Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Leben ist auf dem Festland entstanden

14.02.2012
»Die ersten Funken zellulären Lebens sind auf dem Festland entstanden, und zwar in Teichen oder Seen aus kondensiertem geothermalem Dampf«, davon ist Dr. Armen Mulkidjanian, Biophysiker am Fachbereich Physik der Universität Osnabrück, überzeugt.
»Damit wird die bislang weithin verbreitete Ansicht widerlegt, das Leben sei im Ozean entstanden«, fasst der Osnabrücker Wissenschaftler eine Studie zusammen, die gestern (13.2.) in der international renommierten Zeitschrift »Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA« erschienen ist. Der Artikel ist auf der Webseite der Zeitschrift (http://www.pnas.org/) frei zugänglich.

Die Studie »Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields«, die der Osnabrücker Wissenschaftler und seine Doktorandin Daria Dibrova zusammen mit dem Geochemiker Dr. Andrew Bychkov von der Lomonossov-Universitat Moskau und den Genomik-Experten Dr. Michael Galperin und Dr. Eugene Koonin vom National Center for Biotechnology Information, National Institutes of Health (Vereinigte Staaten) erarbeitet hat, kombiniert Ansätze und Methoden der Biophysik und Bioinformatik mit der geochemischen Analyse von thermalen Dampfquellen auf der russischen Kamtschatka-Halbinsel, um die Umstände des Ursprungs der ersten Lebewesen zu klären.
Die heutige Wissenschaft lässt kein Zweifel daran, dass alle zellulären Organismen einen gemeinsamen Ursprung haben. Die neue Disziplin »Vergleichende Genomik« (Comparative Genomics), die von Eugene Koonin und Michael Galperin mitentwickelt wurde, analysiert ganze Genome und nicht nur einzelne Gene. »Der Vergleich von Hunderten bereits entschlüsselter Genome hat einen Satz von ca. 60 essentiellen Genen aufgedeckt, die in allen zellulären Organismen vorhanden sind«, so der Osnabrücker Biophysiker. »Diese Gene waren definitiv Bestandteil des Genoms des letzten gemeinsamen Vorfahren von allem zellulären Leben.«

Mulkidjanian und seine Kollegen haben nun geprüft, welche anorganischen Ionen für die durch die allgegenwärtigen Gene kodierten Proteine, die in den ersten Zellen mit Sicherheit anwesend waren, funktionell oder strukturell wichtig sind. Kalium ist funktionell wichtig für mehrere dieser Proteine, während Natrium von keinem dieser Proteine benötigt wird. Mehrere ubiquitäre Proteine binden auch Phosphat-Ionen und die Übergangsmetalle Zink und Mangan. Diese Ergebnisse stimmen mit der Tatsache überein, dass alle Zellen mehr Kalium als Natrium enthalten. Es ist auch bekannt, dass nicht die absolute Menge an Kalium und Natrium für das Funktionieren einer Zelle wichtig ist, sondern deren relatives Verhältnis. Die Zellen enthalten sowohl große Mengen von Phosphat als auch von einigen Übergangsmetallen.

Die anorganische Zusammensetzung des Inneren der Zellen (des Zytoplasmas) ist dementsprechend in allen Organismen annähernd ähnlich. Daher repräsentiert diese Ähnlichkeit die »innere« Chemie der ersten Zellen. Da die ersten Zellen mit aller Wahrscheinlichkeit undichte oder sogar durchlässige Zell-Hüllen (Membranen) hatten, reflektiert die anorganische Zusammensetzung der allgegenwärtigen Proteine nicht nur die innere Chemie der ersten Zellen, sondern auch die Geologie der Habitate in denen diese lebten«, erläutert der Osnabrücker Biophysiker.

Die Wissenschaftler analysierten daher geo-chemische Belege zur Rekonstruktion der Mengen der wichtigsten Ionen in urzeitlichen Gewässern auf dem Festland und im Ozean. Die ursprünglichen Zutaten für die Entstehung der ersten Zellen waren nie in der richtigen Zusammensetzung im Ozean vorhanden. Die heutige Geologie geht fest davon aus, dass im Meer von Anfang an Natrium gegenüber Kalium vorherrschte. In Proben von Meerwasser, das in 3,5 Milliarden Jahre alten Gesteinen gefangen war, findet man vierzig Mal mehr Natrium als Kalium, genau wie in modernen Ozeanen. Übergangsmetalle, wie Zink, waren ebenfalls nie in großen Konzentrationen in Ozeanen vorhanden.

»Die Brutstätten der ersten Zellen waren daher aller Wahrscheinlichkeit nach auf dem Land, wo aktive geothermale Prozesse chemisch reiche Gase und Dämpfe aus dem Erdinneren auf das junge Festland beförderten«, erklärt Mulkidjanian. Der Dampf kondensierte zu langlebigen urzeitlichen Seen, die zur chemischen Katalyse fähige Mineralien enthielten. Auf den heutigen geothermalen Feldern, zum Beispiel auf der Kamtschatka-Halbinsel oder im Yellowstone Nationalpark (USA), die als Modelle von urzeitlichen geothermalen Systemen dienen, enthält das Dampfkondensat mehr Kalium als Natrium und erhebliche Mengen an Phosphat und Übergangsmetallen.
Unter der ursprünglich sauerstofffreien Atmosphäre entsprach die chemische Zusammensetzung der mit Dampfkondensat gefüllter Seen, so die Autoren, fast genau der anorganischen Chemie heutiger Zellen. Daher bildeten die ursprünglichen geothermalen Felder, wo ebenfalls Sonnenlicht als Energie-Quelle vorhanden war, den natürlichen Startpunkt für die Evolution der essentiellen biochemischen Prozesse des heutigen Lebens. Das vorgeschlagene Modell hat Ähnlichkeit mit Darwins Idee vom Lebensursprung in einem »kleinen warmen Teich«. Den Autoren nach ist das Leben auf dem Festland entstanden und hat erst nachträglich den Ozean bevölkert.

Die Studie wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, den Deutschen Akademischen Austausch Dienst, die Volkswagen-Stiftung, die Russian Foundation for Basic Research und das Intramural Research Program of the National Library of Medicine at the National Institutes of Health unterstützt.

Weitere Informationen:
Dr. Armen Mulkidjanian, Universität Osnabrück
Fachbereich Physik, Fachgebiet Biophysik
Barbarastraße 7, 49076 Osnabrück
Telefon: +49 541 969 2698
E-Mail: amulkid@uni-osnabrueck.de

Dr. Utz Lederbogen | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-osnabrueck.de
http://www.pnas.org/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Der Salzwasser-Wächter auf der Darßer Schwelle
19.09.2017 | Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

nachricht Zeppelin, Drohnen und Forschungsschiffe untersuchen Wattenmeer und Elbe
19.09.2017 | Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Zentrum für Material- und Küstenforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungen

Gewässerforscher treffen sich in Cottbus

21.09.2017 | Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Gewässerforscher treffen sich in Cottbus

21.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Granulare Materie blitzschnell im Bild

21.09.2017 | Verfahrenstechnologie