Ein Experiment gibt Aufschluss über den Ursprung des Lebens und unterstützt die Existenz einer „Thioester-Welt“ vor den Lebewesen.

Wie sein christlicher Vorname vermuten lässt, wuchs der belgische Biochemiker Christian de Duve in einer katholischen Familie auf, wurde getauft, von den Jesuiten erzogen und heiratete in der Kirche, verlor jedoch im Laufe eines rationalen Prozesses nach und nach seinen Glauben, der 1974 seinen Höhepunkt erreichte, als er für die Entdeckung der Lysosomen, bei Zellorganellen mit Verdauungsfunktionen, den Nobelpreis für Medizin erhielt. 1991 stellte de Duve eine Hypothese über den Ursprung des Lebens ohne die Notwendigkeit eines Gottes auf: „ die Thioesterwelt “, eine Verbindung aus Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Schwefel. Auf diesem Urplaneten, der noch keine Lebewesen kannte, hätten Thioester die nötige Energie geliefert, damit chemische Elemente reagieren und komplexere Moleküle bilden konnten, wie beispielsweise das erste genetische Material, die RNA. Diesen Mittwoch gaben sechs Londoner Wissenschaftler bekannt, dass es ihnen gelungen sei, in ihrem Labor die Reaktionen auszulösen, die auf dieser Thioesterwelt stattgefunden haben könnten. Laut Kepa Ruiz Mirazo , Biophysiker und Philosoph an der Universität des Baskenlandes, handelt es sich um „einen großen Durchbruch, vielleicht den bedeutendsten der letzten Zeit“ in der Forschung zum Ursprung des Lebens.

Der Urknall , die große Explosion, aus der das Universum entstand, ereignete sich vor etwa 13,8 Milliarden Jahren. Die Erde entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Und schon sehr früh interagierten große Wassermassen mit den Mineralien des Planeten und bildeten immer komplexere Moleküle. Dasselbe Londoner Labor unter der Leitung des Chemikers Matthew Powner zeigte bereits 2019, dass mit Inhaltsstoffen, die vor etwa 4 Milliarden Jahren auf der Erde vorhanden waren, wie Schwefelwasserstoff (bestehend aus Wasserstoff und Schwefel) und Ferricyanid (Kohlenstoff, Stickstoff und Eisen), Peptide gebildet werden können, eine Art Kurzform von Proteinen, den Molekülen, die für die wesentlichen Funktionen des Lebens verantwortlich sind.

Powners Gruppe am University College London ist nun noch einen Schritt weiter gegangen. Alle Lebewesen besitzen DNA, ein Molekül, das wie ein Kochbuch funktioniert und Rezepte zur Herstellung von Proteinen enthält, etwa für Hämoglobin im Blut, Kollagen im Knorpel und Antikörper zur Bekämpfung von Krankheitserregern. Ein weiteres Molekül, die RNA, liest die Informationen in der DNA und transportiert sie zur Proteinfabrik, dem Ribosom. Anhand dieser Anweisungen kombiniert die Zellfabrik die 20 Proteinkomponenten, die Aminosäuren genannt werden, und erzeugt das benötigte Protein. Powners Team hat es nun geschafft, die Aminosäuren und die RNA in ihrem Labor spontan zu verbinden, in Wasser mit einem neutralen pH-Wert, also weder sauer noch alkalisch, unter Bedingungen, die denen ähneln, die in einigen Winkeln der primitiven Erde vor etwa 4 Milliarden Jahren herrschten. Ihre Ergebnisse werden diesen Mittwoch in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht, einer führenden internationalen Wissenschaftszeitschrift.

„Leben hängt von der Fähigkeit ab, Proteine ​​zu synthetisieren: Sie sind die wichtigsten funktionellen Moleküle des Lebens. Das Verständnis des Ursprungs der Proteinsynthese ist grundlegend für das Verständnis der Entstehung des Lebens“, sagte Powner in einer Erklärung. „Unsere Studie ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung und zeigt, wie RNA begonnen haben könnte, die Proteinsynthese zu steuern.“

Powner wurde vor 44 Jahren im englischen Tal Wensleydale geboren, dessen Name sich von Wodens Ley oder Odins Wiese ableitet, einem einst vergötterten und heute ignorierten nordischen Gott. Der Biochemiker Christian de Duve, Vater der Thioester-Welt-Theorie, dachte im Alter von 94 Jahren, zwei Jahre vor seinem Tod, über die Götter nach. „Die Logik des Schöpfergottes ist eine anthropomorphe Vision. Wenn ich ein Objekt sehe, muss es jemand gemacht haben. Ich sehe das Universum, also muss es einen Schöpfer geben. Aber wer hat den Schöpfergott erschaffen? Theologen antworten, dass Gott ungeschaffen ist. Wozu also bräuchte man einen Schöpfer? Wenn ich die Existenz eines Schöpfers zugebe, verfalle ich unweigerlich in eine russische Puppe von Schöpfern. Das Universum ist ungeschaffen, es existiert“, erklärte er 2011 in einem Interview mit der französischen Wochenzeitung Le Point .

Der neuen Studie zufolge liefert der Thioester die Energie, die Aminosäuren benötigen, um sich zu aktivieren und an RNA zu binden, ein Molekül, das zur Selbstreplikation fähig ist. Die RNA-Welt -Hypothese, die der amerikanische Biologe Alexander Rich 1962 aufstellte, geht davon aus, dass dieses vielseitige Molekül die erste genetische Erbinformation in frühen Lebewesen war.

„Unsere Studie vereint zwei gängige Theorien über die Entstehung des Lebens: die RNA-Theorie, die selbstreplizierende RNA als fundamentale Grundlage betrachtet, und die Thioester-Theorie, die Thioester als Energiequelle für die frühesten Lebensformen betrachtet“, argumentiert Powner. Im vergangenen Jahr gelang seinem Team die Synthese von Pantethein , einem aktiven Fragment des Coenzyms A, das an zahlreichen Stoffwechselprozessen beteiligt ist, die für die Energiegewinnung unerlässlich sind. Den Forschern gelang die Synthese im Labor in Wasser bei Raumtemperatur aus Blausäure, die auf der frühen Erde vermutlich in großen Mengen vorhanden war. In der neuen Studie reagieren Aminosäuren mit Pantethein.

Der Biophysiker Kepa Ruiz Mirazo lobt die neue Studie, an der er nicht beteiligt war. „Dieses Forscherteam hat nicht nur die Peptidsynthese unter Beteiligung von RNA-Molekülen erreicht, und zwar auf eine Weise, die der von lebenden Zellen ähnelt, aber viel einfacher ist. Ihnen ist es auch gelungen, dies unter neutralen Wasserbedingungen und unter Verwendung einer Form der Energieaktivierung zu tun, die für die ersten Schritte des Lebens auf der Erde sehr plausibel ist“, betont er. Nach Ansicht von Ruiz Mirazo „ist dies eine wunderbare Demonstration der Chemie präbiotischer Systeme “, des Ansatzes, der davon ausgeht, dass bei den ersten Lebewesen drei Faktoren zusammenkamen: Replikation mit vererbbaren Informationen, Stoffwechsel mit Reaktionen zur Nutzung verfügbarer Energie und Materie und Kompartimentierung mit Einkapselung, die eine protozelluläre Umgebung schafft. „Es gibt noch viele Teile des immensen Puzzles um den Ursprung des Lebens auf unserem Planeten zu lösen, aber die Wissenschaft hat einen sehr wichtigen Platz dafür gefunden“, freut sich der Forscher.