Ein interdisziplinäres Team von Mikrobiologen und Geologen hat bedeutende Fortschritte in der Erforschung der frühesten Lebensformen auf der Erde gemacht. In einem neu veröffentlichten Artikel in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution dokumentieren die Wissenschaftler ihre Laborexperimente, die Bedingungen simulierten, wie sie vor rund vier Milliarden Jahren auf der Erde herrschten. Der Schwerpunkt der Studie lag auf den „Schwarzen Rauchern“ – hydrothermalen Quellen, die in den Tiefen der Ozeane vorkommen. Diese Umgebung könnte eine entscheidende Rolle für die Entstehung des Lebens gespielt haben, da sie einzigartige chemische Prozesse beherbergt.
In den Experimenten schufen die Forscher sogenannte „Chemical Gardens“, die Miniaturausgaben der Schwarzen Raucher darstellen. Diese künstlichen Strukturen ermöglichen die Nachstellung von chemischen Reaktionen, die in der tiefen See auftreten, insbesondere die Reaktion zwischen Eisen und Schwefel, die zur Bildung von Eisensulfid-Mineralen führt. Dabei entsteht Wasserstoffgas (H2), eine potenzielle Energiequelle für Mikroorganismen. Diese Wasserstoffproduktion könnte wichtig gewesen sein, um Mikroben zu unterstützen, die ihn zur Methanproduktion benötigen.
Wachstum von Archaeen in simulierten Umgebungen
Ein zentrales Anliegen der Untersuchung war es, zu verstehen, ob das im Labor produzierte Wasserstoffgas ausreicht, um das Wachstum von methanogenen Archaeen zu ermöglichen. Diese speziellen Mikroben sind in der Lage, Methan zu produzieren, und geben somit Hinweise auf die frühesten Formen des Lebens. Das Team testete das Wachstum der methanogenen Archaeen unter sauerstofffreien Bedingungen in den Chemical Gardens.
Für die Experimente wurde Methanocaldococcus jannaschii als Modellorganismus ausgewählt. Die Ergebnisse waren aufschlussreich: Die Archaeen zeigten ein exponentielles Wachstum und überexprimierten Gene, die für den Acetyl-CoA-Stoffwechsel verantwortlich sind. Diese Fähigkeit der Mikroben, Wasserstoffgas als Energiequelle zu nutzen, belegt die Anpassungsfähigkeit früher Lebensformen an extremen Umgebungen.
Bedeutung der Ergebnisse für das Verständnis der frühen Erde
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Zellen sich in der Nähe von Mackinawit-Partikeln hielten, was mit geologischen Funden übereinstimmt, die in alten hydrothermalen Quellen gemacht wurden. Diese Entdeckung legt nahe, dass chemische Reaktionen, die bei der Ausfällung von Eisensulfid-Mineralen stattfinden, ausreichend Energie für das Überleben der ersten Zellen erzeugt haben. Die Autoren der Studie argumentieren, dass diese Form der hydrogenen Methanogenese möglicherweise die evolutionär älteste bekannte Methode zur Energieerzeugung darstellt.
Durch die Kombination von experimentellen Ergebnissen und geologischen Beweisen trägt diese Studie zum Gesamtverständnis der Entstehung von Leben auf der Erde bei. Die Erkenntnisse könnten auch die Grundlage für zukünftige Forschungen über das Leben in extremen Umgebungen auf anderen Himmelskörpern bieten. Weitere Informationen zu den Hintergründen und Details dieser Forschung sind auf den Webseiten von Universität Regensburg, IMW Mainz und Nature.com zu finden.
