Der Ursprung des Lebens: Eine Reise zur frühen Erde

Eine Erde ohne Leben

Vor mehr als vier Milliarden Jahren war die Erde ein Ort, der mit unserer heutigen Welt wenig gemein hatte. Gewaltige Vulkanausbrüche schleuderten Gaswolken in die Atmosphäre, Meteoriten schlugen ein und erhitzten die Oberflächen, Ozeane brodelten unter einem Himmel ohne Sauerstoff. Statt Wälder, Korallenriffe oder Tiere zu beherbergen, war dieser Planet eine karge Bühne aus Gestein, Wasser und Gasen. Und doch: Genau in dieser lebensfeindlichen Umgebung begann etwas, das bis heute unser Dasein prägt – die Entstehung des Lebens.

Die chemische Zusammensetzung der jungen Erde spielte dabei eine entscheidende Rolle. Die Atmosphäre war reich an Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf und Spuren anderer Gase, aber Sauerstoff war praktisch nicht vorhanden. Blitze, UV-Strahlung und radioaktive Zerfälle lieferten Energie, die chemische Reaktionen antreiben konnte. Unter diesen Bedingungen bildeten sich einfache Moleküle, die als Grundbausteine für komplexere Strukturen dienten.

Chemische Bausteine im Urmeer

Damit Leben entstehen konnte, brauchte es Moleküle, die sich zu komplexeren Strukturen zusammenschlossen. Eine der bekanntesten Hypothesen besagt, dass sich die ersten organischen Moleküle in einer „Ursuppe“ gebildet haben – einer Mischung aus Wasser, gelösten Mineralien und einfachen chemischen Verbindungen. In den 1950er-Jahren gelang es den Forschern Stanley Miller und Harold Urey, diese Idee experimentell zu untermauern. Sie simulierten eine frühzeitliche Erdatmosphäre, setzten sie elektrischen Entladungen aus und nach wenigen Tagen fanden sich Aminosäuren im Reaktionsgefäß, Bausteine von Proteinen.

Spätere Forschungen zeigten, dass diese Moleküle nicht zwangsläufig in flachen Gewässern entstanden sein müssen. Auch hydrothermale Quellen am Meeresboden bieten ideale Bedingungen für die Synthese organischer Verbindungen. Dort treten heiße, mineralreiche Flüssigkeiten aus dem Erdinneren aus und schaffen Mikrohabitate, in denen sich Moleküle an Oberflächen anlagern, chemische Reaktionen beschleunigen und immer komplexere Strukturen bilden können. Experimente bestätigen, dass in diesen Bedingungen Aminosäuren, Lipide und Nukleotide entstehen können – die Bausteine der Proteine, Membranen und der DNA/RNA.

Die frühe Erde war ein lebensfeindlicher Ort aus Feuer und Stein.

Vom Molekül zur Protozelle

Doch komplexe Moleküle allein machen noch kein Leben. Entscheidend war die Entstehung von Strukturen, die sich abgrenzen und Informationen speichern konnten. Hier kommen zwei fundamentale Eigenschaften ins Spiel: Abgrenzung und Replikation.

Abgrenzung bedeutet, dass Moleküle in Membranen eingeschlossen wurden. Fettsäuren zum Beispiel können spontan kleine Bläschen bilden, sogenannte Liposomen. Diese Bläschen schufen abgeschlossene Räume, in denen chemische Reaktionen stabiler ablaufen konnten. Diese frühen „Protozellen“ boten Schutz vor der Umwelt und ermöglichten die Entstehung komplexerer Stoffwechselwege.

Replikation wiederum bezieht sich auf Moleküle, die sich selbst vervielfältigen konnten. RNA, eine chemische Verwandte der DNA, spielt in dieser Hypothese eine zentrale Rolle. Sie kann nicht nur Informationen speichern, sondern auch chemische Reaktionen katalysieren. Viele Forscher:innen gehen davon aus, dass die erste Lebensform eine Art RNA-Welt war: kleine, sich selbst kopierende RNA-Moleküle, eingeschlossen in primitive Membranen. In diesen kleinen Bläschen konnten sich Replikationsprozesse stabilisieren, Fehler korrigiert und neue Varianten getestet werden – ein früher Ansatz von Evolution.

Der lange Weg zur Zelle

Aus diesen Anfängen entwickelte sich ein Prozess, der Millionen von Jahren dauerte. Immer stabilere Protozellen bildeten sich heraus, ihre Reaktionsnetzwerke wurden komplexer. Wahrscheinlich entstanden erste Stoffwechselwege, die chemische Energie aus der Umwelt nutzten. Hydrothermale Quellen könnten frühe Energiequellen geliefert haben, indem sie Redoxreaktionen ermöglichten, die Energie für Wachstum und Replikation bereitstellten.

Mit der Zeit verschmolzen Informationsspeicherung, Membranen und Stoffwechsel zu funktionsfähigen Einheiten – den ersten echten Zellen. Diese sogenannten Prokaryoten dominierten die Erde über Milliarden Jahre hinweg. Fossile Spuren, darunter Stromatolithen aus Australien, belegen, dass bereits vor 3,5 Milliarden Jahren Mikroben existierten, die Photosynthese betrieben und Sauerstoff freisetzten, was die Entwicklung komplexerer Lebensformen vorbereitete.

Erst nach weiteren Milliarden Jahren entstanden die ersten Eukaryoten, also Zellen mit einem Zellkern und komplexen Organellen, und später vielzellige Organismen. Der Schritt von einfacher Chemie zu komplexem Leben war abgeschlossen, doch die Evolution ging weiter: von Mikroben über Fische, Amphibien, Reptilien und Säugetiere bis hin zum Menschen. Jeder Schritt war auf den chemischen und physikalischen Grundlagen aufgebaut, die vor Milliarden Jahren in der Ursuppe und den Tiefen der Meere gelegt wurden.