In einem Universum der fortwährenden Entropie ist das Leben die große Ausnahme: Es wächst, erzeugt komplexe Ordnungen und Systeme und fällt erst wieder der Entropie anheim, wenn es zugrunde geht. Doch um diese Ausnahmestellung zu halten, muss es sich von seiner Umgebung abgrenzen, es braucht eine Barriere, die nur das hindurchlässt, was dem Aufbau der inneren Ordnung dient – kurz, eine Zellmembran. Und wieder einmal beginnt hier für die Wissenschaftler auf der Suche nach dem Ursprung des Lebens das große Rätselraten: Woher hat die erste Zelle ihre Membran? Und was war zuerst da: die Hüllmembran oder das molekulare Innenleben?
Knospende Kügelchen
Einen ersten Hinweis geben Mitte der 1950er Jahre Versuche des Biochemikers Sidney Fox. Er kann erstmals im Labor zeigen, dass sich Aminosäuren unter großer Hitze und hohem Druck spontan zu zwei Tausendstel Millimeter kleinen Hohlkügelchen zusammenlagern, den sogenannten Mikrosphären. Diese gleichen äußerlich nicht nur einfachen einzelligen Organismen, sie ähneln auch auf verblüffende Weise den Fossilien, die in 3,8 Milliarden Jahre alten Gesteinen aus Grönland entdeckt worden sind.
Doch dessen nicht genug, können die Mikrosphären noch mehr: Bringt man diese aus sogenannten thermischen Proteinen bestehenden Minikügelchen mit Wasser in Kontakt, zeigen sie ein verblüffendes Verhalten. Sie wachsen, knospen und können sogar selektiv bestimmte Stoffe aus ihrer Umgebung aufnehmen oder sie ausscheiden, darunter so wichtige Stoffwechselsubstanzen wie den Energieträger ATP oder Glucose. Sie tun damit im Prinzip genau das, was die heutigen Zellmembranen auch tun.
Black Smoker als Lebenswiege?
Die Notwendigkeit einer begrenzenden und schützenden Membran sehen auch viele andere Forscher, doch im Gegensatz zu Fox suchen sie diese nicht im Reich der Proteine. Ihr Favorit ist – wieder einmal – das Mineral Pyrit. Im Dezember 2002 stellen William Martin von der Heinrich-Heine-Universität in Düsseldorf und seine Kollegen Michael Russel und Allan Hall von der Universität von Glasgow dazu in der Zeitschrift Nature eine neue Theorie vor.
Im Mittelpunkt ihres Szenariums stehen hydrothermale Quellen am Meeresgrund. Diese zwischen 100°C und 200°C heißen, alkalischen Schlote sind dafür bekannt, Pyrit oder Eisensulfid (FeS) großzügig um sich herum abzulagern. Und dies nicht nur flächig, wie die beiden Forscher feststellen, sondern als eine schwammartig poröse, von zahlreichen von winzigen Kämmerchen durchbrochene Masse. Und genau hier setzt ihre Theorie an: Diese winzigen mineralischen Hohlräume könnten, so Hall und Russell, als eine Art mineralischer Zellmembran fungiert haben.
Das heiße, mit anorganischen Substanzen angereicherte Wasser strömt in diese Pseudozellen ein, konzentriert sich und nutzt gleichzeitig die Pyritoberfläche als Katalysator und Schablone für die entscheidenden biochemischen Reaktionen. Geschützt durch die anorganische Barriere könnten sich so im Laufe der Zeit zunächst Zucker, Aminosäuren und Basen, später die ersten Enzyme und die RNA und schließlich die DNA gebildet haben. Erst als dieses metabolische Innenleben der ersten Zelle vollständig entwickelt war, entstand die erste freilebende Zelle. Oder, wie es Martin formuliert: „Das Leben entkam dem Gestein, als es eine Zellmembran entwickelte.“
Nadja Podbregar
Stand: 25.10.2013
