Neue Ursuppe: Heißer Schlamm?

In „einem kleinen warmen Teich“ sei das Leben entstanden, vermutete Darwin, und kaum hundert Jahre später sah es ganz danach aus: Stanley Miller kochte 1953 im Labor die Ursuppe zusammen, aus Wasserdampf und der „Uratmosphäre“ – Methan (CH4), Ammoniak (NH4), Wasserstoff (H2) –, simulierte Blitze brachten Energie hinein. Heraus kamen Bausteine des Lebens, Aminosäuren. Fünf konnte Miller nachweisen, drei gehörten zu den 20, aus denen Proteine gebaut werden. Zwar zeigte sich nichts vom zweiten Baustein des Lebens – Nukleinsäuren, aus ihnen werden RNA und DNA –, aber der „proof of principle“ war da: Chemie kann sich selbst beleben, Biomoleküle bilden.

Später kam man von Millers Variante ab, die Uratmosphäre war wohl anders zusammengesetzt, vor allem aus Stickstoff und Kohlendioxid (CO2). Und durch sie strahlte etwas durch, was DNA und RNA beschädigen kann, das UV-Licht der Sonne. Also suchte man den kleinen warmen Teich an einem geschützten Ort, man fand ihn am lichtlosen Meeresgrund, in Tiefseevulkanen. Aus ihnen schießt eine kochende Brühe mit Ingredienzien des Lebens – Methan, Ammoniak, Schwefelwasserstoff (H2S) –, in den Poren der Vulkanwände hätte es sich entwickeln können. Zu einem solchen Ursprung des Lebens im Meer passt, dass Körperflüssigkeiten wie Blut und Lymphe chemische Ähnlichkeiten mit Meerwasser haben: Sie enthalten Salze, Natriumchlorid (NaCl) vor allem.

Ohne Kalium keine Proteine

Aber: In Körperzellen sieht es ganz anders aus, das bemerkte 1926 der kanadische Biochemiker Archibald Macallum. Und er vermutete auch, dass in heutigen Zellen das Erbe der Ahnen bewahrt ist. Dieses „Prinzip der Erhaltung der Chemie“ hat Armen Mulkidjanian (Biologie, Osnabrück und Moskau) aufgenommen und sich das Zellinnere angesehen. Dort gibt es, anders als im Meerwasser (und auch im Süßwasser) mehr Kalium als Natrium, und zwar an zentralen Orten, etwa in den Ribosomen, sie stellen Proteine her. „Ohne Kalium läuft die Proteinsynthese nicht“, berichtet der Forscher der „Presse“. Wo ist dieses Kalium bzw. sein Überschuss über Natrium hergekommen? Heutige Zellen haben elaborierte Membranen mit Durchlässen („Ionenpumpen“) etwa für Kalium und Natrium, aber die ersten Zellen können so raffiniert nicht gebaut gewesen sein, ihre Membranen ließen viel von dem durch, was von außen kam.

Also musste das Wasser des kleinen warmen Teichs ganz anders zusammengesetzt gewesen sein als die meisten heutigen Gewässer: mit mehr Kalium als Natrium. Solches Wasser gibt es, in „geothermischen Feldern“, im Yellowstone-Park etwa. Dort sickert Regenwasser in vulkanisch aktiven Boden und trifft auf Lava. Die heizt es auf und treibt es wieder nach oben, unterwegs löst es Ionen aus dem Gestein. Und irgendwann geht es zwei verschiedene Wege, Teile des Wassers bleiben flüssig, andere verdampfen: „Das ist nicht nur eine physikalische Separation, sondern auch eine chemische“, erklärt Mulkidjanian: „Kalium ist volatiler als Natrium, es ,entscheidet‘ sich eher für Dampf.“ Natrium bleibt eher im flüssigen Wasser, und das strömt zwischen Gesteinsschichten seitwärts, bis es irgendwo austritt, in Geysiren; der Dampf hingegen steigt durch das Gestein nach oben, kondensiert und füllt Löcher mit heißem Schlamm („mud pots“).

Ohne Luftsauerstoff keine Schwefelsäure

So ist das heute, so war es immer. Aber „mud pots“ sind keine kleinen warmen Teiche, sondern extrem saure Brühen – pH-Wert nahe null –, in denen nichts gedeiht. „Du bist blöd: Da gibt es kein Leben, wie soll es je welches gegeben haben?“, hätten ihn die Kollegen von der Biochemie beschimpft, erinnert sich der Forscher. Das wollte er nicht auf sich sitzen lassen: Die Säure ist vor allem Schwefelsäure (H2SO4), sie kommt in den „mud pots“ von Schwefelwasserstoff, der von Sauerstoff (O2) aus der Luft oxidiert wird. Und den gab es zum mutmaßlichen Zeitpunkt der Entstehung des Lebens – vor vier Milliarden Jahren – nicht. „Das waren ,anaerobe geothermische Felder‘ mit mittlerem pH – 6, 7 –, mehr Kalium als Natrium, viel Phosphor und Übergangsmetallen – von der chemischen Komposition für die Entstehung von Leben vorteilhaft“ (Pnas, 13.2.).

("Die Presse", Print-Ausgabe, 14.02.2012)