Entstand das irdische Leben in großen Natronseen?

Zürich (Schweiz) – Phosphor gilt als Schlüsselelement des Lebens. Doch Phosphor ist nicht nur heute knapp, sondern war dies auch schon, als das Leben entstand. Auf die Frage, wo vor rund vier Milliarden Jahren auf der Erde ausreichen Phosphor vorhanden war, damit Leben entstehen konnte, liefert nun eine Studie eine neue Antwort.

Wie das Team um Craig Walton von der ETH Zürich und der University of Cambridge aktuell im Fachjournal „Science Advances“ (DOI: 10.1126/sciadv.adq0027) erläutern, gilt Phosphor neben Stickstoff und Kohlenstoff als essenzielles Element für das Leben auf der Erde.

Phosphor – Element des Lebens

„Es ist ein zentraler Bestandteil von Molekülen – zum Beispiel die DNA, die RNA, welche der Übertragung und Speicherung von genetischer Information dienen oder das ATP (Adenosintriphosphat), das Zellen zur Energiegewinnung benötigen“, erläutern die Forschenden in der ETH-Pressemitteilung. „Auch in Bezug auf den Ursprung des Lebens dürfte Phosphor eine Schlüsselrolle gespielt haben. Damit biochemische Prozesse, die dem Leben vorausgehen, ins Laufen kommen können, braucht es bestimmte Bedingungen. Eine davon ist ausreichend Phosphor. Seine Verfügbarkeit reguliert das Wachstum und die Aktivitäten von Organismen. Anders als Stickstoff oder Kohlenstoff ist Phosphor auf der Erdoberfläche relativ selten – das galt in der Ära bevor es Leben gab, genauso wie heute.“

Doch gerade weil Phosphor so selten und so schwer verfügbar ist und auch schon zu Urzeiten war, wird unter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern schon lange diskutiert, wo das Element in ausreichender Menge zur Verfügung stand.

Präbiotik braucht hohe Phosphor-Konzentrationen

Um diese Frage zu beantworten, führte das Team unter anderem im Labor Experimente durch. Diese zeigten, dass die präbiotische Chemie sehr hohe Phosphor-Konzentrationen erfordert – etwa 10.000-mal mehr Phosphor als in Wasser natürlicherweise vorkommt.

Eine Phosphorquelle sehen die Forschenden um Walton in urzeitlichen großen Natronseen ohne natürlichen Abfluss. So diese Seen groß genug waren, könnten sie die Phosphor-Konzentrationen selbst dann noch ausreichend lange hochgehalten haben, als irgendwann in ihnen Leben zu existieren begann und dann fortwährend Phosphor verbrauchte.

„Solche Seen, [wie es sie heute noch gibt], geben nur durch Verdunstung, nicht durch Abfluss Wasser ab. Dadurch bleibt der Phosphor im Wasser zurück, anstatt dass er durch Flüsse und Bäche abgeführt wird. So konnten sich in diesen Natronseen sehr hohe Phosphor-Konzentrationen aufbauen. (…) Durch einen starken Zufluss von Flusswasser, das Phosphor enthält, können die notwendig hohen Phosphor-Konzentrationen erreicht werden.“

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Ein Beispiel für einen solchen heutigen großen Natronsee ist der Mono Lake in Kalifornien. Hier bleibe die Phosphor-Konzentration konstant hoch, sodass dort eine Vielzahl von Lebewesen gedeihen kann. „Das ist entscheidend, weil in kleinen Seen der Phosphor verbraucht wird, bevor neue Mengen nachkommen können. Der Phosphor des Mono Lake wird also in hohen Konzentrationen erhalten, das heißt, es fließt regelmäßig viel Phosphor nach, ohne dass der Phosphorgehalt zu schnell sinkt.“

Schlussfolgerung widerspricht Darwin

Entsprechend große frühzeitliche Natronseen könnten also in der Frühgeschichte der Erde eine ideale Umgebung für die Entstehung des Lebens gewesen sein, schlussfolgern Walton, Kollegen und Kolleginnen. Die Forschenden gehen davon aus, dass das Leben eher in solchen großen Gewässern als in kleinen Tümpeln entstanden ist, wie es Charles Darwin einst vermutet hatte.

„Die Entstehung des Lebens könnte also eng mit der besonderen Umwelt von großen Natronseen verbunden gewesen sein, die durch ihre geologische Umgebung und den Phosphorhaushalt ideale Bedingungen für die präbiotische Chemie boten“, so Walton abschließend. „Diese neue Theorie hilft dabei, ein weiteres Stück des Rätsels um den Ursprung des Lebens auf der Erde zu lösen.“

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Recherchequelle: ETH Zürich

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