Gesundheit : Was in der Ursuppe geschah

Am Anfang war die RNS: Forscher versuchen die Entstehung des Lebens auf der Erde zu verstehen

Bas Kast

In einem Örtchen namens Downe, südöstlich von London, 1. Februar 1871. Der Mann mit dem langen, grauen Bart grübelt über die Frage, wie das Leben entstanden sein könnte. Die Entstehung der Arten – dieses Problem hat er schon vor Jahren gelöst. Aber das Leben selbst?

Charles Darwin, 62, hat keine Antwort, natürlich nicht. Aber er hat eine Ahnung: Vielleicht, schreibt er an diesem Wintertag seinem Freund Joseph Hooker, vielleicht war am Anfang ja „irgendein kleiner warmer Teich“, eine Ursuppe „mit allerlei Ammoniak und phosphorhaltigen Salzen, Licht, Hitze, Elektrizität usw.“ Aus dieser leblosen Brühe könnten die ersten zerbrechlichen Bausteine des Lebens hervorgegangen sein ...

Könnte, vielleicht. Wie er solche Wörter hasst. Spekulationen! Kaum hat Darwin seinem Freund die Zeilen geschrieben, winkt er auch gleich wieder ab: Es sei Quatsch, meint er, mit den gegenwärtigen Kenntnissen über den Ursprung des Lebens zu spekulieren. Darwin lässt die Idee fallen und hat in seinen Werken nie ein Wort darüber verloren.

80 Jahre später. 1951 hält der US-Chemiker und Nobelpreisträger Harold Urey an der Universität von Chicago einen Vortrag, in dem er Darwins Briefnotiz aufgreift. Urey präsentiert sogar einige der möglichen Ingredienzen, aus denen Darwins „kleiner warmer Teich“ bestanden haben könnte und meint: Eigentlich müsste man das Ursüppchen sogar „nachkochen“ können, warum nicht?

Im Saal sitzt auch ein gewisser Stanley Miller, Student, Anfang 20. Gebannt lauscht er den Ausführungen des Nobelpreisträgers – und schlägt ihm vor, es zu machen. Okay, sagt Urey, und im Herbst 1952 ist es so weit: Der junge Miller sitzt im Labor des Nobelpreisträgers vor einem Glaskolben, köchelndes Wasser darin, das den brodelnden Ur-Ozean simulieren soll. Miller mischt Ammoniak, Methan, Wasserstoff hinzu, und mit Elektroden lässt er die Ur-Atmosphäre von „Blitzen“ durchzucken.

Und dann. Tatsächlich. Zwei Tage später ist das Wunder vollbracht: In dem Gebräu hat sich Glyzin gebildet. Glyzin ist eine Aminosäure, und Aminosäuren sind die Grundbausteine von Proteinen, jenen Eiweißen, aus denen alles Leben besteht. Der Befund ist so unglaublich, wochenlang weiß man beim US-Forschermagazin „Science“ nicht so recht, ob man ihn veröffentlichen soll. „Die meisten hielten mich zumindest für ein wenig verrückt“, sagt Miller, der heute an der Universität von Kalifornien in San Diego nach wie vor die Ursprünge des Lebens erforscht. Dann erscheint die Studie doch: im Mai 1953, einen Monat bevor James Watson und Francis Crick ihr Modell der DNS- Doppelhelix präsentieren. DNS, Desoxyribonukleinsäure, das Molekül, das den Lebenskern der Zellen bildet.

Inzwischen zweifeln Experten zwar daran, ob die Ursuppe vor rund 3,5 Milliarden Jahren tatsächlich so beschaffen war, wie Urey und Miller sich das vorstellten. Und die Kritik ist noch grundsätzlicher: Ja, in Millers „Ursuppe“ entstanden Aminosäuren, und ja, Aminosäuren gehören zu den Grundbausteinen des Lebens – „aber das heißt nicht unbedingt, dass das Leben mit Aminosäuren begann“, sagt der Chemiker Sven Thoms von der Universitä t Bochum, Autor des Buchs „Ursprung des Lebens“ (Fischer 2005).

Und doch, mit seinem Beweis, dass Bausteine des Lebens prinzipiell aus toter Materie hervorgehen können, hatte Miller über Nacht die Wissenschaft von den Wurzeln des Lebens begründet: Was war ganz am Anfang? Wie entwickelte sich das Lebensmolekül DNS? Wie bildete sich die erste Zelle, die „Urzelle“? Erstmals wagte man sich an Fragen, die zu Darwins Zeit noch außerhalb wissenschaftlicher Reichweite lagen.

Rasch stieß man dabei auf das Problem von der Henne und dem Ei. Eine Zelle besteht aus zwei Grundkomponenten, die sich gegenseitig voraussetzen: Erstens einem Strang genetischer Information in Form von DNS. Die DNS stellt einen Code dar, ein Kochbuch, das festlegt, wie die Proteine, das Gerüst der Lebewesen, gebildet werden sollen. Für Proteine benötigt man also DNS. Um aber die DNS herzustellen und abzulesen, braucht man Proteine, die als Enzyme tätig werden; die Enzyme steuern die erforderlichen chemischen Reaktionen. Mit anderen Worten: Für DNS benötigt man Proteine und für Proteine DNS. „Es funktioniert nur, wenn alles da ist“, sagt der Chemiker Thoms.

Erst nach und nach hat man einzelne Puzzlesteine gefunden, die Hinweise auf eine Lösung des Dilemmas liefern. Dabei ist der kleinere Bruder der DNS, die chemisch aktivere Ribonukleinsäure RNS, immer mehr ins Visier der Forscher gerückt. RNS ist in unseren Zellen unter anderem als Vermittler zwischen der DNS und der Proteinherstellung tätig. War RNS vielleicht die Erbsubstanz der Urzelle? Diese Idee – zunächst auch nur eine von vielen Möglichkeiten – gewann an Attraktivität, als man RNS-Moleküle fand, die nicht nur die Erbinformation für Proteine speichern, sondern auch als Enzym wirksam werden und biochemische Reaktionen lenken können. Diese Moleküle nennt man Ribozyme. Ribozyme könnten in der Urzelle als Henne und Ei zugleich fungiert haben. Leben hat nach dieser Theorie mit einer „RNS- Welt“ begonnen, die erst später von der „DNS-Welt“ abgelöst wurde.

Mittlerweile versucht man, die Entstehung einer solchen RNS-Welt im Labor nachzuspielen – allen voran der Harvard- Forscher Jack Szostak. Vor einigen Jahren gelang es ihm, Ribozyme im Reagenzglas herzustellen. Aber Ribozyme machen noch keine Zelle. Dazu bedarf es einer Membran, die als schützende Hülle die genetische Information und die Proteine umschließt. Eine Zellmembran, stellte der Harvard-Forscher fest, bildet sich allerdings relativ leicht, sobald Fettsäuren vorhanden sind. Man müsste also nur beide Welten, RNS und Zellmembran, zusammenführen, schon wäre man der Urzelle ein Stück näher.

Szostak machte die Probe aufs Exempel und füllte einige Zellhüllen mit RNS, ein Vorgang, der sich in der Ursuppe zufällig vollzogen haben könnte. Verblüfft stellte er fest: Wenn sich RNS-Moleküle in einer Zelle befinden, liegt ein RNS- Konzentrationsgefälle zwischen dem Inneren und Äußeren der Zelle vor, was dazu führt, dass Wasser in die Zelle dringt, so dass sich das Gefälle ausgleicht (die RNS-Moleküle sind zu groß, um durch die Membran zu gelangen). Durch das einströmende Wasser wird die Zelle dicker, die Membran spannt sich. Die Folge: Die Zelle startet einen Raubfeldzug und „klaut“ Teile anderer Zellhüllen in der Umgebung, die in ihrem Innern kein RNS haben. Die Zelle mit RNS wächst so auf Kosten anderer Zellhüllen, die zugrunde gehen – bereits auf dieser Ebene ist Darwins Kampf ums Dasein in Aktion getreten.

Aber wie entstand überhaupt die RNS? Was ist mit der Zellhülle? Und wie fingen RNS und Zellhülle an, „zusammenzuarbeiten“, um eine Einheit des Lebens zu bilden? Fragen, auf die derzeit niemand eine Antwort kennt. Im Gegenteil, je weiter die Forscher in die Zeit zurückgehen, desto tiefer tappen sie im Dunkeln, und jede scheinbare Antwort führt sie nur zu neuen Rätseln.

Mit dem Problem sah sich freilich schon der Student Stanley Miller bei seinem Ursuppen-Versuch konfrontiert. Als er kurz nach der Entdeckung sein Experiment vor einer Gruppe hochkarätiger Wissenschaftler präsentierte, soll ihn der Kernphysiker und Nobelpreisträger Enrico Fermi gefragt haben, wie man denn wissen könne, ob die Vorgänge in dem Glaskolben auch tatsächlich so auf der Erde im Urzustand stattgefunden haben. Miller, ratlos, erhielt damals Beistand von seinem Mentor Urey: „Wenn Gott es nicht so gemacht hat“, erwiderte dieser, „dann hat er eine gute Gelegenheit verpasst.“

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