Evolution: Entstand das Leben im Eis? - DER SPIEGEL
Zum Inhalt springen

Evolution Entstand das Leben im Eis?

Deutsche Wissenschaftler haben in Meereis Moleküle gezüchtet, die fähig sind, sich selbst zu vervielfältigen. Das Experiment mit RNA-Bausteinen stellt die gängige Theorie über die Entstehung des Lebens in Frage. Der Ursprung allen Lebens könnte im Eis liegen.
Von Ulrich Jaeger
Dieser Beitrag stammt aus dem SPIEGEL-Archiv. Warum ist das wichtig?

Wer einen Blick in die Kühltruhe vom Typ "Liebherr Economy" wirft, wird enttäuscht: Kein Stück gefrorenes Wild, gottlob kein Spinat, aber auch keine Pizzas - die Truhe in Raum 212 des Göttinger Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie enthält nichts als schlichtes Eis.

Doch das reicht, um Forscher in Verzückung zu versetzen. Denn anders als gewöhnliches Eis bestehen diese Kristalle nicht aus Süß-, sondern aus klinisch reinem Meerwasser - und deshalb offenbaren sie ganz ungeahnte Eigenschaften. Seit mehr als einem Jahr werden die Eisproben, verschlossen in kleinen Glasröhren, bei Temperaturen zwischen minus 8 und minus 15 Grad Celsius verwahrt.

Wundersames hat sich unterdessen im Innern der Proben vollzogen. Der Biochemiker Christof Biebricher vom Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie ist überzeugt, dass es ausreicht, um die gängige Theorie über den Ursprung des Lebens auszuhebeln. Gemeinsam mit seinen Forscherkollegen Wolfgang Schröder und Hauke Trinks von der TU Hamburg-Harburg behauptet er: Nicht in warmen Urozeanen nahm alles Lebendige auf Erden seinen Ausgang; die Geschichte des Lebens begann vielmehr im Eis.

Nach Monaten kalter Zucht verzeichneten die drei Wissenschaftler jetzt einen verblüffenden Erfolg: In ihren Eisbröckchen tummeln sich inzwischen sogenannte Ribonukleinsäuren (RNA) zuhauf - und damit jener Stoff, der höchstwahrscheinlich die zentrale Rolle bei der Entstehung des Lebens gespielt hat. Nur wenige chemische Grundbausteine hatten die Forscher am Anfang des Experiments ins Eis geimpft. Im Laufe der Zeit verketteten sie sich zu immer längeren RNA-Molekülen.

Diese Moleküle sind unter bestimmten Umständen fähig, sich selbst zu kopieren - und diese Selbstvermehrung, so Biebricher, war der wohl bedeutsamste Schritt auf dem Weg zum Leben. Vor rund 3,8 Milliarden Jahren dürfte der Schöpfung das molekulare Kabinettstückchen gelungen sein. Rund 200 Millionen Jahre dauerte es, bis sich die RNA zur DNA fortentwickelt hatte, zu jenem Stoff also, der heute die Erbinformationen aller Kreaturen trägt. Wenig später muss aus etwas DNA, Eiweißen und einer Hülle die Urzelle als Mutter allen irdischen Lebens erwachsen sein.

Doch es war die "RNA-Welt", wie Forscher heute vermuten, mit der alles begann. Denn anders als die hochspezialisierte DNA besitzt die RNA alle für lebensähnliche Prozesse notwendigen Eigenschaften: Sie vermag nicht nur sich selbst zu kopieren, sondern sie kann auch chemische Prozesse steuern.

Das erklärt die Begeisterung für die RNA-Zuchterfolge in der Kühltruhe. Über die erfolgreichen Experimente des deutschen Trios wird demnächst das renommierte Fachmagazin "Origins of Life and Evolution of Biospheres" berichten. Danach dürften Wissenschaftler weltweit Kühltruhen ordern - um selbst die Geburtsstunde des Lebens nachzustellen.

Dass ausgerechnet Meereis als Bioreaktor taugen könnte, darauf konnte wohl nur einer verfallen, der wie der Physiker und Extremsegler Hauke Trinks "verrückt nach Eis" ist. Ob als Packeis, Pfannkucheneis oder geschlossener Panzer: Trinks hat es bei Solotörns mit seiner stählernen Segelyacht "Mesuf" in der Arktis in jeder Form studiert.

Bei seinem "Spitzbergen-Experiment" ließ Trinks sich zweimal für jeweils 14 Monate vom Packeis einschließen, um es in Ruhe untersuchen zu können. Dabei fiel ihm auf, dass Meereis eine Heimstatt reichhaltigen Lebens ist. Ob Algen oder Kleinstgetier - Meereis, fand Trinks, "wimmelt von Leben"*.

Gefrorenes Salzwasser birgt winzige Kammern und Kanäle, in denen Lake wie träges Blut fließt. Mineralien im Eis kurbeln die chemischen Reaktionen in dieser Flüssigkeit an. Da Geologen es zudem für wahrscheinlich halten, dass es auf der jungen Erde große vereiste Ozeanregionen gab, verfiel Trinks darauf, die Urschöpfung im Eis zu simulieren.

In Schröder fand er einen Chemiker, der für das Experiment spezielle Nachweisverfahren entwickelte, um jedes im Eis entstandene Molekül analysieren zu können. Nur ein Experte für das Grenzgebiet zwischen der "präbiotischen" Chemie der unbelebten Natur und der Molekülwelt der Biologie fehlte noch: Da gilt der Biochemiker Biebricher als Kapazität.

Nach ihrem Erfolg wäre den Meereis-Pionieren nun ein wenig Konkurrenz willkommen. Denn in Kältekammern laufen chemische Reaktionen wie in Zeitlupe ab. Je mehr Forscherteams sich für die Eis-Chemie begeistern, desto größer wird die Chance, dass die RNA unter Laborbedingungen beginnt, sich selbst zu kopieren.

An diesem Trick versuchen sich die Forscher bereits seit einem halben Jahrhundert. Der erste war der US-Chemiker Stanley Miller. Angeregt durch die Arbeit des Nobelpreisträgers Harold Urey, der vermutete, dass sich die Moleküle des Lebens in der Atmosphäre der jungen Erde bildeten, experimentierte Miller ab 1952 an der Urzeugung im Labor.

Als Zutaten dienten ihm Ammoniak, Wasserstoff, Methan und Wasser. Aus diesen Stoffen, so nahm er an, musste die irdische Lufthülle vor rund vier Milliarden Jahren bestanden haben. Den Gasmix füllte Miller in gläserne Kolben und ließ elektrische Entladungen wie einst Blitze auf dem urzeitlichen Planeten hindurchzucken.

Tatsächlich zeugte die Urwelt im Glas einen Hauch von Lebenschemie. In Millers heißem Reaktor bildeten sich neben Zuckern auch sogenannte Amino- und Fettsäuren. Allesamt unverzichtbare Bausteine der Lebenschemie. Doch welche Anstrengungen Miller und seine Schüler seither auch unternahmen, die Produktion von RNA wollte nie gelingen.

Auch verlor die Idee von der Gashülle als möglichem Quell der Lebensmoleküle an Überzeugungskraft. Atmosphärenchemiker erkannten, dass Ammoniak und Methan durch Sonnenstrahlung rasch zerstört werden. Wasserdampf, Stickstoff und Kohlendioxid aber, aus denen die Atmosphäre der jungen Erde nach heutiger Kenntnis bestand, sind vermutlich nicht genug, um die Zutaten des Lebens zu erzeugen.

Vor allem aber setzte sich unter Wissenschaftlern die Erkenntnis durch, dass heiße Chemie ein Feind keimenden Lebens ist. Hohe Temperaturen beschleunigen zwar chemische Reaktionen, doch zerstören sie auch allzu leicht, was sie zusammenfügten.

Miller selbst erforschte zusammen mit einem Kollegen 1998 den zerstörerischen Einfluss von Hitze auf RNA-Bestandteile. Dafür setzte er Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil - die Bausteine des Kettenmoleküls - Hitze und Kälte aus. Bei 100 Grad Celsius zerfielen die RNA-Basismoleküle rasch. Bei null Grad Celsius aber, so beobachtete Miller, seien die meisten "hinreichend stabil", um sich im Prinzip zur Ribonukleinsäure verknüpfen zu können. Danach war für Miller klar: Die Urstoffe des Lebens konnten sich kaum in heißen Gewässern gebildet haben.

Der Erste der versuchte, Lebensmoleküle in der Kälte zu erzeugen, war der Brite Leslie Orgel. Der Chemiker verlegte seine Versuche, aus molekularen Bausteinen Ketten zu formen, in Temperaturregionen um den Gefrierpunkt. Doch auch die Kältebehandlung allein griff offenbar zu kurz. Obschon Orgel Fortschritte erzielte, gelang es doch nie, RNA-Ketten zu knüpfen, die länger als maximal 15 Glieder waren.

Das änderte sich erst, als das deutsche Trio Meereis zum Bioreaktor erkor: In den Eisklümpchen der Göttinger Kühltruhe entstanden Ketten von bis zu 400 Gliedern. Das müsse nun reichen, glaubt Biebricher - er hofft, dass die RNA unter den richtigen Voraussetzungen anfangen könnte, sich selbst zu kopieren.

Kaum sei der Kopiervorgang einmal in Gang, so Biebricher, setze sofort ein Darwinscher Ausleseprozess ein - jene RNA-Moleküle, die sich am raschesten kopieren, machen das Rennen. Trotzdem, so räumt der Forscher ein, sei es von der sich selbst vermehrenden RNA bis zur Urzelle noch "ein sehr langer Weg" gewesen.

Doch der entscheidende Schritt hin zur sich selbst vervielfältigenden RNA scheint nun möglich. Noch, sagt Biebricher, sei viel Forschung bis zum Verständnis des Lebensursprungs nötig, aber: "Immerhin wissen wir jetzt, welche Richtung wir einschlagen müssen."


* Hauke Trinks: "Das Spitzbergen-Experiment". Frederking & Thaler, München; 256 Seiten; 24 Euro.