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 Der Türsteher im Gehirn
06.08.2020 | Institute of Science and Technology Austria

nachricht Peptide: Forschungs-Erfolg mit den kleinen Geschwistern der Proteine
06.08.2020 | Hochschule Coburg

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: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

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

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

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