Eisen hat zu Beginn der Evolution möglicherweise eine wichtige Rolle für die ?Datenträger? des Lebens gespielt: Das Element könnte für die optimale Form und Verarbeitung der Ribonukleinsäure (RNA) urtümlicher Organismen gesorgt haben ? eine Funktion, die heute dem Magnesium zukommt. Das zeigt jetzt eine Studie von US-Forschern. Vor drei Milliarden Jahren gab es noch viel frei verfügbares Eisen, später verschwand es aber und so musste Magnesium seine Funktion übernehmen, glauben die Wissenschaftler.
Zu Beginn der Entwicklung des Lebens kam der RNA und nicht der DNA die Rolle als Träger der Erbinformationen zu, erklären die Forscher um Loren Williams von der School of Chemistry and Biochemistry am Georgia Institute of Technology. Wie die DNA besteht auch die RNA aus Nukleotiden, deren Abfolge die Information zum Bau von Eiweißen kodiert. Damit dieses Datenübertagungssystem funktioniert, muss die RNA eine bestimmte molekulare Form einnehmen. Dabei spielen bei den heutigen Lebewesen positiv geladene Magnesiumionen eine wichtige Rolle. Die Forscher wollten nun herausfinden, ob diese Funktion in einem sauerstofffreien Umfeld auch von Eisenionen übernommen werden kann. Dazu führten sie theoretische Berechnungen und auch Versuche mit RNA-Molekülen unter aeroben Bedingungen durch.
Magnesium war nur die zweite Wahl der Evolution
Die Untersuchungen zeigten, dass die RNA-Moleküle unter der Wirkung von Eisenionen ebenfalls die für ihre Funktion wichtigen Strukturen und Bindungen bilden können. Und mehr noch: Den Forschern zufolge ergeben sich sogar mehr Reaktionsmöglichkeiten, die theoretisch mehr Funktionen in einem biologischen System ermöglichen. Aus der Sicht der Biologie wäre das Eisen dem Magnesium also sogar vorzuziehen, sagen die Forscher. Deshalb vermuten sie, dass sich das Leben ursprünglich mit Eisenionen als Funktionsträger beim RNA-System entwickelte.
Die Ursache, warum die Genetik im Lauf der Evolution auf das Magnesium ausweichen musste, sehen Loren Williams und ihre Kollegen im Erfolg der Photosynthese: Als Produkt der pflanzlichen Energiegewinnung entstand Sauerstoff, der sich in der Atmosphäre der jungen Erde zunehmend anreicherte. Es verband sich dann mit dem freien Eisen und bildete ?rostige? Ablagerungen. Es stand den Organismen deshalb immer weniger zur Verfügung und so musste eine Alternative her: das Magnesium.
Loren Williams (School of Chemistry and Biochemistry am Georgia Institute of Technology) et al.: PLoSONE, doi:10.1371/journal.pone.0038024 © wissenschaft.de – Martin Vieweg
