Ursuppe: Schufen Blitze die RNA-Basen?

Ursuppe im Reagenzglas: Es brauchte nur die Uratmosphäre, Wasser und einen Blitz, um alle Bausteine des Erbmoleküls RNA zu erzeugen. Das belegt nun ein Experiment, bei dem Forscher die Bedingungen auf der Urerde nachgebildet haben. Eine elektrische Entladung oder eine laserinduzierte Schockwelle reichten darin aus, um aus einfachsten chemischen Bausteinen alle nötigen RNA-Basen und eine Aminosäure zu erzeugen, wie die Wissenschaftler berichten.

Wie und wo das erste Leben auf der Erde entstand, ist noch immer weitgehend ungeklärt. Unklar ist dabei vor allem, welche Reaktionen zur Bildung der ersten sich selbst replizierenden Biomoleküle wie der RNA führten. Das berühmte „Ursuppen“-Experiment von Stanley Miller vor gut 60 Jahren bewies zwar, dass unter den Bedingungen der Urerde verschiedene Aminosäuren entstehen können. Ob jedoch auch die RNA – und damit der wahrscheinliche Vorläufer des Erbmoleküls DNA unter diesen Umständen gebildet wurde, ließ sich nicht nachweisen – bis jetzt.

Uratmosphäre über Ton und Wasser

Nun ist Martin Ferus von der tschechischen Akademie der Wissenschaften und seinen Kollegen ein wichtiger Durchbruch gelungen: In einer Variante von Millers Ursuppen-Experiment gelang es ihnen, alle für die RNA nötigen Nukleobasen zu synthetisieren – und dies ohne einen speziellen Katalysator oder exotische Ausgangsstoffe, wie die Forscher betonen.

Für das Experiment setzen sie eine „Uratmosphäre“ aus Ammoniak (NH₃), Kohlenmonoxid (CO) und Wasserdampf über einer Oberfläche aus Ton und Wasser entweder einer elektrischen Entladung aus – sozusagen einem Blitz – oder aber sie simulierten mit einem Laserpuls die Schockwelle und Hitze eines Asteroideneinschlags. Beide Ereignisse gelten als mögliche Energielieferanten für die Synthese von Biomolekülen.

Erst Formamid, dann die RNA-Basen

Das Ergebnis: Sowohl der Blitz als auch der simulierte Asteroideneinschlag lösten im „Ursuppen“-Behälter eine ganze Kette von Reaktionen aus. Als Zwischenprodukt dieser chemischen Reaktionen entstanden Formamid (CH₃NO) und Cyanwasserstoff (HCN) – zwei Verbindungen, die als wichtige Vorstufen und Katalysatoren für Biomoleküle gelten, wie die Forscher berichten.

Reaktionen im Ursuppen-Experiment: Durch Entladung pder Schockwelle entstehen als Zwischenprodukte Formamid (A) und freie Radikale (B). Im nächsten Schritt bilden sich dann die RNA-Basen. © Ferus et al./ PNAS

Noch viel wichtiger jedoch: Am Ende der Reaktion erhielten die Wissenschaftler alle Grundbausteine der RNA: „Wir detektierten alle kanonischen RNA-Nukleobasen: Uracil, Cytosin, Adenin und Guanin – zusammen mit Harnstoff und der einfachsten Aminosäure, dem Glycin“, berichten Ferus und seine Kollegen.

Einschläge als dreifache Lebensbringer?

Das Experiment belegt damit, dass es auf der Urerde die Bausteine und Voraussetzungen für die Bildung der ersten Biomoleküle gab. „Diese Ergebnisse stützen die Annahme, dass eine Atmosphäre aus Ammoniak, Kohlenmonoxid und Wasserdampf nicht nur als Startumgebung für die Bildung von Aminosäuren geeignet ist, sondern auch für RNA-Nukleobasen“, konstatieren die Forscher.

Gleichzeitig bestätigen sie, dass damals häufige Ereignisse wie Blitze oder Asteroideneinschläge als mögliche Impulsgeber für die Synthese dieser Lebensbausteine dienten. Vor allem die urzeitlichen Einschläge könnten damit sogar dreifache Lebensbringer gewesen sein: Sie brachten chemische Bausteine für die Biomoleküle auf die Erde und lieferten beim Impakt auch gleich die Energie für die nötigen Reaktionen. Ihre Krater wiederum boten günstige Umgebungen für die Lebensentstehung. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; doi: 10.1073/pnas.1700010114)

(PNAS, 11.04.2017 – NPO)