Das Leben auf der Erde könnte nicht einmal, sondern zweimal begonnen haben. Neue Belege eines internationalen Teams unter der Leitung von Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf in Deutschland deuten darauf hin, dass die ersten frei lebenden Zellen unabhängig voneinander in zwei getrennten Ereignissen entstanden sind, obwohl alles Leben einen gemeinsamen genetischen Code teilt.
Die in Science Advances veröffentlichten Ergebnisse stellen die lange gehegte Annahme in Frage, dass der Übergang von Chemie zu Biologie nur einmal stattfand. Stattdessen weist die Forschung auf eine bemerkenswerte Möglichkeit hin: Bakterien und Archaeen, die beiden ältesten Zweige des Lebens, könnten jeweils den Sprung von der Chemie hydrothermaler Quellen zur frei lebenden Existenz auf eigene Faust gemacht haben.
Zwei Arten von Pionierzellen, ein uralter Code
Vor etwa 4 Milliarden Jahren war die Erde ein feindlicher Ort. Die frühesten Zellen waren noch nicht frei lebend; sie waren auf die chemische Energie hydrothermaler Quellen angewiesen. Doch irgendwann begannen zwei verschiedene Formen primitiven zellulären Lebens zu entstehen.
Natalia Mrnjavac, Biologin an der Universität Düsseldorf und Hauptautorin der Studie, beschreibt die Szene: zwei sehr unterschiedliche Arten von Zellen, Pionierbakterien und Pionierarchaeen, die ihre ersten Versuche des Lebens außerhalb der Grenzen einer hydrothermalen Quelle unternehmen.
Die Forscher kamen zu diesem Schluss, indem sie die Ursprünge von Enzymen während der frühesten Spaltung zwischen Bakterien und Archaeen verfolgten. Sie untersuchten Genome, Proteinstrukturen und chemische Reaktionen, um das Stoffwechselnetzwerk zu rekonstruieren, das die frühesten Zellen nutzten, um Aminosäuren, RNA-Basen und Vitamine aus einfachen Materialien wie Wasserstoffgas, Ammoniak und CO2 herzustellen.
Die Überraschung im uralten Stoffwechsel
Dieses Stoffwechselnetzwerk besteht aus 420 chemischen Reaktionen, die extrem alt sind und in allen Lebensformen in einem Ausmaß konserviert sind, das mit dem genetischen Code selbst vergleichbar ist. Aber hier waren die Forscher überrascht: Die Enzyme, die diese Reaktionen ausführen, sind zwischen Bakterien und Archaeen nicht konserviert.
William Martin, leitender Autor der Studie, sagt, dass der letzte universelle Vorfahr aller Zellen, bekannt als LUCA, Enzyme für nur etwa die Hälfte der Reaktionen des Stoffwechsels besaß. Die andere Hälfte scheint sich in den beiden Linien getrennt entwickelt zu haben.
Dies deutet darauf hin, dass die chemischen Reaktionen selbst von Anfang an vorhanden waren, aber die biologischen Katalysatoren, die sie antreiben, unabhängig in Bakterien und Archaeen zusammengesetzt wurden. Mit anderen Worten: Die beiden Domänen des Lebens könnten die gleiche Chemie von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt haben, aber jede entwickelte ihre eigene Art, sie zu nutzen, sobald frei lebende Zellen entstanden.
Die Forscher sagen, dass diese Vergleiche beispiellose Einblicke in die Phase der Evolution geben, in der der Enzym-katalysierte Stoffwechsel aus spontanen Reaktionen entstand, die durch Metalle in der Erdkruste katalysiert wurden.
Eine neue Sicht auf die tiefsten Wurzeln des Lebens
Die Auswirkungen sind tiefgreifend. Wenn frei lebende Zellen zweimal entstanden sind, dann war der Ursprung des Lebens auf der Erde kein einzelnes, fragiles Ereignis, sondern ein robusterer Prozess, der parallel ablaufen konnte. Dies wirft auch Fragen auf, wie häufig Leben anderswo im Universum sein könnte, da der Übergang zu frei lebenden Zellen möglicherweise nicht so unwahrscheinlich ist wie einst gedacht.
Vorerst deuten die Belege auf eine gemeinsame chemische Grundlage, aber einen divergenten biologischen Weg hin. Das Leben auf der Erde mag durch seinen genetischen Code vereint sein, aber seine Reise zum frei lebenden Dasein könnte zweimal unternommen worden sein, von zwei verschiedenen Arten von Pionieren.
