Wie und wo das erste Leben entstand, ist noch immer eines der großen Rätsel der Biologie. Klar scheint, dass wichtige Lebensbausteine wie Proteine und RNA noch vor der Bildung der ersten Zellen entstanden sein müssen. Gängigen Annahmen nach könnten sich diese Moleküle rein chemisch in günstigen Umgebungen wie Gesteinssporen, warmen, mineralreichen Tümpeln oder auch an bestimmten hydrothermalen Schloten am Meeresgrund gebildet haben. Eingeschlossen in kleine Bläschen aus Lipiden oder anderen chemischen Verbindungen könnten die Lebensbausteine in einer Art Protozellen erste Stoffwechselreaktionen ausgebildet haben. Welche Reaktionen dies waren und woher sie ihre Energie nahmen, ist allerdings offen.
Zurück zur ersten Zelle
„Wir wollten wissen, woher der ursprüngliche Stoffwechsel seine Energie bezog”, erklärt Erstautorin Jessica Wimmer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. “Denn vor vier Milliarden Jahren gab es noch keine Enzyme, die in heutigen Zellen die Reaktionen katalysieren. Die Reaktionen mussten vielmehr in der damaligen Umwelt von sich aus stattfinden können.” Für ihre Studie haben Wimmer und ihre Kollegen zunächst versucht, die ursprünglichen, ältesten Stoffwechselreaktionen mithilfe genetischer und biochemischer Vergleiche verschiedener Bakterien und Archaeen zu rekonstruieren. Sie identifizierten dabei 402 Reaktionen, die in allen untersuchten Mikroben vorkamen und wahrscheinlich schon seit Beginn des Lebens nahezu unverändert geblieben sind. Zu diesen gehören die chemischen Reaktionen, durch die die Basen der Erbgutmoleküle RNA und DNA entstehen, aber auch Stoffwechselwege zur Bildung und Verarbeitung der 20 essenziellen Aminosäuren, von 18 Vitaminen und zum Aufbau von Proteinen.
Nach Ansicht des Forschungsteams spricht das fast in allen untersuchten Organismen konservierte Netzwerk dieser 402 Reaktionen dafür, dass es auch schon beim letzten gemeinsamen Vorfahren allen Lebens (Last Universal Common Ancestor, LUCA) existierte. Die Analysen ergaben zudem, dass diese Reaktionen auf grundlegenden Rohstoffen wie Wasserstoff, Kohlendioxid und Ammoniak aufbauen – Molekülen, die es beispielsweise an hydrothermalen Schloten reichlich gab. Allerdings wirft dies die Frage auf, woher die nötige Energie für die frühen Stoffwechselreaktionen stammte.
