Neue Forschungen zeigen, wie die komplexe Chemie für den Ursprung des Lebens relevant sein kann

09.06.2020 - Japan

Chemiker versuchen seit langem, die Ursprünge des Lebens zu verstehen. Ein populäres Modell geht davon aus, dass Leben begann, als sich in der primitiven Umwelt spontan einfache RNA-Moleküle bildeten, die in der Lage waren, sich selbst zu kopieren. Wie dies genau geschah, ist mit Schwierigkeiten verbunden. Neue Forschungen eines Teams von Chemikern unter der Leitung von Ruiqin Yi vom Earth-Life Science Institute (ELSI) am Tokyo Institute of Technology und Albert Fahrenbach, Dozent an der University of New South Wales, legen nahe, dass Mischungen einfacher organischer Verbindungen in Wasser, die energiereicher Strahlung ausgesetzt sind, reagieren und eine Vielzahl komplexerer organischer Verbindungen bilden, die zur Bildung von RNA beitragen könnten. Forscher des Institute for Advanced Study in Princeton, der Tokyo Tech und der University of Arizona waren ebenfalls an der Arbeit beteiligt.

Um diese Arbeit durchzuführen, nahm das Team eine Mischung aus sehr einfachen kleinen Molekülen, gewöhnlichem Kochsalz, Ammoniak, Phosphat und Blausäure und setzte sie an der Tokyo Tech einer hochenergetischen Gammastrahlungsquelle aus. Diese Bedingungen simulieren Umgebungen, die durch natürlich vorkommende radioaktive Mineralien bestrahlt werden, die wahrscheinlich in der Frühzeit der Erde viel häufiger vorkamen. Sie erlaubten es auch, dass ihre Reaktionen intermittierend austrockneten, wodurch die Verdunstung in flachen Pfützen und an Stränden simuliert wurde. Ihre Reaktionen führten überraschenderweise zu einer Vielzahl von Verbindungen, die für den Ursprung des Lebens wichtig gewesen sein könnten, darunter Vorläufer für Aminosäuren und andere kleine Verbindungen, die als nützlich für die Herstellung von RNA bekannt sind.

Sie zeigten, dass dieser Satz von Bedingungen ein, wie sie es nennen, "kontinuierliches Reaktionsnetzwerk" schafft, in dem ständig eine Vielzahl von Verbindungen gebildet und zerstört wird, und diese miteinander reagieren und neue Verbindungen bilden. Diese kontinuierlichen Reaktionsnetzwerke bilden einen komplexen Satz von Reaktionen, und aufgrund der Art und Weise, wie sie ablaufen, können sie eine ganze Reihe von wichtigen Verbindungen auf einmal bilden. Das Team ist der Meinung, dass dies ihre Studie besonders aufschlussreich macht, denn die präbiotische Chemie auf der primitiven Erde hätte nicht so selektiv und zielgerichtet sein können wie die modernen organischen Chemiker im Labor, die Chemikalien zum genau richtigen Zeitpunkt hinzufügen und genau die Verbindungen reinigen können, die sie herstellen wollen.

Das Team glaubt, dass Modelle dieser Art helfen können zu erklären, welche Arten von Umgebungen für die Herstellung von RNA in primitiven planetarischen Umgebungen am besten geeignet sind. Da die Oberflächen von Gesteinsplaneten so variabel sind (man denke an kühle Gebirgsbäche, sprudelnde heiße Quellen und sonnige Strände), gibt es in der Tat viele Orte, an denen eine solche Chemie stattfinden könnte, nur unter leicht unterschiedlichen Bedingungen. Diese Studien wiederum könnten anderen Wissenschaftlern helfen, die besten Gebiete zu identifizieren, in denen nach Leben jenseits der Erde gesucht werden kann.

Wie Hauptautor Ruiqin Yi sagt: "Obwohl wir noch keine RNA hergestellt haben, wirft diese Arbeit neue Fragen auf. Können wir diese Reaktionen so optimieren, dass alle notwendigen Bausteine für RNA aus solchen Mischungen kontinuierlich hergestellt werden? Können wir in dieser "chaotischen" Chemie aus komplexen chemischen Reaktionsnetzwerken andere nützliche Verbindungen wie komplexere Aminosäuren erzeugen?

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