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Haben Palladium und Phosphit das frühe Leben ermöglicht?
Vor den ersten Enzymen mussten wichtige chemische Reaktionen auf andere Weise Energie erhalten. In Laborversuchen hat Palladium nun Phosphit aktiviert und damit Phosphatgruppen auf eine Reihe biologisch bedeutsamer Stoffe übertragen. Solche Prozesse könnten einen frühen Stoffwechsel ermöglicht haben, doch ob die nötigen Materialien damals tatsächlich ausreichend verfügbar waren, bleibt unklar.
Düsseldorf (Deutschland). Heute speichern Zellen einen großen Teil ihrer direkt nutzbaren chemischen Energie in Adenosintriphosphat (ATP). Komplexe Enzyme bilden diese Verbindung und ermöglichen die Übertragung ihrer Phosphatgruppen auf andere Moleküle. Bei der Entstehung des Lebens fehlten solche Enzyme jedoch vermutlich noch.
Als mögliche Wiege des Lebens gelten alkalische Hydrothermalquellen am Meeresgrund. Wenn Wasser mit eisenreichem Gestein reagiert, entsteht Wasserstoff, während sich bestimmte Metalle in ihrer elementaren Form ablagern können. Frühere Untersuchungen zeigten bereits, wie metallisches Eisen ohne Enzyme an der Energiegewinnung beteiligt sein kann.
Forscher der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) um Manon L. Schlikker haben deshalb untersucht, ob Phosphit, eine chemisch reduzierte Form von Phosphat, als natürliche Energiequelle für die Bildung von Phosphatbindungen dienen könnte. Die Anlagerung solcher Gruppen an andere Moleküle wird Phosphorylierung genannt.
Das Team setzte Phosphit und organische Moleküle in Wasser verschiedenen Metallen aus. Bei alkalischem pH-Wert, ohne Sauerstoff und bei 25 bis 100 Grad Celsius aktivierte elementares Palladium das Phosphit. Dabei wurde es zu Phosphat oxidiert und die Reaktion bildete Wasserstoff.
In Anwesenheit von Adenosinmonophosphat (AMP) entstand Adenosindiphosphat (ADP), eine Vorstufe von ATP. Bei 50 Grad Celsius waren nach 18 Stunden rund 5,9 Prozent des AMP umgesetzt. Palladium konnte damit im Labor eine Reaktion anstoßen, die heutige Bakterien mithilfe eines speziellen Enzyms ausführen.
„Das war ein spannendes Ergebnis, denn in der Literatur gab es keinen Hinweis zur anaeroben Phosphitoxidation mit Palladium“, erklärt Manon L. Schlikker.
Der Katalysator muss in der Natur allerdings nicht als reines Metall auftreten. In serpentinisierten Gesteinen findet sich Palladium auch in Legierungen mit Nickel und Eisen, wie die Forscher berichten. Deshalb stellten sie eine entsprechende Metallmischung synthetisch her und testeten sie ebenfalls.
Die Metallmischung katalysierte die Bildung von ADP, allerdings mit einer niedrigen Ausbeute. Der Befund zeigt, dass eine geologisch plausible Form des Katalysators grundsätzlich wirksam sein kann. Er belegt jedoch nicht, dass sich derselbe Vorgang einst im Meeresboden abspielte.
„Wir waren natürlich sehr erfreut zu sehen, dass auch diese Legierung die Phosphorylierungsreaktion katalysierte“, erklärt Dr. Harun Tüysüz vom IMDEA Materials Institute.