Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues zur Entstehung des Lebens

14.04.2016

Bausteine der Erbsubstanz könnten in hydrothermalen Gesteinsporen entstanden sein

Jülicher Forscher liefern einen Hinweis darauf, wie ein zentraler Bestandteil der Erbsubstanz vor sehr langer Zeit auf der Erde entstanden sein könnte. Mit Hilfe numerischer Berechnungen zeigten sie, dass es in hydrothermalen Gesteinsporen zu hohen Anreicherungen des organischen Moleküls Formamid kommen kann. Daraus können spontan Nukleinbasen entstehen, die Bausteine von DNA und RNA. Die dafür notwendigen Bedingungen waren in urzeitlichen flachen Gewässern wahrscheinlich weit verbreitet. Die Ergebnisse helfen, die Entstehung des Lebens auf der Erde besser zu verstehen. (PNAS Early Edition, DOI: 10.1073/pnas.1600275113)


Die Bildcollage zeigt rechts vorne poröses Basaltgestein. Temperaturdifferenzen, die zum Beispiel durch vulkanische Aktivität entstehen, können zur Konzentration gelöster Formamidmoleküle (kleine Molekülmodelle) am kältesten Punkt der Porenböden führen (Schema in der Mitte). Dort wird die Synthese von Nukleinbasen (mittelgroße Modelle) und Erbsubstanz (Modell ganz links) möglich.

Copyright: Forschungszentrum Jülich

Wie das Leben auf der Erde entstanden ist, wissen wir nicht genau. Vor etwa 4 Milliarden Jahren ist unser Planet erstmals soweit abgekühlt, dass flüssiges Wasser die Oberfläche bedeckte. Die ersten Hinweise auf Leben finden sich in Fossilien, die rund 3,5 Milliarden Jahre alt sind. Was dazwischen passiert ist, ist unklar. Etliche Bausteine des Lebens konnten aber inzwischen im Labor unter Bedingungen erzeugt werden, wie sie in der Frühzeit der Erdgeschichte geherrscht haben müssen.

Jülicher Forscher zeigen nun, wie sich die ersten Nukleinbasen gebildet haben könnten. Die kleinen organischen Moleküle sind ein Bestandteil der DNA und der RNA, jener Makromoleküle, die die Erbinformationen speichern und verarbeiten. "Der Ausgangspunkt unserer Forschung war, dass sich alle bekannten Nukleinbasen aus konzentrierten wässrigen Formamidlösungen herstellen lassen", erläutert Dr. Simone Wiegand vom Institute of Complex Systems des Forschungszentrums Jülich. "Formamid war in den Meeren und Seen der frühzeitlichen Erde vorhanden, aber nicht in ausreichender Konzentration", weiß die Physikerin.

Für die Nukleinbasensynthese sind außerdem hohe Temperaturen und ein hoher Druck nötig. Beides findet man in porösem Gestein heißer Quellen, in so genannten hydrothermalen Poren. Dass dort auch ausreichend hohe Formamidkonzentrationen erreicht werden konnten, fand Wiegand nun gemeinsam mit ihren Kollegen heraus: Die Kombination zweier physikalischer Prozesse – Thermophorese und Konvektion – ist in der Lage, das gelöste Formamid in den Poren soweit zu konzentrieren, dass einer Nukleinbasensynthese nichts mehr im Weg steht.

Thermophorese bezeichnet das Phänomen, dass Teilchen sich in einer Flüssigkeit gerichtet bewegen, wenn es ein Temperaturgefälle gibt. Meist, auch im Fall des Formamids, wandern die Teilchen von den wärmeren zu den kälteren Bereichen der Flüssigkeit, bis die Konzentration so hoch ist, dass ein Gleichgewicht entsteht. Konvektion ist eine durch einen Temperaturgradienten erzeugte Flüssigkeitsströmung, die Teilchen mitreißt.

Im Fall von länglichen Gesteinsporen führt die kreisfömige Konvektionsströmung zusammen mit der Thermodiffusion in Richtung des kälteren Bereichs dazu, dass sich Formamid am kältesten Punkt der Porenböden anreichert. Das Temperaturgefälle und das Verhältnis von Porenlänge und –breite bestimmen die Formamidkonzentration. Den quantitativen Zusammenhang berechneten die Forscher numerisch. Solche Näherungsverfahren kommen dann zum Einsatz, wenn Rechnungen mit zu vielen Variablen sich nicht exakt lösen lassen. In die Berechnung gingen die stoffabhängigen physikalischen Konstanten ein, die die thermophoretischen Eigenschaften von Formamid ausmachen. Diese hatten die Forscher vorher experimentell bestimmt.

"Während der Zeit, in der das Leben auf der Erde entstanden sein muss, konnten in porösem Gestein in flachen Seen die Konzentrationen von Formamid erreicht werden, die für die Bildung von Nukleinbasen notwendig sind“, fasst Wiegand zusammen. „Nun stellt sich die Frage, wie die entstandenen Bausteine sich zu größeren Makromolekülen zusammensetzen konnten. Hierbei könnte, wie bei anderen Prozessen bereits nachgewiesen, die mineralische Oberfläche des Gestein eine katalysierende Rolle spielen."

Originalveröffentlichung:

Accumulation of formamide in hydrothermal pores to form prebiotic nucleobases,
D. Niether, D. Afanasenkau, J. K. G. Dhont, S. Wiegand ,
PNAS April 4, 2016, Published online before print, DOI: 10.1073/pnas.1600275113

Ansprechpartner:

Dr. Simone Wiegand
Institute of Complex Systems – Bereich „Weiche Materie“ (ICS-3)
Forschungszentrum Jülich
Tel. 02461 61-6654
E-Mail: s.wiegand@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Angela Wenzik
Wissenschaftsjournalistin
Forschungszentrum Jülich,
Tel. 02461 61-6048
E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de

Angela Wenzik | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2016/16-04-14entstehung-des-lebens.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neues Blut dank neuer Technik
14.12.2018 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Neue Chancen für den Tierschutz: Effizientes Testverfahren zum Betäubungsmittel-Einsatz bei Fischen
14.12.2018 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Data use draining your battery? Tiny device to speed up memory while also saving power

The more objects we make "smart," from watches to entire buildings, the greater the need for these devices to store and retrieve massive amounts of data quickly without consuming too much power.

Millions of new memory cells could be part of a computer chip and provide that speed and energy savings, thanks to the discovery of a previously unobserved...

Im Focus: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungen

Pro und Contra in der urologischen Onkologie

14.12.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Rittal heizt ein in Sachen Umweltschutz - Rittal Lackieranlage sorgt für warme Verwaltungsbüros

14.12.2018 | Unternehmensmeldung

Krankheiten entstehen, wenn das Netzwerk von regulatorischen Autoantikörpern aus der Balance gerät

14.12.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics