Dr. Martina Preiner, eine talentierte Forscherin am Zukunftszentrum Mikrokosmos Erde der Uni Marburg und am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, hat kürzlich einen Human Frontiers Science Grant erhalten. Diese Auszeichnung würdigt ihre innovativen Forschungsprojekte zum Ursprung des Lebens. Preiner und ihr Team fokussieren sich auf die Untersuchung poröser mineralischer Umgebungen und deren Rolle bei der Entstehung der ersten Lebensformen.
Ein zentrales Anliegen ist das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen organischen Cofaktoren und primären Peptiden, die in geochemisch geprägten Umgebungen zu finden sind. Biomoleküle, welche als Cofaktoren bekannt sind, spielen eine essenzielle Rolle in biochemischen Reaktionen und sind in allen Organismen vorhanden. Insbesondere wird erforscht, wie diese komplexen Moleküle nicht einfach aus unbelebten Umgebungen entstehen können. Preiner plant, mineralische Porennetze zu konstruieren, um Biomoleküle und Enzymvorläufer zur Interaktion zu bringen.
Forschungsmethoden und Zielsetzung
Das Forschungsteam wird eine umfassende Evolutionsgeschichte der Reaktionskontrolle untersuchen, um selbst erhaltende Reaktionsnetzwerke im Labor aufzubauen. Die Forschung erfolgt aus drei Perspektiven: der Katalyse an Mineraloberflächen, der Chemie in porösen Umgebungen sowie der Rekonstruktion alter Enzyme. Zu dem Team gehören neben Martina Preiner auch Cole Mathis von der Arizona State University und Liam M. Longo vom Earth-Life Science Institute. Der Antrag wurde als einer der fünf besten von insgesamt 111 eingereichten Gruppen ausgewählt.
Das Hauptziel des Projekts besteht darin, zu demonstrieren, wie ein protoenzymatisches Produktionssystem Cofaktoren herstellen kann, die für den Fortbestand von Lebensformen notwendig sind. Das Human Frontier Science Program, das internationale Zusammenarbeit in der Lebenswissenschaftsforschung fördert, unterstützt dieses Vorhaben finanziell und wird von mehreren Ländern sowie der EU unterstützt.
Hydrothermale Tiefseequellen: Ein Schlüssel zum Ursprung des Lebens
Parallel zu Preiners Forschungen hat ein internationales Forschungsteam herausgefunden, dass hydrothermale Unterwasser-Schlote mögliche Orte für die Entstehung von Protozellen sein könnten. Die Wissenschaftler simulierten chemische Reaktionen, die an diesen Tiefseequellen stattfinden, und stellten fest, dass mineralisiertes heißes Wasser mit gelöstem CO2 und Wasserstoff bei geeigneten Bedingungen zur Bildung von Protozellen führen kann.Köln stellte zudem fest, dass geeignete Metall-Katalysatoren entscheidend für diese Prozesse sind.
In einem Laborversuch konnten die Forscher zeigen, dass eine Reaktion bei 100 °C über Nacht Kohlendioxid und Wasserstoff in Ameisensäure, Acetate und Pyruvate umwandelt. Diese Produkte können als Ausgangsmaterial für die Bildung weiterer organischer Moleküle dienen. Bisher war die Verwendung von Enzymen als Katalysator nötig, doch die neuen Erkenntnisse können den Weg in die Vergangenheit aufzeigen, wo einfache chemische Reaktionen durch Metalle und Mineralien katalysiert wurden, was schließlich zur Bildung komplexerer Nukleinsäuren und Proteine führten.
Die Untersuchungen zeigen, dass Wasserstoff als zentraler Baustein für frühe biochemische Prozesse diente und unterstreichen die wichtige Rolle hydrothermaler Systeme in der Erschaffung des Lebens. Die Ergebnisse der Studien geben auch interessante Hinweise auf den Übergang von geochemischen zu biochemischen Prozessen, die in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution veröffentlicht wurden.
Durch die Kombination dieser beiden Forschungsansätze könnte ein neuer Horizont in unserem Verständnis der Entstehung des Lebens auf der Erde eröffnet werden. Innovative Ansätze wie die von Dr. Preiner und ihren Kollegen sind entscheidend, um die komplexen Mechanismen zu entschlüsseln, die letztlich zur ersten Lebensformen führten.
