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1 COPYRIGHT: COPYRIGHT Dieses Dieses Manuskript Manuskript ist urheberrechtlich ist urheberrechtlich geschützt. geschützt. Es darf Es ohne darf Genehmigung ohne Genehmigung nicht verwertet nicht werden. verwertet Insbesondere werden. darf Insbesondere nicht ganz darf oder es teilweise nicht ganz oder oder in Auszügen teilweise oder abgeschrieben in Auszügen oder in sonstiger abgeschrieben Weise vervielfältigt oder in sonstiger werden. Weise Für vervielfältigt Rundfunkzwecke werden. darf das Für Manuskript Rundfunkzwecke nur mit Genehmigung darf das Manuskript von DeutschlandRadio nur mit Genehmigung / Funkhaus Berlin von Deutschlandradio benutzt werden. Kultur benutzt werden. Deutschlandradio Kultur Forschung und Gesellschaft am 5. Juli 2007 Der Zündfunke der Evolution Theorien über den Ursprung des Lebens Eine Sendung von Robert Brammer Die wichtige Frage ist: wo ist der Übergang von einem nichtbelebten zu einem belebten System. Und der muss bei dem Einfachsten angefangen haben. Und dann hatte man Zellen gehabt. Und alle weiteren Lebewesen haben sich aus Zellen aufgebaut. Deshalb ist die Frage, was ist Leben vielleicht nicht so interessant, wie die Frage wo liegt der Ursprung? Wo ist dieser Übergang von einem Nicht-Belebtem zum Belebtem? (Manfred Eigen) Für Chemie- Nobelpreisträger Manfred Eigen ist die Frage: Was ist Leben? nicht nur eine schwierige, vielleicht auch noch nicht einmal eine gute Frage. Sinnvoller sei es vielmehr zu fragen: wodurch unterscheidet sich ein belebtes System von einem unbelebten? Und wie kann aus Molekülen ein lebendiges System entstehen? In den siebziger Jahren wurde der Göttinger Biophysiker zum führenden Forscher über die Probleme vom Ursprung des Lebens. Damals fand er heraus, dass die Ribonukleinsäure das ideale Werkzeug ist, mit dessen Hilfe man die molekulare Evolution im Reagenzglas studieren kann braute der junge Chemiestudent Stanley Miller eine "Ursuppe". Er füllte eine Glasapparatur mit einem Urozean aus Wasser und einer primitiven Atmosphäre aus Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Wasserdampf. Und immer wieder simulierte Miller mit Hilfe elektrischer 1

2 Entladungen die Blitze der frühen Urzeit. Bis heute gilt dieses Experiment als ein Wendepunkt bei der Suche nach dem Ursprung des Lebens. Millers historisches Experiment zeigte, dass es sich bei der Entstehung des Lebens um einen chemischen Vorgang handelt, der sich auch naturwissenschaftlich experimentell untersuchen lässt. Stanley Miller, der hat nicht die Frage, wie Leben entstanden ist, lösen können. Denn die Frage war, könnten die Aminosäuren, die ja die Bausteine der Proteine sind, also ganz wichtige Substanzen sind, können die nur in lebenden Systemen entstehen. Oder können die auch schon vorher entstanden sein. Und das hat er bewiesen, dass das geht. Er kann einfach eine Mischung aus mehreren Gasen wie Wasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid und da Blitze durchschicken und nachher analysieren und dann entstehen Aminosäuren. Was ich für viel wichtiger halte bei den Versuchen, und was so in der gängigen Darstellung immer unterschlagen wird, ist das, was er da findet, die Häufigkeit der Aminosäuren, wenn er analysiert, dann sagt er: wie viel vom Glycin, das ist die einfachste Aminosäure ist drin, wie viel Analin und dann kommt genau die Häufigkeit heraus, nach der die Aminosäuren heute in Proteinen entstehen. Und das findet man übrigens auch in Meteoriten. Deshalb glaube ich, dass das relevant ist in Bezug auf Leben. Das kommt tatsächlich heraus. So dass das alles Sinn macht für den Ursprung eines Lebens, aber noch nichts über den Ursprung selber aussagt. (Manfred Eigen) Der Ursprung des Lebens, so nimmt man heute an, begann vor etwa vier Milliarden Jahren. Damals entstanden die ersten, noch primitiven Bakterien. Sie hatten nur eine Zellwand und sie verfügten über Erbgut, doch ist unklar, in welcher Form. Offen ist auch, ob solches Leben mehrfach entstand. Nach den "ersten lebenden Zellen" suchte schon Charles Darwin. Er stellte sich einen "warmen Tümpel" als Anfang des Daseins vor. Und in diesem Tümpel, so glaubte er, hätte mit Ammoniak, Phosphorsalzen, Hitze und Licht Leben entstehen können. Es sind diese Gedanken, die 80 Jahre später die Forschungen auf dem Gebiet der chemischen Evolution inspirieren sollten. 2

3 Zunächst mal Darwin: Dieser warme pond, von dem er an einer Stelle mal spricht, den hat er nicht ernst genommen. Und er hat in einem Brief an einen Kollegen aus London, Wallich, der wissen wollte wie weit er zurückgeht, da hat er gesagt: was meine Theorie deckt ist nur die Entwicklung des ersten Lebens vom ersten Lebewesen an. Wir wissen nichts über den Ursprung des Lebens. Das hat er sehr klar formuliert. Aber dann hat er gesagt, und dieser Brief war übrigens wenige Wochen vor seinem Tod, und dann hat er gesagt: trotzdem bin ich überzeugt, dass dieses Prinzip auch unterhalb gelten muss, und das es der Ausdruck eines allgemeinen Naturprinzips, sprich physikalischen Gesetzes ist. Und dieses physikalische Prinzip kennen wir heute. (Manfred Eigen) Manfred Eigen hat eine Theorie der Evolution entwickelt, die erklärt, wie allein nach den Gesetzen der Physik und der Chemie aus toter Materie lebendige Strukturen entstehen konnten. Seine These lautet: Am Anfang war das Chaos. Aber die Entstehung des Lebens aus diesem ursprünglichen Chaos heraus begreift Eigen als das Ergebnis einer Selbstorganisation der Materie. Auch das primitivste lebende System entstand nicht als eine zufällige Anordnung von Bausteinen, sondern durch einen Prozess der Selbstorganisation. Die Frage ist, wirkt das darwinsche Prinzip auf der molekularen Ebene? Und wieder in Göttingen, habe ich dann angefangen darüber nachzudenken und bin eben darauf gekommen, dass um das darwinsche Prinzip zu erklären, was ja Selektion bedeutet, braucht man Reproduktion. Das heißt also, man muss, wenn es eine molekulare Evolution gibt, diese Reproduktion bereits auf der Ebene der Moleküle finden. Und die einzelnen Moleküle, die das tun, sind die Nukleinsäuren: DNA und RNA. Und ich habe eine Theorie entwickelt darüber, die sich später sehr verallgemeinern ließ und die kam dann 1971 in einem sehr umfangreichen Papier der Naturwissenschaften heraus. (Manfred Eigen) Manfred Eigen nimmt an, dass die Biogenese, also die Entstehung des Lebens folgende Phasen durchlief: die Bildung kleiner Moleküle, die Selbstreproduktion von Makromolekülen zu sich selbst reproduzierenden Einheiten und schließlich die Ausbildung von Zellstrukturen. 3

4 In den Anfängen des Lebens war die genetische Information, so Eigen, sehr wahrscheinlich noch nicht auf einem einzigen, großen Molekül untergebracht, sondern auf vielen kleineren. Die wichtigste Frage, die ihn damals umtrieb, lautete: wie kann ein Molekül, das eine Information trägt, entstanden sein? Biologie ist für Eigen weitgehend Sprache, Information, formuliert in einem Alphabet aus wenigen Buchstaben, die in Form von Molekülen aneinandergereiht all das zum Inhalt haben, was das Leben in Gang hält, das individuelle Dasein ebenso wie die Erhaltung der Art. Die in dieser Molekülsprache eingeschriebenen Sätze müssen dafür ständig reproduziert werden. Denn alle Lebewesen sind vergänglich und müssen sterben. Also gilt es, die Information durch Selbstreproduktion zu erhalten. Als das aber passiert war, da wurde die Information zur zentralen Triebkraft des Lebens. Wir sind dann auf die Idee gekommen, was mit dem Ursprung des Lebens zusammenhängt, muss der Ursprung der Information für das Leben sein. Denn ein System lebt erst, wenn es sich ständig adaptieren kann, wenn es sich ständig noch optimieren kann, wenn es irgendwelchen Veränderungen in der Umwelt sich anpassen kann. Wenn sie ein wirkliches System haben, so wie es etwa bis zum heutigen Tage vom Ursprung durchgehalten hat, dann braucht man selbstreproduzierende Systeme. Und das sind die Nukleinsäuren. Und wir haben dann angefangen auch Experimente dazu zu machen. (Manfred Eigen) Leben beginnt für Manfred Eigen mit einer Selbstorganisation. Vor vier Milliarden Jahren haben sich dafür Moleküle, die in der Nährflüssigkeit des Urmeeres existiert haben, zu Aminosäuren zusammengefunden. Und diese Aminosäuren wiederum haben sich zu Proteinen vereinigt. Doch erst durch die Verbindung von Nukleinsäuren und Proteinen wird ein Gebilde geschaffen, das lebensfähig ist. Und erst in den Genen vollzieht sich der Übergang von lebloser Materie zu einem Bauplan des Lebens. Und erst durch das Zusammenfügen von Nukleinsäuren im DNA-Molekül entsteht eine für das Leben elementare Qualität: es 4

5 entsteht Information. Heute wissen wir: Information ist eine fundamentale Eigenschaft von Leben. Denn wenn es darum geht, Eigenschaften weiterzugeben an andere Generationen von Molekülen - dann geht es darum, einen Ordnungszustand weiterzugeben. Und diese Informationen sind in der DNA niedergelegt. Die DNA hat ein Gedächtnis. Sie kann sich reproduzieren. Und sie kann sich mit Hilfe von Mutationen an ihre Umgebung anpassen. Jedes Lebewesen ist durch einen Bauplan charakterisiert. Und dieser Bauplan wird von Generation zu Generation weitergegeben. Leben hat sich seitdem ständig fortgepflanzt. Und das ist auch das Einzigartige, das diesen Zustand völlig von der unbelebten Materie abgrenzt. Die Information ist eben notwendig, damit das System optimiert werden kann. Optimieren heißt ja, dass das, was Sie schon erreicht haben, nicht wieder verloren geht. Sie müssen erhalten. Und das sind schon so komplizierte Zustände, dass die nicht neu entstehen können in jedem Moment. Das heißt also: Sie müssen diese reproduzieren. Aber bei der Reproduktion auch eine genügende Anzahl von Fehlern machen, so dass sie verändern können. Und das ist genau das, was Sie für einen Optimierungsvorgang brauchen. Und die Theorie zeigt das eben. Sie können das Darwinsche Prinzip dann in eine einfache mathematische Formel gießen. ( Manfred Eigen) Lebende Systeme müssen in der Lage sein, Informationen zu speichern, die sie dann beliebig oft reproduzieren können. Dabei müssen außerordentlich viele Informationen sehr genau kopiert werden. Die Fehler, die dabei entstehen, sind der wahre Motor der natürlichen Auslese, der Evolution der Arten. Fehler, so Eigen sind der wirkliche Fortschritt. Allerdings dürfe man nie zu viele Fehler machen. Und dieses System führt schließlich genau zu dem, was Darwin als Selektion bezeichnet hat - als survival of the fittest. 5

6 Für den französische Nobelpreisträger Jacques Monod haben die beiden Grundfaktoren von Zufall und Notwendigkeit das Spiel des Lebens angestoßen und sie sind es auch, die seinen weiteren Verlauf bestimmen. Es weist also kein Plan und kein Ziel dem evolutionären Geschehen die Richtung, sondern es ist der bare Zufall in Gestalt endloser Mutationen, dere die Entwicklung vorantreibt. Für Manfred Eigen dagegen ist es ein absolut aussichtsloses Unterfangen, sich das zufällige Aneinanderreihen von Bausteinen als Konstruktionsprinzip für Proteine vorzustellen. Seiner Ansicht nach hat die Natur deshalb Spielregeln, Regeln der Selektion eingeführt. Moleküle mit funktionellen Vorteilen wurden bevorzugt kopiert. Für den Göttinger Nobelpreisträger sind auch wir Menschen das Produkt eines solch gerichteten Prozesses. Die Entstehung des Lebens aus dem ursprünglichen Chaos heraus ist nur als Ergebnis einer Selbstorganisation der Materie zu verstehen. Denn das Universum sei für so hochkomplizierte Molekularverbindungen, wie wir sie darstellen, viel zu jung. Schon allein um die richtige Struktur für die Bausteine des Lebens zu finden, müsste man im Durchschnitt rund 10 hoch 130 mal raten. Das ist eine Eins mit 130 Nullen, eine unvorstellbar große Zahl. Sie brauchen natürlich für das einfachste Molekül des Lebens, ein Proteinmolekül, sagen wir mal Hundert Aminosäuren, die sich zu einer Kette zusammenschließen. In der ersten Position haben sie zwanzig Möglichkeiten. Wenn die zweite Position dazukommt, wenn Sie eine Zweierkette nehmen, dann haben sie schon zwanzig mal zwanzig Möglichkeiten. Für jede weitere Position wieder mal zwanzig. Am Ende haben Sie zwanzig mal zwanzig, mal zwanzig, und das Hundertmal. Das ist zwanzig hoch hundert oder zehn hoch hundertdreißig etwa. Zehn hoch hundertdreißig ist schon eine Zahl, die Sie und auch ich uns nicht mehr vorstellen können. Wenn Sie fragen, wie viel Materie ist im gesamten Universum, das kann man heute abschätzen, zumindest im sichtbaren Universum, dann ist das von der Größenordnung von zehn hoch achtzig Protonen. Protonen sind also die kleinsten Bausteine eines Moleküls. Zehn hoch achtzig. Zehn hoch hundertdreißig ist zehn hoch fünfzig mal größer als zehn hoch achtzig. Das ist also eine Zahl, die alles, was im Universum existiert, übersteigt. Das heißt also, Leben kann nicht durch 6

7 Zufall entstanden sein. Dass mal alles ausprobiert wurde und eins hat dann zufällig mal gepasst. Sondern es muss ein Vorgang sein, indem systematisch optimiert wurde. Durch Selbstorganisation. Aber dazu brauchen sie gewisse Voraussetzungen. Sie brauchen dabei die Selbstreproduktion. Ich bin übrigens überzeugt, dass das Universum auf eine ähnliche Weise entstanden ist. (Manfred Eigen) Über Fragen der molekularen Evolution und den Übergang von Molekülbausteinen zu lebenden Systemen forscht auch der Physiker und Direktor des Deutschen Museums in München, Wolfgang Heckl. Das Aufkommen der Theorie einer chemischen Evolution, so Heckl, habe der Frage der Lebensentstehung erst zu einer wissenschaftlichen Theorie verholfen. Es muss ein Prinzip in der Natur geben, dass das kann. Und dieses Prinzip, das kennen wir alle, wenn wir beobachten, wie ein Salzkristall aus der Mutterlauge wächst. Dann wissen nun mal die Salzatome, die das Natrium und das Chlor, die wissen nun mal ganz genau, wie sie in dem dreidimensionalen geordneten Körper aus einer ungeordneten chaotischen Lösung zusammenfinden. Aus einer Mutterlauge, wie es Thomas Mann genannt hat, aus der Mutterlauge wächst der Kristall, in dem schönen Zauberberg, wo er dieses Phänomen ja auch beschreibt, der Lebensentstehung. Und dieses Phänomen der Selbstorganisation hat natürlich, das ist das Beste, was wir heute annehmen können, dazu geführt, schon am Ursprung des Lebens, vor vier Milliarden Jahren auf der Erde etwa, dass sich diese Ausgangssubstanzen, die sich chemisch gebildet haben, durch die chemische Evolution, von selbst quasi geordnet haben, und zu einem System von DNA-Molekülen, von Code, von Codierung und Proteinen, also Aminosäuren, die miteinander verknüpft sind, Eiweißen, geführt hat. (Wolfgang Heckl) Wolfgang Heckl kann heute im Labor den Molekülen quasi dabei zusehen, wie sie in der Ursuppe schwimmend chemische Verbindungen eingehen und auf einer Mineraloberfläche plötzlich wie von selbst miteinander Systeme erzeugen, die einen zweidimensionalen genetischen Code darstellen und damit, nach der Definition vieler Wissenschaftler, anfangen zu leben. 7

8 Mit einem hochauflösenden Rastersondenmikroskop ist es ihm gelungen, Selbstordnungsvorgänge von Nukleinsäuren auf Mineraloberflächen zu beobachten. Das ist ein wunderbares Beispiel für Selbstorganisation. Jedenfalls wenn man dieses macht, wenn man potentielle Ursuppenmoleküle, DNA Basen mit Mineraloberflächen in einer Lösung in Verbindung bringt, auftropft, so ähnlich, wie wenn sozusagen eine wässrige Lösung an irgend einem Ursuppensee ein Mineral, was am Ufer liegt, überspült. Dann geschieht etwas Wunderbares. Innerhalb von billionstel Sekunden ordnen sich selbst in einem zweidimensionalen Muster DNA-Moleküle auf Mineraloberflächen. Man kann aber auch die Idee haben, dass das genau der Prozess ist, den wir heute hier im Labor jetzt beobachten in unseren Experimenten, der vor vier Milliarden Jahren tatsächlich der wesentliche Prozess ist, der diese chemisch hergestellten Ausgangssubstanzen für Leben, DNA-Basen, Aminosäuren, der diese chaotische Milliarden an Zahl von Molekülen wunderbarerweise in einer mikro - milliardstel Sekunde je nach dem ordnen kann. Aber wir haben das zunächst nur mit Nukleinsäuren gemacht. ( Wolfgang Heckl) Heute lebende Zellen speichern ihre genetischen Informationen in der DANN, der Desoxyribonukleinsäure. Die DNA ist also der Stoff, aus dem die Gene sind. Und die Gene wiederum speichern und kopieren Informationen und schaffen durch kleine Fehler die Basis biologischer Vielfalt. Doch um DNA - Moleküle herzustellen sind Enzyme, also Biokatalysatoren notwendig. Die Information jedoch, wie diese Enzyme aufgebaut sind, wird in der DNA gespeichert. Deshalb steht man vor der fast unlösbar scheinenden Frage: Was kam zuerst, die Enzyme oder die DNA? Die heute bevorzugte Meinung sagt: weder Enzyme noch DNA, sondern eine alternative chemische Verbindung: die RNA. RNA ist eines der wenigen Moleküle, das Informationen speichern kann und gleichzeitig auch über katalytische Funktionen ähnlich einem Enzym verfügt. Dieses sehr vielseitige RNA-Molekül bildet also eine Brücke zwischen den Nukleinsäuren und den Proteinen. Heute, so Manfred Eigen, geht man davon aus, das zu Beginn des Lebens nur RNA, also 8

9 Ribonukleinsäure existierte. Die RNA war so gesehen die Erbsubstanz der Urzelle. Denn das war eine unserer wesentlichen Erkenntnisse: Proteine können alles. Sie können jede Funktion katalysieren. Nur sie können eins nicht: sie können nicht lesen und nicht schreiben. Das können die Nukleinsäuren. Und die RNA kann auch so ein bisschen noch Funktion machen. Deswegen glauben wir heute, dass es mit einer RNA- Welt angefangen hat. (Manfred Eigen) In der RNA-Welt Hypothese geht man davon aus, dass es zu Beginn des Lebens sich selbst replizierende RNA Moleküle gegeben hat, aus denen sich dann durch die molekulare Darwinsche Evolution komplexere Systeme entwickelt haben könnten. Experimente haben in den letzten Jahren gezeigt, dass bereits kleine RNA Stränge die Fähigkeit zur Selbstreplikation besitzen. Die RNA gilt heute als ein Schlüsselmolekül. Die Vergabe der Medizinund Chemienobelpreise 2006 an die RNA Forschung unterstreicht ihre eminente Bedeutung. Ehe sich das System optimieren konnte, und das ist der Anfang eines lebenden Systems, mussten die Nukleinsäuren da sein. Und wir glauben heute, dass am Anfang es nicht die DNA war, sondern die RNA, und dafür haben wir gute Gründe. Die DNA, die kann nur lesen und schreiben. Und die Proteine können alle Funktionen machen, aber die können nicht lesen und schreiben. Also brauchen sie einen Vorläufer, der beides konnte. Und das ist die RNA. Und das haben wir damals in dem Hyperzyklusmodell versucht herauszukriegen: was sind das für Prozesse? Inzwischen haben wir den Hyperzyklus auch experimentell gefunden. Nämlich bei der Virusinfektion von Einzellern, von Bakterienzellen. Wir können jetzt zeigen, dass es dort physikalische Gesetzmäßigkeiten gibt, die erfüllt sein müssen, damit Leben entstehen kann. Mehr können wir nicht. Wir können nicht sagen, wie es entstanden ist. Dann müssten wir zeitlich uns in eine Zeitmaschine setzen und drei, vier Milliarden Jahre zurückgehen in der Zeitachse. (Manfred Eigen) 9

10 Die RNA Welt ist - nach allem, was wir heute wissen - kein flüchtiger, kein vorübergehender Augenblick in der Geschichte des Lebens gewesen. Alles aber wird noch komplizierter, wenn man fragt: was war vor dieser RNA-Welt? Und wie entstand die RNA? Denn in der RNA-Welt existieren Gene, die sich selbst vervielfältigen können, die aber chemisch viel zu kompliziert sind, um das Produkt einer präbiotischen Chemie zu sein. Deshalb wird vermutet, dass es vor dieser hypothetischen RNA- Welt eine Prä - RNA - Welt gegeben hat. Über den Ursprung des Lebens und den Prozess der Lebensentstehung gibt es bis heute keine allgemein akzeptierte Theorie. Und so wird auch über die Umwelt der präbiotischen Evolution viel und heftig spekuliert. Entstanden die ersten Biomoleküle in der Uratmosphäre oder in den Tiefen des Urmeeres, in hydrothermalen Quellen oder aber doch an der Oberfläche der Urerde? Entstanden sie an Tonmineralien, in einer Ursuppe oder an Pyritkristallen? Für den Münchner Chemiker Günter Wächtershäuser entstand Leben nicht in einer kalten ozeanischen Ursuppe. Denn dort hätte es nie und nimmer überleben können. Allein schon die ultravioletten Strahlen der Sonne hätten es im nächsten Moment wieder zerstört. Ende der achtziger Jahre hat der Münchener Wissenschaftler eine Theorie der Autokatalyse als Startpunkt des Lebens vorgeschlagen. Nicht in der Atmosphäre und der zähen und teerigen Ursuppe sollten die ersten organischen Bausteine entstanden sein, sondern auf einer mineralischen Oberfläche in wässrigem, heißem Milieu, zum Beispiel an Spalten, aus denen heiße vulkanische Gase austreten. Nach meiner Theorie befasst sich das erste Lebewesen, welches ich Pionierorganimsus nenne, mit der Bildung von einfachen organischen Verbindungen aus anorganischem Ausgangsmaterial. Dabei muss es sich 10

11 um eine autokatalytische Synthese handeln. Und Ausgangsmaterialien sind in diesem Fall einfachste Kohlenstoffverbindungen: Kohlenmonoxid, Cyonwasserstoff, Kohlendioxid, also Gase, die man in Vulkangasen findet. Und die Produkte dieses Pionierorganismus sind dann Aminosäuren, Hydroxysaäuren, Ketosäuren, die Vorstufen für die Polymesen. Und dieser Pionierorganismus und seine Nachkommen haben dann die Möglichkeit der Synthese von Nukleinsäuren und Proteinen durch Evolution erfunden. ( Günter Wächtershäuser) An hydrothermalen Quellen, so Wächtershäuser, ist wahrscheinlich die Urform des Lebens entstanden. Ein brodelnder Kosmos mit einem ungeheuren Potential an chemischer Reaktivität, zu Urzeiten noch viel aggressiver als heute. Der Münchner Chemiker vermutet die Zündflamme des Lebens in der Nähe von heißen unterirdischen Quellen. Im Februar 1977 beobachteten die beiden Forscher John Corliss und John Edmond in 2500 m Tiefe in der Nähe der Galapagos- Inseln schornsteinartige heiße Quellen am Meeresboden, die wegen der Farbe ihrer Ausstoßungen auch black smokers, oder Schwarze - Schlote genannt wurden. Dieses heiße, ausströmende Wasser ist vor allem reich an Eisen und Schwefel. Den Tiefseeforschern gelang damals eine der bedeutendsten und verblüffendsten biologischen Entdeckungen des 20. Jahrhunderts. Corliss und Edmond fanden rund um diese black smokers Kolonien aus großen Lebewesen, mehr als drei Meter lange Röhrenwürmer, Muscheln von 30 Zentimetern Durchmesser und gewundene Spaghettiwürmer. Ihr Dasein verdankten sie riesigen Bakterienkolonien, die ihrerseits ihre Energie und ihre Nährstoffe aus Schwefelwasserstoffverbindungen bezogen. Es war eine ganz neue Welt, völlig unabhängig von Sonnenlicht, Sauerstoff und allem anderen, was man normalerweise mit Leben in Verbindung bringt. Anfangs hatte ich gedacht, die Sache fängt vielleicht ganz einfach an mit wenigen Bestandteilen. Das war 1987, Inzwischen habe ich meine Auffassung geändert und denke, das Leben fängt nicht mit einer 11

12 Bühne an mit einem einzigen Schauspieler, der einen Monolog hält, sondern mit einer komplexen Schauspieltruppe schon von Anfang ab. Also Eisen, Nickel, vielleicht Kobalt, Schwermetalle. Dann Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, Cyonwasserstoff. Und dieses Gemisch von energiereichen Substanzen in Kontakt mit katalytischen Schwermetalloberflächen führt dann sofort, unmittelbar, zur Ausbildung dieser autokatalytischen Syntheseprozesse. (Günter Wächtershäuser) Die ersten Lebwesen waren nach dem Modell der Eisen-Schwefel-Welt keine sich selbst replizierenden Systeme, sondern Stoffwechselreaktionen, sogenannte Metaboliten. In der Eisen-Schwefel-Welt entsteht also Stoffwechsel, es gibt sogar eine Vermehrung durch den autokatalytischen Stoffwechsel, aber es repliziert sich noch keine genetische Information. Die Frage der Informationsweitergabe bleibt im Modell von Wächtershäuser ausgespart. Nach meiner Theorie beginnt das Leben mit sehr einfachen chemischen Prozessen, die wegen ihrer Einfachheit auch nicht mit einer großen Vielfalt, mit einer Vielfalt der Möglichkeiten verknüpft ist. So dass Leben deterministisch entsteht, also nach einer chemischen Vorbestimmung. Mein Schlagwort ist nicht Ordnung aus Chaos, sondern Ordnung aus Ordnung aus Ordnung. Und die Anfangsordnung des Lebens ist schon in den Gesetzen der Chemie vorbestimmt. (Günter Wächtershäuser) Günter Wächtershäuser versteht Evolution auch als einen räumlichen Prozess. Das heißt, es gab einen Raum, in dem das Leben entstehen konnte, und in anderen Räumen konnte es auch wieder untergehen. Und wenn es unterging, dann hätte es von dem Ursprungsraum immer wieder neu entzündet werden können. Die Theorie von Wächtershäuser korrespondiert mit der Vorstellung, dass primitives Leben auf der Erde auch mehrmals hintereinander entstanden sein könnte. Theorien, dass sich Leben in der Nähe heißer Tiefseequellen entwickelt 12

13 haben könnte, sind für Nobelpreisträger Manfred Eigen zwar eine wichtiges Modell über einen sehr frühen Zustand des Lebens. Doch ob das Leben seinen Ursprung tatsächlich an diesen heißen Tiefseequellen gehabt haben könnte, diese Theorie sei bis heute nicht beweisbar. Die Frage, wie es letztlich wirklich war, bleibt also noch immer hoch spekulativ. So wissen wir bis heute noch nicht einmal, ob sich der Ursprung des Lebens schlagartig oder eher allmählich vollzogen hat. Fest steht nur: Das erste Leben ist vor etwa vier Milliarden Jahren entstanden. Aber auch dieses sehr frühe Datum ist noch eine relativ junge Erkenntnis. Bis in die fünfziger Jahre des letzten Jahrhunderts glaubte man, dass Lebendige sei weniger als 600 Millionen Jahre alt. Und noch in den siebziger Jahren, so Nobelpreisträger Manfred Eigen, wurde der Ursprung des Lebens auf eine Epoche datiert, die nur 2,5 Milliarden Jahre zurückliegt. Die Nukleinsäuren waren die Auslöser. Und diesen Prozess haben wir datiert. Das war vor 4 Milliarden Jahren. Wir können sagen, dass ist eben nur ein Viertel älter, als die gesamte Evolutionszeit. Und das ist experimentell bewiesen. Das heißt, wir zeigen, der heute gültige genetische Code ist damals entstanden. Also seit vier Milliarden Jahren geht es kontinuierlich. Welche Stufen vorher existiert haben, und ob davor einige wieder aussterben mussten, weil sie noch nicht optimal waren dazu geführt haben, das können wir nicht sagen. Da gibt eine Theorie nicht her. (Manfred Eigen) Literatur: A.G. Cairns-Smith, Biologische Botschaften, Frankfurt/Main 1990 Christian de Duve: Aus Staub geboren, Heidelberg 1995 Manfred Eigen, Stufen zum Leben, München 1987 Wolfgang Heckl, Theorien zur Entstehung des Lebens, in: Genwelten, Köln 1998 Horst Rauchfuss: Chemische Evolution und der Ursprung des Lebens, Berlin 2005 Erwin Schrödinger: Was ist Leben? München 1989 Sven B. Thomas: Ursprung des Lebens, Frankfurt Main

14 Günter Wächtershäuser: On the Chemistry and Evolution of the Pioneer Organism, in : Chemistry & Biodiversity, Zürich, Vol 4, 2007, Seite Günter Wächtershäuser: Debating Evidence for the Origin of Life on Earth, Science Vol 315, 16. Februar 2007, Seite 937ff 14