosphäre der frühen Erde überwiegend Kohlendioxyd, CO2, als
Kohlenstoffträger enthielt. Urey und Miller haben in ihren Experimenten eine
überwiegend reduzierende Atmosphäre benutzt, mit Methan als Kohlenstoffträger.
Sprecherin:
[Wie könnten sich Aminosäuren tatsächlich gebildet haben? Welche Möglichkeiten
bleiben offen? Der Autodidakt und Patentanwalt Günter Wächtershäuser spielte eine
leichte Abwandlung der „Black Smoker“-Idee durch. Aminosäuren seien auf bestimmten
Eisen-Schwefel-Mineralien entstanden. Vergeblich. Wieder konnte man nicht erklären,
wieso bevorzugt die zwanzig Aminosäuren des Lebens entstanden sein sollten, aber
auch die anderen in kleineren Konzentrationen.] Es sieht so aus, als gebe es keinen Ort
auf der Erde, an denen die Aminosäuren entstanden sein könnten. In dieser Situation
formuliert Uwe Meierhenrich seine Überlegungen.
Cut 13 (Meierhenrich)
Heute geht man davon aus, dass nicht nur das interstellare Eis eine große Anzahl von
Aminosäuren enthält, sondern ebenfalls die Kometen. Wenn man zudem weiß, dass ein
großer Anteil des Wassers auf der Erde kometalen Ursprungs ist – man spricht von 50
bis 70 Prozent, welches einen Ursprung aus Kometen hat – kann man sich leicht
zusammenreimen, wie viel organisches Material auf die Erde getragen wurde allein
durch Kometen.
[Sprecherin:
Es klingt, wie die x-te Version der kleinen grünen Männchen vom Mars. Dass ganze
Organismen von fernen Welten per Komet durch das Universum zur Erde gereist seien.
Die Gegenargumente scheinen auf der Hand zu liegen. Die lebensfeindliche Umgebung
des Universums: das Vakuum, die harte Weltraumstrahlung, eine Temperatur am
8
absoluten Nullpunkt. Selbst wenn man davon ausgeht, dass nur die Bausteine des
Lebens von anderen Planeten auf Kometen zur Erde geritten seien, bliebe immer noch
eine Frage zu klären. Wie konnten diese Bausteine den Kometen überhaupt besteigen?
Sprecher:
Diese Kritik übersieht einige Fakten. Die Spektralanalyse verschiedener
Kometenschweife hat ihre Bestandteile ans Licht gebracht. Kohlenmonoxyd,
Kohlendioxyd, Methan, Ammoniak. Die selben chemischen Verbindungen, wie sie noch
von Urey und Miller fälschlicherweise für die Uratmosphäre angenommen wurden. Wie
sie auf die Kometen gelangen, ist unklar. Dass sie dort sind, ist unbestritten. Die
Bausteine für Aminosäuren, die sich später zu Proteinen verbinden könnten.
Sprecherin:
Ob es auch fertige Aminosäuren auf Kometen geben kann? Dann würde Uwe
Meierhenrichs Annahme wesentlich plausibler klingen.]
In seinem Labor baute der Astrophysiker Louis D’Hendecourt einen Kometen nach.
Genauer: Das Modell eines Kometen.
Cut 14 (D’Hendecourt)
It is not possible to reproduce a comet in a lab – a comet is about 10 km diameters of
ice and rocks – so we have to deal with microphysics that we can do in a lab with very,
very small samples and than we can reproduce some of the key issues that happens on
comets.
Übersetzer:
Man kann im Labor keine Kometen herstellen. Normalerweise besteht ein Komet mit
einem Durchmesser von 10 Kilometern aus Eis und Gestein. Also müssen wir
Mikrophysik machen. Damit können wir die Schlüsseleigenschaften eines Kometen
reproduzieren.
Sprecher:
Louis D’Hendecourt gab die beobachteten Gase Ammoniak, Kohlenmonoxyd,
Kohlendioxyd und Methan in eine Vakuumkammer. In der Mitte befand sich ein kleines
Stückchen Glas. Dort kristallisierten sich diese Substanzen aus, als Louis D’Hendecourt
die Temperatur auf Weltraum-Niveau absenkte.
Cut 15 (D’Hendecourt)
And then it turns out that there is an kind of mobility in this ice – you are going to form
networks which will contain subunits of molecules – it’s called polymer – And we
assume, but we have no complete evidence for it this kind of organic material, this kind
of polymeric material is similar to what the comet is made in the end actually.
Übersetzer:
Schließlich zeigt sich eine gewisse Art der Beweglichkeit im Eis. Die Bruchstücke der
Moleküle bilden Netzwerke und wir nehmen an, aber wir haben noch keinen
vollständigen Beweis dafür, dieses organische Material, diese Polymere entstehen
letztendlich auch im Kometen.
Sprecherin:
Die Proben kamen zurück nach Nizza. Dort analysierte sie Uwe Meierhenrich per
Gaschromatografie und Massenspektrometer. Er fand eine vollkommen neue Art
9
Aminosäuren. Für gewöhnlich haben Aminosäuren nur einen Arm, den sie
Reaktionspartnern reichen. Links oder rechts. Die Aminosäuren aus dem Kometen
haben jedoch zwei Arme. Links und rechts. Sie reagieren auf beiden Seiten. Deshalb
spricht man von Di-Aminosäuren.
Sprecher:
Die Idee: Wenn sie sich mit dem einen Arm zu Proteinen verbinden, könnten sich auf
der anderen Seite dieser speziellen Moleküle andere Bestandteile angelagert haben,
die dem Erbgut ähnlich sind. Nukleinbasen. Die Ur-RNA. Im nächsten Schritt könnten
die Proteine ihre Baupläne in der Ur-RNA abspeichern. Dieser Zusammenschluss hätte
enorme Vorteile für die Proteine wie für die Ur-RNA. Die Proteine brauchten jetzt weder
Weltraumstrahlung noch Kometenchemie zur Reproduktion, sondern nur die Ur-RNA.
Die Ur-RNA hingegen braucht nun nicht mehr die spezielle Umgebung der rötlichbraunen Tonerde, um sich zu reproduzieren. Die Anwesenheit der Proteine genügt. So
erzeugen also die ersten Proteine die Ur-RNA und die Ur-RNA die Proteine.
Sprecherin:
Die Verbindung mit dem Erbgut wäre geschaffen. Einige Milliarden Jahre später
müssten die Proteine nur noch das Erbgut wie eine Kettensäge der Länge nach
aufschneiden, um an diese Informationen heranzukommen. Ein Kreislauf des Lebens
wäre geschlossen.
Cut 16
(Meierhenrich) Wir sagen, dass die molekularen Bausteine des Lebens aus dem
Weltraum stammen. Diese Aminosäuren, die wir in den Kometen finden, sind nicht
lebende Materie. Nach allen Definitionen des Lebens, die man anwenden könnte. Diese
Aminosäuren leben nicht. Es gibt auch keine Bakterien in den Kometen. Das heißt, wir
sagen: Wir sind nicht Marsmenschen, aber die molekularen Bausteine des
menschlichen oder der sämtlichen Bioorganismen stammen aus dem Weltraum.
Sprecher:
Wie gut D’Hendecourts Kometenmodell ist, wird sich frühestens 2014 zeigen. Dann soll
die europäische Raumsonde Rosetta auf dem Kometen Tschurjumow-Gerasimenko
landen. Mit an Bord: ein Gaschromatograph von Uwe Meiherhenrich. Er ist überzeugt
davon, die vorhergesagten Aminosäuren auf dem Kometen tatsächlich zu finden.
Musikalischer Trenner
Sprecherin:
So soll also das Leben auf der Erde entstanden sein. Kometen und Meteoriten haben
Eis auf die Erde transportiert. Chemisch kontaminiert mit Aminosäuren. Durch die Hitze
auf dem Planeten schmolz das Eis, es bildete sich eine „Ursuppe“. Darin konnten die
Aminosäuren zueinander finden und erste Proteine bilden.
Sprecher:
Dieser letzte Schritt ist doch zu einfach, sagt Henry Strasdeit. In wässeriger Lösung
bleiben Proteine gerade mal ein bis zwei Jahre lang stabil. Dann zerfallen sie wieder in
Aminosäuren. Strasdeits Annahme: Es müssen sich keine Hohlräume gebildet haben.
Abgeschlossene Bläschen, in denen die Aminosäuren aus dem Universum mit der UrRNA der Erde zusammentrafen.
10
Sprecherin:
Eine mögliche Antwort kommt aus den USA. Wieder spielt die rötlich-braune Tonerde
eine Rolle. In einem neuen Experiment gab der Chemiker Jack Szostak Fettsäuren
hinzu. Wie von selbst schlossen sich diese Fettsäuren zu kleinen Bläschen zusammen.
Solche Bläschen, schließt der Chemiker Henry Strasdeit, könnten die ersten, irdischen
Aminosäuren fest umschlossen haben.
Cut 17 (Strasdeit)
Das muss man sich erst einmal so vorstellen, dass es dort einen Raum gibt, ein
wahrscheinlich sehr kleiner Raum, der Größe einer heutigen Bakterie, in dem ein Teil
der Ursuppe abgeschlossen ist. Dort können also spezielle Reaktionen stattfinden, zum
Beispiel können sich Stoffe aufkonzentrieren, diese Stoffe würden ansonsten einfach in
der Ursuppe verdünnt werden.
Sprecherin:
Weitere Fettsäuren lassen das Bläschen wachsen und wachsen. Zwängt man sie
allerdings durch ein feines Sieb, auf der Urerde beispielsweise bei Sturm und Flut durch
poröses Vulkangestein, zerteilen sie sich in zwei Bläschen. Diese Gebilde, man mag
noch nicht von Leben sprechen, konnten sich also reproduzieren. Allerdings: Bei
diesem „Aus-zwei-mach-eins“ Vorgang verdoppelt sich nicht das Erbgut. Die
eingeschlossenen Aminosäuren, jetzt zu Proteinen verbunden, die ihre Baupläne in
Nukleinsäuren abgelegt hatten, verteilten sich wie Mitglieder einer beliebigen Gruppe.
Die links Stehenden rücken weiter nach links, die rechts Stehenden weiter nach rechts.
[Sprecher:
Im nächsten Evolutionsschritt ändert sich die Membran. Sie wird für bestimmte
Chemikalien durchlässig. Andere Substanzen, die das Wechselspiel von Protein und
RNA unterbrechen, werden draußengehalten. Damit ist der erste Stoffwechsel
entstanden, der erste Metabolismus.
Cut 18 (Strasdeit)
Ich denke, so ein Stoffwechsel kommt ne gewisse Zeit lang alleine zurecht, wird aber
dann eine gewisse Komplexität nicht mehr überschreiten können, und vielleicht war das
dann ja auch so ne Art Evolutionsdruck auf dieser Stufe dann, Vor-RNA-Moleküle zu
entwickeln. Aber die sind meiner Überzeugung nach nicht einfach in der Ursuppe
entstanden sondern konnten nur auf Basis solch eines Metabolismus entstehen.]
Sprecher:
LUCA. The Last Universal Common Ancestor. Der letzte universale gemeinsame
Vorfahre aller Lebewesen. Der Ursprung der biologischen Evolution. Zugegeben. Die
Überlegungen von Henry Strasdeit und Uwe Meierhenrich haben Modellcharakter. Die
beschriebenen, chemischen Reaktionen stellen prinzipielle Abläufe dar. So könnte die
Ur-RNA entstanden sein, so die erste Aminosäure, das ersten Protein. So könnten alle
zusammengefunden haben, dass sie in einer Weise miteinander reagieren, die man
heute „Leben“ nennt.
Sprecherin:
Solche Modelle beschreiben Prinzipien, nach denen chemische Reaktionen verlaufen
sein könnten. Sie beschreiben keine konkreten chemischen Reaktionen. Deshalb weiß
heute niemand, mit welchem Erbgut, mit welcher RNA Mutter Natur LUCA ausgestattet
hatte. Niemand kann sagen, welche Proteine dieses Erbgut exakt synthetisieren konnte.
11
Deshalb kann auch niemand sagen, ob LUCA oder ein anderes Ur-Bakterium die
ältesten fossilen Spuren der Welt hinterlassen haben.
Sprecher:
Diese Spuren sind etwa 3,8 Milliarden Jahre alt und befinden sich in der Region
Pilbaram in Westaustralien. Wissenschaftler nennen die Gesteinsformationen, die dort
vorkommen, Stromatolithen. Das sind Sedimente in Knollen oder Säulengestalt, die
unter anderem durch den Stoffwechsel früher Bakterien entstanden sind.
Sprecherin:
Allerdings sagen diese wissenschaftlichen Überlegungen auch: Es sind mehrere, viele,
sozusagen ungezählt viele chemische Reaktionen möglich, die auf der Erde zu dem
geführt haben, was man Leben nennt. LUCA muss kein einzelner Organismus gewesen
sein, kein Adam und keine Eva in einem, in bakterieller Gestalt. Durch die chemische
Evolution könnten viele verschiedene Organismen gleichzeitig entstanden sein.
Cut 19 (Strasdeit)
Man muss sich das nicht so vorstellen, dass das ein einzelnes Lebewesen war, also
eine einzelne Bakterie, sondern eine Gemeinschaft von Lebewesen – und der zweite
Punkt: Es war die Gemeinschaft von Lebewesen, von der unmittelbar alle anderen
Lebewesen heute abstammen. Es könnte aber schon früher andere Lebewesen
gegeben haben, unter Umständen schon sehr viel früher.
Sprecher:
Auf der Erde ist kein Biotop bekannt, das nur von einer Art, einer Gattung Lebewesen
bevölkert wird. Leben besteht immer auch aus Kommunikation. Selbst heute noch
kommunizieren Bakterien, indem sie untereinander Chemikalien austauschen. Die
Einen leben von den Substanzen des Anderen und die Anderen brauchen die Stoffe,
die ihnen von den Ersten zur Verfügung gestellt werden. So bilden sich biologische
Systeme heraus. Und damit die biologische Evolution: Die Suche nach Nischen in der
Umwelt, die das Überleben ermöglichen.
Sprecherin:
Im Laufe der Milliarden Jahre des Lebens auf dem Planeten Erde wandeln sich einige
der ersten Bakterien zu baumartigen Farnen, die später zu Eiche und Buche werden.
Einige andere entwickeln sich zu Sauriern, aus denen Vögel hervorgehen. Dritte
werden irgendwann einmal zu einem spitzmausähnlichen Tier, das die Evolution zu
Pferd und Esel formt, zu Hund und Katze, zu Affe und Mensch.
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