Die Ursuppe am Köcheln halten

Thomas Mündle | aus HEUREKA 3/05 vom 29.06.2005

Man nehme heißes Wasser, Kochsalz, Kohlendioxid und Stickstoff, gebe ein paar Blitze dazu - und fertig ist die Ursuppe. Zum Nachtisch gibt es tiefgekühlte Titan-Atmosphäre. Ein Besuch bei dem Innsbrucker Chemiker Bernd Rode, der den Anfang des Lebens vor vier Milliarden Jahren experimentell nachstellt.

Steinig und nackt. Grünes T-Shirt, schwarze Motorradlederhose und Motorradstiefel. Sein Outfit erinnert eher an das eines Rockers oder eines passionierten Bikers. Im Hintergrund des Büros eine fast leer gewischte Wandtafel, auf der sich nur die Schrödingergleichung gehalten hat. Kein Zufall, denn die Quantenmechanik spielt bei Bernd Rodes Forschungen zum Anfang des Lebens eine zentrale Rolle.

Was der Leiter der Abteilung für Theoretische Chemie hier mit seinem Team betreibt, nennt sich präbiotische Chemie. Diese Forschungsrichtung versucht die Evolution des Lebens aus einfachsten molekularen Bausteinen nachzuvollziehen. Ausgangspunkt für die Innsbrucker sind dabei die Bedingungen, wie sie damals auf der Urerde vorherrschten. "Die Geologen wissen heute sehr genau, wie die frühe Erde ausgesehen hat", sagt Rode und nimmt einen Zug von seiner Zigarette.

Unser Planet war demnach eine unwirtliche, steinig-nackte Welt mit lavaspeienden Vulkanen und einem brodelnden, salzigen, pH-neutralen Urozean. Die Atmosphäre bestand aus Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf. Dazu gab es ständige Blitzgewitter, eine harte UV-Strahlung und regelmäßige Meteoritenbombardements. Der Mensch hätte hier, nicht zuletzt wegen des Mangels an Sauerstoff, unmöglich überleben können. Leben aber konnte sich allem Anschein nach doch entwickeln.

Leben aus dem Wasser. Aber wo? Auf der festen Erdoberfläche oder im Urozean der Urerde? Tatsächlich galt die spontane Entstehung von Leben aus Staub noch bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts als möglich; ja, sie schien angesichts von Würmern und Maden allgegenwärtig. Der französische Chemiker Louis Pasteur war es, der durch den nach ihm benannten Prozess der Pasteurisierung diese irrige Auffassung widerlegte.

Aus Staub Leben zu schaffen haben die präbiotischen Chemiker erst gar nicht versucht. Denn nur in einem flüssigen Milieu hätten die kleinsten Moleküle miteinander in einen regen Austausch treten können. Dies hätte eventuell zur Bildung größerer Einheiten führen können. Die Innsbrucker gehen deshalb davon aus, dass das Leben im Urozean in Form von Proteinen entstanden ist.

Moment, gilt nicht die DNA als Molekül des Lebens? Man müsse zwischen dem Leben, wie es heute existiert, und den Anfängen vor rund vier Milliarden Jahren unterscheiden, so Rode. "Ein Auto der ersten Generation von Daimler schaut auch ganz anders aus als ein Mercedes von heute." Im kochend heißen Urozean wären DNA-Moleküle ungeschützt in wenigen Minuten zerfallen. Die stabileren Proteine hingegen konnten sich unter diesen harschen Bedingungen schon bilden. Die Entstehung des Lebens musste mithin einen

Umweg zur DNA nehmen. Am Anfang waren also die Proteine bzw. deren kleinere Einheiten, die Aminosäuren und Peptide.

Weißer Bienenschwarm. Als theoretischer Chemiker hat Rode eine Vorliebe für Computersimulationen. Tatsächlich hat er den Urozean virtuell nachgebastelt. Das Ergebnis seiner Arbeit kann in Form einer dreißigsekündigen Computeranimation betrachtet werden. Sie fasst mehrere Tage auf der Urerde und viele Jahre Forschung zusammen. Die Grafik kommt so unspektakulär wie die eines Computerspiels aus den frühen 1980er-Jahren daher.

Kleinste Moleküle in Form von weißen Strichen wimmeln wie ein Bienenschwarm über den ansonsten dunklen Bildschirm. Und auf einmal bildet sich eine größere Verbindung, dann eine zweite und dritte. Schließlich ist es ein ganzer Haufen. "Das sind die ersten Aminosäuren und Peptide", kommentiert Bernd Rode. "Das Ergebnis unserer Arbeit ist eine Mischung aus praktischen Laborarbeiten und quantenmechanischen Berechnungen", fügt er hinzu und zündet sich seine nächste Zigarette an.

Der erste Institutscomputer füllte noch einen mittelgroßen Seminarraum, und die Kalkulationen konnten schon einmal Wochen dauern. Heute sind die Rechenleistungen bekanntlich bedeutend höher. Da die Berechnungen heutzutage aber viel genauer durchgeführt werden sollen, kommt es immer noch vor, dass man tagelang auf ein Resultat wartet, bei manchen Aufgaben gar Wochen.

Ursuppe eingebrockt. Neben dem Superrechner ist eine eigens gebastelte Ursuppenapparatur das Herzstück der Innsbrucker Experimente. Sie liefert die empirischen Daten. In einer einfachen Glasröhre können die relevanten Bedingungen der Urerde nachgeahmt werden: Eine Gasmischung aus Stickstoff und Kohlendioxid simuliert die damalige Atmosphäre; die Ursuppe selbst besteht lediglich aus heißem Wasser und Kochsalz.

"Mit dieser Vorrichtung, der Ursuppe, der Luft der Urerde und einem künstlichen Blitzgewitter in Form von elektrischen Entladungen ist es uns vor zwei Jahren erstmals gelungen, mehrere biologisch relevante Aminosäuren herzustellen", freut sich Rode. Der erste Schritt in Richtung Leben war getan.

Dieselbe Apparatur kam auch beim zweiten Schritt, dem Zusammenschluss von Aminosäuren zu Peptiden, zum Einsatz. Da sich Kupferionen als optimal erwiesen, um die Prozesse zu beschleunigen, wurde eine Prise Kupferchlorid zugegeben. Selbstverständlich waren Spuren von Kupfer auch im Urozean vorhanden. Und weil Blitze hier keinen speziellen Beitrag leisteten, blieb das Gewitter aus. Auch die Nachahmung von Flut und Ebbe fand Eingang in einige Experimente. Die Bildung von Peptiden aus Aminosäuren funktioniert nämlich nur bei einer relativ hohen Salzkonzentration.

Das Salz in der Suppe. Da der durchschnittliche Salzgehalt des Urozeans hinlänglich gut bekannt ist - er war genauso groß wie noch heute in den meisten Ozeanen -, musste man sich ein Szenario überlegen, wie die erhöhten Salzkonzentrationen zustande kommen konnten. Die Lösung ist einfach und doch genial: An Küsten und in Lagunen konnte Wasser leicht verdampfen. Salz reichert sich dabei an, weil es nicht mitverdampft. Da es aber, wie gesagt, ohne Wasser auch nicht geht, hat die Flut bzw. ein Regenguss wieder für Wassernachschub gesorgt.

Im Experiment wird die Suppe einfach eingedampft, danach wird Wasser zugegeben. Tatsächlich ließen sich auf diese Weise Peptide herstellen. Das Ergebnis stimmt Bernd Rode sichtlich zufrieden. Er hat einen Weg gefunden, um aus der Ursuppe Aminosäuren und dann Peptide hervorzuzaubern.

Er glaubt jedenfalls fest daran, auf dem richtigen Weg zu sein. Auch weil die aus der Ursuppe hervorgegangenen Peptidsequenzen mit Sequenzen, wie sie in den Membranproteinen von Archaebakterien vorkommen, übereinstimmen. Archaebakterien zählen zu den ältesten Lebewesen der Erde. Dass die erhaltene Sequenz bloßer Zufall sein könnte, ist mathematisch gesehen extrem unwahrscheinlich.

Einzigartige Erde? Im gleichen Labor findet zurzeit noch ein weiteres Ursuppenexperiment statt. Die Sonde Huygens hat kürzlich Daten über die klimatischen Bedingungen auf dem Saturnmond Titan zur Erde gefunkt. Die Innsbrucker stellen nun die Situation auf Titan nach - in einer Kühltruhe. Auf Titan ist es nämlich sehr kalt. Erste Analysen deuten darauf hin, dass sich auch unter diesen ganz anderen Bedingungen organische Moleküle bilden können.

Auf Titan findet also gerade eine Art Evolution statt. Dass sich daraus aber eines Tages Leben entwickeln könnte, glaubt Bernd Rode nicht. Trotzdem ist er der Überzeugung, dass es ein Zeichen von menschlicher Hybris sei, sich als einzigartig im Universum zu betrachten. "Wo immer ähnliche Bedingungen vorherrschen wie auf der Urerde, könnte sich das Leben genauso entfaltet haben."

Warum er sich gerade für die Anfänge des Lebens interessiere? Rode meint, dass es ein zutiefst menschliches Bedürfnis sei, darüber mehr wissen zu wollen. Und gerade die Quantenmechanik suche eben immer nach einer grundlegenden Theorie, um alle naturwissenschaftlichen Phänomene erklären zu können - die Anfänge eingeschlossen. Auch Mythen gelten ihm als ein Beweis für das Interesse der Menschen an den Anfängen. "Sie sind Konstruktionen, die schnelle Antworten auf drängende Fragen liefern", sagt er und drückt seine ich-weiß-nicht-wievielte Zigarette aus.

Rode nahm sich mehr Zeit. Er beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit dem Thema. Fortschritte sind auf diesem Gebiet beschwerlich. Und deshalb ist das Ende von Rodes Forschungen über den Anfang des Lebens auch alles andere als absehbar.

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