Polymerisation – Brücke von der Astrobiologie zur Photomedizin

Polymerisation von Aminosäuren – Bausteine der Proteine – wird heute als das wichtigste Ereignis in der Entstehung erster Lebensformen angesehen. Zu dem Paradigma führte das gleichzeitige Zusammentreffen dreier Beobachtungen: 1. Zahlreiche Zellarten, einschließlich von Pflanzen, Tieren und Menschen, reagieren, wenn sie mit sichtbaren Licht der Intensität der terrestrischen Sonnenstrahlung bestrahlt werden, 2. Wassermoleküle bilden an Grenzflächen geordnete Strukturen und 3. sichtbares Licht der Intensität der terrestrischen Sonnenstrahlung wechselwirkt mit Grenzflächenwasser, indem es dessen Ordnung verändert.

Schlüssel für die Arbeit waren Versuche, die zur Entdeckung einer kristallinen Wasserschicht auf mit Wasserstoff terminierten nanokristallinen (synthetischen) – und natürlichen Diamant hinwiesen. Die Entdeckung führte zu einer neuen Erklärung des Phänomens der Leitfähigkeit von Wasserstoff terminierten Diamant [Sommer, A.P.; Zhu, D.; Brühne, K. Crystal Growth & Design, 7, 2298, 2007 und Sommer, A.P.; Zhu, D.; Försterling, H.D. Science Online, 2008, Feb. 28].

Die Erforschung der Wasserstruktur auf Diamant wird von Andrei P. Sommer and Dan Zhu am Institut für Mikro- und Nanomaterialien der Universität Ulm durchgeführt. Das Institut wird von Prof. Hans-Jörg Fecht geleitet und ist eines der führenden Forschungsinstitute in der Herstellung von ultraglatten hochreinen nanokristallinen Diamantschichten (Bild).

Das neue Paradigma für den Ursprung des Lebens basierend auf dem gleichzeitigen Zusammenspiel von fünf Faktoren – alle wahrscheinlich vorhanden auf einer frühen Erde: Wasser, Sonnenlicht, Diamant, Vulkane (Emission von heißen Gasen, einschließlich Wasserstoff) und präbiotische Moleküle, erschien gestern online in der renommierten Zeitschrift Crystal Growth & Design [1] und könnte bald zu einer validen Plattform zur experimentellen Simulation von Szenarien zum Ursprung des Lebens im Labor werden. Physikalisch entspricht die Wechselwirkung von Licht mit Grenzflächenwasser an relevanten biologischen Oberflächen (etwa an extra- und intrazellulären Membranen und Proteinen) einem ordnenden Prozess, wahrscheinlich mit Einfluss auf zelluläre Programme.

Die heute beobachtbare und photomedizinisch angewandte Empfindlichkeit unterschiedlicher Zellen (sogar solcher in trockenen Pflanzensamen) für gleiche Lichtintensitäten weist auf eine aktive Rolle der Sonne bei der Entstehung des Lebens auf der Erde hin und schließt Theorien, nach denen erste Lebensformen in der Dunkelheit von Tiefsee-Vulkanen entstanden sind, aus. Zum Verständnis der Zusammenhänge sind weitere Untersuchungen notwendig – so Sommer.

Kontakt: Dr. Andrei P. Sommer
Institut für Mikro- und Nanomaterialien
Universität Ulm
E-mail: andrei.sommer@uni-ulm.de