Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wir stammen von Steinen ab – oder: Woher nahm das erste Leben die Energie?

22.02.2013
Forscher von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und vom University College London stellen in der renommierten Zeitschrift Cell ein Modell vor, wie sich die frühesten Formen des Lebens in der unmittelbaren Umgebung von unterseeischen Hydrothermalquellen entwickelt haben können. Kompartimente im Gestein der Quellen können die Prototypen für Zellen gewesen sein.

Der Schlüssel zum Leben ist Energie: Lebende Organismen benötigen hiervon große Mengen, um ihren Stoffwechsel anzutreiben und organische Moleküle zu produzieren. Bei den Frühformen des Lebens war der Energiebedarf nochmals deutlich höher als bei modernen Zellen, weil jenen ersten Lebensformen Enzyme fehlten, die auf katalytischem Weg eine deutlich effizientere Stoffumwandlungen ermöglichen.

Der Schlüssel zur Energiebereitstellung ist, auch heute noch, ein Konzentrationsgefälle von Ionen über eine begrenzende Membran hinweg.

Prof. Dr. William Martin (Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Institut für Molekulare Evolution) und Dr. Nick Lane (University College London, Department of Genetics, Evolution and Environment) erläutern in ihrem Artikel „The origin of membrane bioenergetics“ in der Zeitschrift Cell, wie in frühester Zeit die ersten Zellen geochemische Energie in biologische Ernergie überführen konnten. Die anorganischen Wände von natürlich entstehenden mineralischen Kompartimenten (winzigen Poren) in Hydrothermalquellen am Boden der Ur-Ozeane sind der Schlüssel.

Heutige Hydrothermalquellen weisen eben solche kleinen Kammern, etwa in der Größe einer biologischen Zelle, auf. Wo Wasserstoff-angereichertes alkalisches Wasser aus dem Erdinnern auf neutrales, ozeanisches Wasser trifft, resultiert ein Wasserstoff-Konzentrationsgefälle, ein Ionen-Gradienten, über diese Wände.

Just solche Gradienten werden heute von allen Lebewesen für die Energiegewinnung genutzt. Aber heutige Lebewesen müssen diese Gradienten im Zuge der Atmung aufbauen, alkalische Hydrothermalquellen liefern die Gradienten umsonst. Diese Energiequelle konnten die Vorfahren der ersten Lebewesen anzapfen, um organische Moleküle, Grundbausteine des Lebens wie Aminosäuren und Nukleinsäuren, zu bilden. Kurzum: Diese mineralische Protozellen können die ersten Lebensformen gewesen sein.

Es fehlt der Schritt in die Freiheit: Hierzu war die „Erfinding“ einer organischen Zellmembran und einer Zellwand, die dem Innendruck der Zelle standhält, erforderlich. Nur so konnten diese Zellen aus ihrem anorganischen Gehäuse entkommen, und als freilebende Zellen im Ozean leben.

Die Autoren erkennen ein sehr ähnliches chemisches Verhalten auch bei bestimmten, heute noch vorkommenden Bakterien und Archaeen, die in ähnlich extremen Umgebungen leben, wie sie in den Urmeeren vor Jahrmilliarden geherrscht haben. Solche Acetat- und Methan-bildende Prokaryoten (Zellen ohne Zellkern) sind demnach direkte Nachfahren der allerersten Lebensformen.

Vor 150 Jahren tat sich die Menschheit schwer mit der Vorstellung Darwins, dass wir alle mit Affen verwandt sind.

„Schauen wir weiter zurück in die Vergangenheit,“ so Dr. Lane und Prof. Martin, „so gehören letztendlich auch Gesteine zu unserem Stammbaum“. „Auf der frühen Erde gab es nur Gestein und Wasser“, so William Martin weiter, und: „Warum sollte also die Feststellung überraschen, dass wir von Steinen abstammen? Wir konnten Verbindungen zwischen einerseits den geologischen Gegebenheiten auf der frühen Erde, und andererseits bestimmten Gruppen der heute noch lebenden Zellen knüpfen. Eine solche Verbindung war bisher noch nicht bekannt.“

Nick Lane, William F. Martin, „The origin of membrane bioenergetics”, Cell – Vol. 151, Issue 7, 21. Dezember 2012

Kontakt:
Prof. Dr. William Martin
Institut für Molekulare Evolution
Tel.: 0211-81-13011
E-Mail: w.martin@hhu.de

Dr. Victoria Meinschäfer | idw
Weitere Informationen:
http://www.hhu.de
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867412014389

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Riesenfaultier war Vegetarier - Ernährung des fossilen Megatheriums entschlüsselt
18.04.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Drohneneinsatz in der Meeresforschung
13.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung