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Wie die Bausteine des Lebens aus dem Weltall auf die Erde kamen

2. Oktober 2017

Astronomen der McMaster University und des Max-Planck-Instituts für Astronomie haben ein stimmiges Szenario für die Entstehung von Leben auf der Erde berechnet, das auf astronomischen, geologischen, chemischen und biologischen Modellen basiert. In diesem Szenario formt sich das Leben nur wenige hundert Millionen Jahre, nachdem die Erdoberfläche soweit abgekühlt war, dass flüssiges Wasser existieren konnte. Die wesentlichen Bausteine für das Leben wurden während der Entstehung des Sonnensystems im Weltraum gebildet und durch Meteoriten in warmen kleinen Teichen auf der Erde deponiert. Die neuen Ergebnisse wurden jetzt in den Proceedings der US National Academy of Sciences veröffentlicht.
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Ein kleiner warmer Teich auf der heutigen Erde, auf dem Bumpass Hell Trail im Lassen Volcanic National Park in Kalifornien. Die kleinen warmen Teiche, in denen das erste Leben entstanden sein könnte, sahen vermutlich nicht unähnlich aus. Bild vergrößern
Ein kleiner warmer Teich auf der heutigen Erde, auf dem Bumpass Hell Trail im Lassen Volcanic National Park in Kalifornien. Die kleinen warmen Teiche, in denen das erste Leben entstanden sein könnte, sahen vermutlich nicht unähnlich aus. [weniger]

Wie auf der Erde vor rund 4 Milliarden Jahren das erste Leben entstand, ist eine der großen Fragen der Wissenschaft. Neue Ergebnisse von Forschern der McMaster University und des Max-Planck-Instituts für Astronomie deuten darauf hin, dass Meteoriten dabei eine wesentliche Rolle gespielt haben dürften. Diese Meteoriten landeten in warmen kleinen Teichen auf der Erde und deponierten dort organische Stoffe, welche die Entstehung des Lebens in Form von selbstreplizierenden RNA-Molekülen ermöglichten.

Die Schlussfolgerungen der Astronomen basieren auf einem Modell, das heutiges Wissen zu Planetenentstehung, Geologie, Chemie und Biologie zusammenfasst. Das vielleicht interessanteste Ergebnis der Berechnungen ist, dass das Leben vergleichsweise früh entstanden sein dürfte: Nur wenige hundert Millionen Jahre, nachdem die Erde ausreichend abgekühlt war, um flüssiges Oberflächenwasser wie Teiche oder Ozeane zuzulassen. Damals trafen ungleich viel mehr Meteorite auf die Erde als heutzutage.

Ben Pearce (McMaster University), der Erstautor der Studie, sagt: "Bis jetzt hatte niemand diese Berechnungen tatsächlich durchgeführt – eine durchaus spannende Situation!“ Sein Kollege und Ko-Autor Ralph Pudritz fügt hinzu: "Weil unser Modell so viele Ergebnisse aus so vielen verschiedenen Bereichen einschließt, ist es erstaunlich, dass alles so schlüssig zusammenhängt. Jeder Schritt unseres Modells führte ganz natürlich zum nächsten. Dass dabei am Ende ein klares Bild herauskam ist für mich ein klares Indiz dafür, dass unser Szenario so falsch nicht sein kann.“

Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie, ein weiterer Co-Autor, sagt: "Um den Ursprung des Lebens zu verstehen, müssen wir die Erde so verstehen, wie sie vor Milliarden von Jahren war. Wie unsere Studie zeigt, liefert die Astronomie einen wichtigen Teil der Antwort. Die Details der Entstehung unseres Sonnensystems haben direkte Folgen für den Ursprung des Lebens auf der Erde."

Die neue Arbeit unterstützt die Hypothese, Leben sei in "kleinen warmen Teichen" entstanden. Die Zyklen, in denen flache Teilchen erst austrocknen und dann wieder mit Wasser gefüllt werden, begünstigen dabei die Entstehung längerer RNA-Ketten. Die Astronomen konnten zeigen, dass Meteoriten eine ausreichende Menge an Nukleobasen zu Tausenden solcher Teiche auf der Erde transportiert haben könnten, um die Entstehung selbstreplizierender RNA-Moleküle in mindestens einem dieser Teiche anzustoßen.

Schematische Darstellung der verschiedenen Einflüsse auf chemische Verbindungen in kleinen warmen Teichen im Wasser und während der Trockenphase: Materialnachschub durch Meteoriten und interplanetare Staubkörnern, Versickerung, Verdunstung, Wiederbefüllung durch Niederschlag, Hydrolyse komplexerer Moleküle und Photodissoziation durch UV-Photonen der Sonne. Bild vergrößern
Schematische Darstellung der verschiedenen Einflüsse auf chemische Verbindungen in kleinen warmen Teichen im Wasser und während der Trockenphase: Materialnachschub durch Meteoriten und interplanetare Staubkörnern, Versickerung, Verdunstung, Wiederbefüllung durch Niederschlag, Hydrolyse komplexerer Moleküle und Photodissoziation durch UV-Photonen der Sonne. [weniger]

Dmitry Semenow vom Max-Planck-Institut für Astronomie fügt hinzu: "Basierend auf dem, was wir über die Planetenbildung und die Chemie des Sonnensystems wissen, haben wir ein konsistentes Szenario für die Entstehung des Lebens auf der Erde vorgeschlagen. Wir haben plausible physikalische und chemische Informationen über die Bedingungen geliefert, unter denen das Leben hätte entstehen können. Jetzt sind die Experimentatoren an der Reihe, herauszufinden, wie das Leben unter diesen ganz spezifischen frühen Bedingungen tatsächlich entstanden sein könnte.“

Hintergrundinformationen

Die hier beschriebene Arbeit ist als B. K. D. Pearce et al., „Origin of the RNA World: The Fate of Nucleobases in Warm Little Ponds" in den Proceedings der National Academy of the United States of America veröffentlicht worden. 

Während der Sperrfrist ist der Artikeltext für akkreditierte Journalisten auf der PNAS-Website abrufbar.

Die beteiligten Forscher sind Ben K. D. Pearce (McMaster University), Ralph E. Pudritz (McMaster University, Max-Planck-Institut für Astronomie und Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg), Dmitri Semenov und Thomas K. Henning (beide Max-Planck-Institut für Astronomie).

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Weitere Abbildungen und Downloadbereich

Ein kleiner warmer Teich auf der heutigen Erde, auf dem Bumpass Hell Trail im Lassen Volcanic National Park in Kalifornien. Die kleinen warmen Teiche, in denen das erste Leben entstanden sein könnte, sahen vermutlich nicht unähnlich aus.

Abbildung 1

Schematische Darstellung der verschiedenen Einflüsse auf chemische Verbindungen in kleinen warmen Teichen im Wasser und während der Trockenphase: Materialnachschub durch Meteoriten und interplanetare Staubkörnern, Versickerung, Verdunstung, Wiederbefüllung durch Niederschlag, Hydrolyse komplexerer Moleküle und Photodissoziation durch UV-Photonen der Sonne.

Abbildung 2

 
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