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Zucker aus dem All könnte die Entstehung des Lebens gefördert haben
Ein chemisches Wechselspiel: Der für die RNA wichtige Zucker Ribose ist instabil, lässt sich jedoch durch Borat vor dem Zerfall schützen. Neue Laborversuche zeigen nun, dass Ribose ihrerseits Borat aus Mineralen ins Wasser lösen und dort halten kann. Damit könnte ein sich selbst begünstigender Kreislauf auf der frühen Erde möglich gewesen sein.
Sydney (Australien). Bevor es Zellen gab, musste sich aus einfachen Molekülen eine Chemie entwickeln, die Informationen speichern und sich weiterentwickeln konnte. Ein mögliches frühes Schlüsselmolekül ist die Ribonukleinsäure (RNA), die heute an der Umsetzung genetischer Information beteiligt ist. Nach der RNA-Welt-Hypothese könnte sie in Vorstufen des Lebens auch wichtige chemische Reaktionen ermöglicht haben.
Doch die Bausteine solcher Moleküle haben unter natürlichen Bedingungen ein Haltbarkeitsproblem. Der Zucker Ribose, Bestandteil des RNA-Rückgrats, zersetzt sich beispielsweise in warmem, alkalischem Wasser leicht. Seit Längerem ist bekannt, dass Borat, eine gelöste Borverbindung, Ribose in stabilisierenden Molekülkomplexen binden kann. Die Frage ist allerdings, woher ausreichend gelöstes Borat unter geologisch realistischen Bedingungen gekommen sein soll.
Forscher der University of New South Wales (UNSW) um Dr. Luke H. Steller haben nun untersucht, ob Ribose diese Lücke teilweise selbst schließen kann. In Versuchen mit verschiedenen borhaltigen Mineralen verglich das Team, wie viel Bor sich mit und ohne zugesetzten Zucker löste. Zum Einsatz kamen auch mineralische Krusten aus den heißen Quellen von Puga im indischen Himalaya.
Die Resultate fielen deutlich aus: Mit Ribose gelangte aus mehreren Boratmineralen mehr Bor in die wässrige Lösung. Besonders auffällig war der Effekt bei schwer löslichen, calciumhaltigen Verbindungen. Die organischen Moleküle veränderten also nicht nur ihre eigene chemische Stabilität, sondern auch das Verhalten der mineralischen Umgebung.
Die Forscher beobachteten außerdem einen zweiten Schritt: Wenn Borat einen Komplex mit Ribose bildet, lässt es sich nicht mehr so leicht durch Calcium aus dem Wasser ausfällen. Dadurch bleibt die Borverbindung für weitere Reaktionen verfügbar. Auch natürliches Material aus Puga reagierte auf die Zugabe des Zuckers mit einem höheren gelösten Borgehalt.
Die Puga-Quellen dienen dabei als modernes Vergleichssystem für mineralreiche Gewässer. Sie sind kein direkter Beweis dafür, dass auf der frühen Erde überall dieselben Bedingungen herrschten. Doch sie verdeutlichen, warum solche Wechselwirkungen bei Experimenten mit ausschließlich reinen Laborchemikalien leicht übersehen werden können.
Damit ergibt sich ein chemischer Rückkopplungseffekt: Borat bindet Ribose und schützt sie vor bestimmten Abbaureaktionen, während Ribose mehr schützendes Borat in Lösung halten kann. Unter passenden Bedingungen könnte auf diese Weise ein Teil der vorhandenen Ribose länger überdauert haben. Der Zucker würde damit indirekt zu seinem eigenen Schutz beitragen.
Gerade für die Entstehung komplexerer Erbmoleküle wäre mehr Zeit ein Vorteil. Allerdings zeigt die Studie weder, dass in den Versuchen RNA entstanden ist, noch dass sich der Kreislauf tatsächlich in einer urzeitlichen Ursuppe eingestellt hat. Getestet wurde vielmehr, wie bereits vorhandene Ribose die Löslichkeit und Ausfällung von Borverbindungen beeinflusst.
Der Befund kehrt eine verbreitete Blickrichtung der Ursprungsforschung um. Meist wird untersucht, wie Minerale die Bildung organischer Moleküle unterstützen. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass umgekehrt ein organischer Stoff die Löslichkeit von Mineralen beeinflussen und damit die chemischen Möglichkeiten seiner Umgebung verändern kann.