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Stellen Sie sich eine völlig karge Welt vor. Vor Ihnen liegt eine Vulkanlandschaft ohne Flora und Fauna. In dieser grau-schwarzen Fläche sind flache Gewässer verstreut. In jedem dieser natürlichen Becken braut sich eine präzise Mischung aus Chemikalien und physikalischen Bedingungen zusammen, die als Quelle des Lebens auf unserem Planeten dienen könnten.
Einige Wissenschaftler haben die Theorie aufgestellt, dass die Szene, als vor etwa 4 Milliarden Jahren das erste Leben auf der Erde entstand, eher so ausgesehen haben könnte als wie eine Meereskulisse, und eine Studie rund um einen heutigen See in der kanadischen Provinz British Columbia bringt neue Erkenntnisse Unterstützung für diese Idee.
Das flache, salzige Gewässer auf Vulkangestein – bekannt als Last Chance Lake – birgt Hinweise darauf, dass karbonatreiche Seen auf der alten Erde eine „Wiege des Lebens“ gewesen sein könnten, so Studienkoautor David Catling, Professor an der University of Washington der Geowissenschaften. Der am 9. Januar in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Befund könnte das wissenschaftliche Verständnis darüber verbessern, wie das Leben begann.
„Wir konnten nach den spezifischen Bedingungen suchen, die Menschen nutzen, um die Bausteine des Lebens in der Natur zu synthetisieren“, sagte Catling. „Wir glauben, dass wir einen vielversprechenden Ort für die Entstehung des Lebens haben.“
Catling und seine Kollegen wurden erstmals auf den See als Schwerpunkt ihrer Forschung aufmerksam, nachdem eine Literaturrecherche eine unveröffentlichte Masterarbeit aus den 1990er Jahren ans Licht brachte, in der dort ungewöhnlich hohe Phosphatwerte festgestellt wurden. Aber die Forscher mussten es selbst sehen.
Der Last Chance Lake ist nicht tiefer als 30 cm. Es liegt auf einem Vulkanplateau in British Columbia über 1.000 Meter (3.280 Fuß) über dem Meeresspiegel und enthält die höchsten Konzentrationen an konzentriertem Phosphat, die jemals in einem natürlichen Gewässer der Erde gemessen wurden.
Phosphat ist ein wichtiger Bestandteil biologischer Moleküle und eine chemische Verbindung, die das lebenserhaltende Element Phosphor enthält. Es kommt in Molekülen wie RNA und DNA sowie in ATP vor, einem Molekül, das für die Energieproduktion in allen Lebensformen notwendig ist. Laut Sebastian Haas, einem Postdoktoranden, der sich mit der Mikrobiologie und Chemie aquatischer Umgebungen an der University of Washington beschäftigt und der die Arbeit leitete, ist der Phosphatreichtum am Last Chance Lake mehr als 1.000-mal größer als das, was für Ozeane oder Seen typisch ist.
Zwischen 2021 und 2022 besuchte das Forscherteam den Last Chance Lake, um Wasser- und Sedimentproben zu sammeln und zu analysieren.
Dabei entdeckten sie, dass der Last Chance Lake nicht nur eine Brutstätte für Phosphat ist, sondern auch für das Mineral Dolomit, das die Ansammlung von Phosphor in dieser Umgebung ermöglicht und sich als Reaktion auf eine Reaktion zwischen Kalzium, Magnesium und Karbonat im See gebildet hatte. Die sich zusammensetzenden chemischen Prozesse, beeinflusst durch Mineralien aus dem Vulkangestein, auf dem sich der See gebildet hat, sowie ein trockenes Klima führten effektiv zu den einzigartigen Phosphatkonzentrationen – eine Reihe von Bedingungen, von denen Forscher glauben, dass sie einst zur Entstehung von Leben auf dem See geführt haben könnten Die Erde, so Haas.
„Wir verleihen der Idee, dass eine solche Umgebung die Entstehung des Lebens begünstigen würde, Glaubwürdigkeit und sind plausibel“, sagte er.
Der Last Chance Lake ist keine 4 Milliarden Jahre alt – Schätzungen zufolge ist er sogar weniger als 10.000 Jahre alt. Die Website ist lediglich ein modernes Analogon oder eine natürliche Momentaufnahme der Vergangenheit, die Wissenschaftlern letztendlich die Möglichkeit bietet, besser zu verstehen, wie die ursprüngliche Erde außerhalb eines Labors ausgesehen haben könnte.
„Es gibt allen Grund zu der Annahme, dass ähnliche Seen vor etwa 4 Milliarden Jahren auf dem ersten Land entstanden wären, denn das Vulkangestein, auf dem sich der Last Chance Lake befindet, ist grundsätzlich eine Voraussetzung für die Bildung von Soda-Seen“, sagte Haas. „Und was wir hier teilweise zeigen, ist, dass die Chemie des Natronseewassers die Voraussetzung für diese hohen Phosphatwerte ist.“
„Soda-Seen“ wie der Last Chance Lake sind flache Gewässer voller gelöstem Natrium und Karbonat – ähnlich wie Backpulver – die typischerweise durch Wechselwirkungen zwischen Wasser und Vulkangestein entstehen. Sie kommen auf der ganzen Welt vor, sind jedoch weitaus seltener als andere salzhaltige Gewässer.
„Solche Seen haben den höchsten Phosphatgehalt, der mit dem übereinstimmt, was Menschen im Labor zur Herstellung (genetischer Moleküle) verwenden“, sagte Catling.
Wenn Wissenschaftler in einem Labor versucht haben, die chemischen Reaktionen zu reproduzieren, die die Biomoleküle erzeugen, von denen angenommen wird, dass sie für die Entstehung des Lebens von entscheidender Bedeutung sind, sind die erforderlichen Phosphatkonzentrationen bis zu einer Million Mal höher als die, die normalerweise in den natürlichen Gewässern der Welt vorkommen.
„Wenn es solche Seen auf der alten Erde gäbe, hätten sie einen sehr hohen Phosphatgehalt, genau wie der Last Chance Lake“, fügte Catling hinzu.
Gewässer wie diese sind seit langem auf dem Radar der Wissenschaftler als potenzielle Quellen ursprünglichen Lebens. Im 19. Jahrhundert schrieb Charles Darwin erstmals über seine Theorie des „warmen kleinen Teichs“, die besagte, dass sich dort warme, flache, phosphatreiche Seen befunden haben könnten erste Moleküle des Lebens entstanden.
„Ein Teil dessen, was (Darwin) sich vorstellt, sind diese sprudelnden Teiche … wie Yellowstone“, sagte Matthew Pasek, Professor an der University of South Florida, der sich mit Phosphorchemie und der Entstehung von Biowissenschaften befasst.
Dies ist jedoch nicht die einzige populäre Theorie darüber, wie das Leben vor Milliarden von Jahren zum ersten Mal auf der Erde entstand. Ein weiterer Grund ist, dass das Leben in hydrothermalen Quellen in der Tiefsee begann.
Laut Pasek, der nicht an der Forschung beteiligt war, ergänzt die neue Studie die Beweislage, die die Warm-Little-Teich-Hypothese stützt.
„Der Hauptpunkt, dass es in diesen Teichen so hohe Phosphatkonzentrationen geben kann, wird durch diesen Befund definitiv untermauert“, sagte er. „Und es zeigt: ‚So kann das passieren.‘“
Dennoch ist Phosphat in großen Mengen nicht die einzige Substanz, die für die Entstehung des Lebens benötigt wird. Zu dieser Liste von Voraussetzungen gehören auch Kohlenstoff- und Stickstoffquellen sowie die richtigen chemischen und physikalischen Elemente – einschließlich Phänomenen, die als Nass-Trocken-Zyklen bekannt sind –, die die Bildung der notwendigen chemischen Verbindungen und Reaktionen ermöglichen.
Die Autoren sagten jedoch, dass sie nicht behaupten, dass der heutige Last Chance Lake über alle Komponenten verfügt, die für die Bausteine des Lebens erforderlich sind – nur, dass er ein paar entscheidende Teile enthält.
„Der heutige Last Chance Lake enthält mehrere Chemikalien nicht, von denen wir jetzt glauben, dass sie wahrscheinlich für die Entstehung des Lebens von entscheidender Bedeutung sind“, sagte Haas und nannte als Beispiel Zyanid. Frühere Studien deuten darauf hin, dass eine Urversion des Sodasees die Substanz durchaus enthalten haben könnte.
Laut Woodward Fischer, einem Geobiologen am California Institute of Technology, der nicht an der Studie beteiligt war, „löst diese Arbeit zwar nicht eindeutig die Frage, wo das Leben entstanden ist“, aber sie „zeigt die heutigen Umgebungen auf der Erdoberfläche auf, die Wissenschaftler erreichen können.“ Studieren Sie genauer, um die Mechanismen besser zu verstehen, die für die Entstehung von Leben auf unserem Planeten und möglicherweise auch anderswo verantwortlich sind.“
Der Ursprung des Lebens auf der Erde – und darüber hinaus
Wenn das Leben tatsächlich in Sodaseen an Land und nicht auf dem Grund des Ozeans entstehen würde, könnte dieses Wissen theoretisch bei der Suche nach Beweisen für Leben außerhalb der Erde hilfreich sein.
„Wenn Sie dachten, dass das Leben auf dem Grund des Ozeans entsteht, werfen Sie vielleicht einen genaueren Blick auf den subglazialen Ozean auf den Monden von Saturn und Jupiter“, sagte Haas. „Aber wenn man glaubt, dass das Leben auf den Landoberflächen der Erde entstanden ist, könnten Planeten wie der Mars viel wichtiger sein.“
Die gleiche Art von Gesteinsformation, die Sodaseen produziert, findet sich auf weiten Teilen der Oberfläche von Gesteinsplaneten wie dem Mars – was darauf hindeutet, dass sich das Leben anderswo im Universum auf ähnliche Weise gebildet haben könnte.
Ayurella Horn-Müller hat für Axios und Climate Central berichtet. Ihr Buch „Devoured: The Extraordinary Story of Kudzu, the Vine That Ate the South“ erscheint im Frühjahr.
