Studie: Leben auf der Erde ist möglicherweise zweimal entstanden

Die ersten freilebenden Zellen auf der Erde sind möglicherweise nicht in einem einzigen Ereignis entstanden. Stattdessen scheinen Bakterien und Archaeen, die beiden ursprünglichen Linien des Lebens, die Schwelle von der nicht-lebenden Chemie zu lebenden Organismen unabhängig voneinander überschritten zu haben. Dies geht aus einer am Dienstag in Science Advances veröffentlichten Studie hervor.eurekalert+1

Ein internationales Team unter der Leitung von Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf rekonstruierte die tiefe Geschichte des Stoffwechsels: das Netzwerk aus rund 420 chemischen Reaktionen, mit denen Zellen Aminosäuren, RNA-Basen und Vitamine aus einfachen Verbindungen aufbauen. Ihre Analyse deutet auf einen gemeinsamen chemischen Anfang an hydrothermalen Quellen hin, gefolgt von zwei getrennten Wegen zur zellulären Unabhängigkeit.

Ein gemeinsamer Vorfahre mit unvollständiger Chemie

Die Forscher rekonstruierten die Stoffwechselfähigkeiten von LUCA, dem letzten gemeinsamen universellen Vorfahren aller Zellen. Sie fanden heraus, dass LUCA nur für etwa die Hälfte der für den Stoffwechsel benötigten Reaktionen Enzyme besaß. Die verbleibenden Reaktionen wurden wahrscheinlich durch Metalle katalysiert: Eisen, Nickel, Kobalt und Palladium, die in hydrothermalen Quellsystemen natürlich vorkommen.thebrighterside+1

Das Team identifizierte vier Stufen bei der Entstehung der Katalyse: eine Anfangsphase, die vollständig auf Metallen beruhte, eine Metall-Enzym-Hybridstufe bei LUCA und anschließend zwei unterschiedliche Wege, auf denen Bakterien und Archaeen jeweils eigene Enzyme entwickelten, um die Katalysatoren aus der Umwelt zu ersetzen. In fünf Fällen entwickelten die beiden Linien strukturell nicht verwandte Proteine, um dieselbe lebenswichtige Reaktion durchzuführen: ein Beweis für eine parallele, unabhängige Entwicklung.sciencealert+2

„Die neuen Daten lassen nur einen Schluss zu“, sagte Seniorautor William Martin. „Die Linien der Bakterien und Archaeen haben den Übergang zum freilebenden Zustand unabhängig voneinander vollzogen. Nur freilebende Zellen sind lebendig. Nennen wir es beim Namen: Wir sehen hier einen einzigen Ursprung des genetischen Codes, aber zwei Ursprünge des Lebens.“eurekalert+1

Eine Energiequelle vor dem ATP

Die Studie befasst sich auch mit der Frage, wie der frühe Stoffwechsel angetrieben wurde, bevor es ATP gab. Das Team zeigte, dass Phosphit, eine reduzierte Form von Phosphor, die in serpentinisierenden hydrothermalen Umgebungen vorkommt, in Kombination mit Palladium Phosphorylierungsreaktionen in Wasser über Nacht antreiben kann. Dies ersetzte die Rolle von ATP und Enzymen bei der Übertragung chemischer Energie.bioengineer+2

„Phosphit und Palladium ersetzen ATP und Enzyme; das ist erstaunlich und macht die frühe Evolution viel leichter begreifbar“, sagte Manon Schlikker vom Düsseldorfer Team.sciencealert

Den Stammbaum des Lebens neu schreiben

Die Ergebnisse definieren den Ursprung des Lebens neu: als zwei Ereignisse statt als eines. Während alle zellulären Organismen einen einzigen, von LUCA geerbten genetischen Code teilen, wurde die Fähigkeit, unabhängig von einer mineralreichen Quellumgebung zu leben, von Bakterien und Archaeen möglicherweise getrennt erlangt. Es bleiben Unsicherheiten: Die Enzyme der Archaeen sind weniger gründlich charakterisiert, und für viele der postulierten metallgesteuerten Reaktionen fehlt noch der direkte experimentelle Nachweis. Doch die Studie bietet Forschern ein definiertes Reaktionsnetzwerk, eine mögliche Energiequelle und ein spezifisches geologisches Umfeld für weitere Tests.smithsonianmag+2