Chemische Evolution - Am Anfang war der Zucker

Presseldung vom 16.10.2020


Der Ursprung allen Lebens liegt in organischen Molekülen. Doch wie sind diese aus anorganischen Stoffen entstanden? Der LMU-Chemiker Oliver Trapp berichtet über einen Reaktionsweg, bei dem sich Zucker an Mineralien ohne Wasser bilden.

Eine Reise zurück in die Vergangenheit: Vor mehr als vier Milliarden Jahren war die Erde alles andere als ein blauer Planet. Sie begann, sich langsam abzukühlen, und die Schale aus verschiedenen mineralischen Schichten bildete sich. Starker Vulkanismus prägte das Bild. Und die Atmosphäre bestand aus Kohlendioxid, Stickstoff, Methan, Ammoniak, Schwefelwasserstoff sowie gasförmigem Wasser. In dieser feindlichen Umgebung nahm alles Leben seinen Anfang, nur welche Schritte waren erforderlich?


Unwirtliche Bedingungen, wie sie auf der frühen Erde geherrscht haben können: Geysir im Yellowstone Park, USA

Publikation:


Maren Haas, Saskia Lamour, Sarah Babette Christ & Oliver Trapp
Mineral-mediated carbohydrate synthesis by mechanical forces in a primordial geochemical setting
Commun Chem 3, 140 (2020)

DOI: 10.1038/s42004-020-00387-w



Mit dieser Frage befassen sich Forschende seit Jahrzehnten. Bereits 1953 gelang Stanley Miller und Harold C. Urey, wie US-amerikanischen Chemikern, ein Durchbruch. Im Experiment simulierten sie die Uratmosphäre der Erde inklusive Funkenentladung als Modell für Gewitter. Tatsächlich fanden sie in ihrem Reaktionsansatz neben anderen Stoffen auch Aminosäuren, die Eiweiße aufbauen. Heute weiß man, dass die Reaktionsbedingungen nicht der ursprünglichen Situation entsprachen. Ein Durchbruch war das Miller-Urey-Experiment aber dennoch.



Wie andere wichtige Moleküle, etwa Zucker, Fette oder Nukleinsäuren, entstanden sein könnten, blieb weiterhin offen. Ohne diesen komplexen Baukasten ist eine Evolution, die primär zu Cyanobakterien geführt hat, undenkbar. Mit dieser zentralen Frage befasst sich Oliver Trapp, Professor für Organische Chemie an der LMU.

Zucker aus Formaldehyd

Die Spurensuche beginnt im Jahr 1861. Alexander Butlerow, ein russischer Chemiker, fand heraus, dass aus Formaldehyd bei der sogenannten Formosereaktion unterschiedliche Zucker entstehen. Ameisensäure haben Miller und Urey bei ihren Experimenten nachgewiesen. Bei deren Reduktion entsteht Formaldehyd. Butlerow wiederum fand heraus, dass verschiedene Mineralien die Formosereaktion katalysieren. Dazu gehörten unter anderem Oxide und Hydroxide von Calcium, Barium, Thallium und Blei. Gerade Calcium ist in den oberen Erdschichten reichlich vorhanden.



Doch die Hypothese, dass Zucker über diesen Weg entstanden sein könnten, hat zwei Schönheitsfehler. Bei der Formosereaktion entsteht ein Gemisch an unterschiedlichen Verbindungen. Außerdem läuft dieser Weg nur in wässrigen Systemen ab. Zucker lassen sich jedoch auf Meteoriten ebenfalls nachweisen.

Trapp untersuchte zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der LMU und des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg eine andere Möglichkeit. Ihre Experimente führten die Forscher unter mechanochemischen Bedingungen durch. Das heißt: Alle Reagenzien und Mineralien kamen in eine Kugelmühle. Ziel der Arbeitsgruppe war, mechanische Kräfte, wie sie in der Erdgeschichte aufgetreten sind, zu simulieren. Das geschah ohne den Zusatz von Lösungsmitteln.

Tatsächlich lief unter den Reaktionsbedingungen die Formosereaktion ab. Zahlreiche Mineralien eigneten sich, um den Vorgang zu katalysieren. Sie adsorbierten Formaldehyd. Daraus entstand zusammen mit Glykolaldehyd der Zucker Ribose. Er kommt unter anderem in Ribonukleinsäuren vor, die Erbinformationen von Lebewesen speichern. Aber auch höhere Zucker entstanden im Experiment. Gleichzeitig bildeten sich nur wenige Nebenprodukte wie Milchsäure oder Methanol.

„Unsere Ergebnisse liefern eine plausible Erklärung für die Bildung von Zuckern in der festen Phase, aber auch in einer extraterrestrischen Umgebung, in der kein Wasser zur Verfügung steht“, sagt Trapp. Daraus ergeben sich neue Puzzleteile, die sich langsam in ein umfassendes Bild einfügen und wichtige Wege zur Entstehung von Leben aufzeigen. „Wir sind aber auch überzeugt, dass die gewonnenen Erkenntnisse völlig neue Perspektiven für die Forschung eröffnen werden“, ergänzt der LMU-Chemiker.


Diese Newsmeldung wurde mit Material der Ludwig-Maximilians-Universität München via Informationsdienst Wissenschaft ertellt


Diese Artikel könnten dir auch gefallen



Die letzten News


Knochen des Tages
KNM-RU 1723
KNM-RU 1723

Proconsul africanus

Elemente: UC

Rusinga Island, Kenia

21.11.2020
Manche mögen‘s heiß: Globale Erwärmung als Motor für Evolution der Langhalssaurier
Ein internationales Paläontologen-Team, zu dem auch SNSB-Forscher Oliver Rauhut gehört, findet Belege für einen raschen Klimawandel vor 180 Million...
11.11.2020
Der Popa-Langur: ein neu entdeckter Affe aus Asien
Erbgutanalysen, unter anderem an hundert Jahre altem Museumsexemplar, erlauben Einblick in die Evolutionsgeschichte der Haubenlanguren.
03.11.2020
Neanderthaler-Mütter stillten nach fünf bis sechs Monaten ab
Als Grund für das Aussterben der Neanderthaler vermuten einige Forscher, dass die damaligen Mütter ihre Säuglinge lange stillten und die Säuglinge...
31.10.2020
Populationsgeschichte der Hunde deckt sich nur teilweise mit der des Menschen
Wissenschaftler haben die Genome von bis zu 10.900 Jahre alten Hunden untersucht und zeigen, dass die Populationsgeschichte der prähistorischen Hunde...
30.10.2020
Denisovaner-DNA im Erbgut früher Ostasiaten
Forschende des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie und der Mongolischen Akademie der Wissenschaften haben das Genom des ältesten me...
24.10.2020
Bissspuren und ausgefallene Zähne bringen Licht ins Fressverhalten von Dinosauriern
Forscherteam der Universität Tübingen untersucht 160 Millionen Jahre alten Fressplatz im Nordwesten Chinas.
22.10.2020
Kognitive Bausteine der Sprache existierten schon vor 40 Millionen Jahren
Nicht nur Menschen, sondern auch Affen und Menschenaffen erkennen Regeln in komplexen sprachlichen Konstruktionen. Dies haben Sprachwissenschaftler du...
21.10.2020
Mehr noch als Fleisch und Milch
Stabile Isotopendaten von Menschen- und Tierknochen zeigen eine sehr effektive Nutzung des vielfältigen Nahrungsangebots im nördlichen Kaukasus und ...
18.10.2020
Madagaskar: Mensch und Klima verursachten Massenaussterben
Die gesamte endemische Megafauna Madagaskars und der östlich davon gelegenen Inselkette der Maskarenen, zu der Mauritius und Rodrigues zählen, wurde...
17.10.2020
Chemische Evolution - Am Anfang war der Zucker
Der Ursprung allen Lebens liegt in organischen Molekülen. Doch wie sind diese aus anorganischen Stoffen entstanden? Der LMU-Chemiker Oliver Trapp ber...
14.10.2020
Der moderne Mensch kam auf Umwegen nach Europa
Klimatische Bedingungen leiteten die geographische Ausbreitung von Homo sapiens in der Levante vor 43.000 Jahren.
12.10.2020
Reiter wetteiferten vor 3000 Jahren um die ältesten Lederbälle Eurasiens
Wissenschaftler haben in Gräbern von Reitern in Nordwest-China die ältesten Bälle Eurasiens untersucht. Gemäss dem internationalen Forscherteam so...
08.10.2020
Forscher rekonstruieren Käfer aus der Kreidezeit
Ein internationales Forscherteam hat vier neu gefundene Exemplare der fossilen Käfer Mysteriomorphidae mithilfe der Computertomographie untersucht un...
01.10.2020
Jagdverhalten säbelzahntragender Raubtiere erforscht
Ein internationales Team von Forschenden aus dem Vereinigten Königreich und Spanien sowie unter Beteiligung vom Museum für Naturkunde in Berlin, unt...
25.09.2020
Vor 120.000 Jahren: Älteste sicher datierte Nachweise von Menschen auf der arabischen Halbinsel
Unter Verwendung hochauflösender paläoökologischer Informationen, die aus versteinerten Fußabdrücken gewonnen wurden, präsentiert eine neue, in ...
25.09.2020
Neandertaler haben männliches Geschlechtschromosom vom modernen Menschen übernommen
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Martin Petr und Janet Kelso vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipz...
21.09.2020
Versteinerte Bäume im Thüringer Wald: Forscherteam entschlüsselt fossile Mikrowelten
Paläontologen des Museums für Naturkunde Chemnitz und der TU Bergakademie Freiberg führen aktuell in Manebach bei Ilmenau wissenschaftliche Grabung...
21.09.2020
Auch Schimpansen leiden ein Leben lang, wenn sie im Kindesalter die Mutter verlieren
Der Tod eines Elternteils ist für ein Kind traumatisch und Waisenkinder leiden häufig für den Rest ihres Lebens unter diesem Verlust – ein verzö...
21.09.2020
Älteste Spermien der Welt
In einem Bernstein entdeckte ein internationales Team von Paläontologen im Inneren eines weiblichen Muschelkrebses 100 Millionen Jahre alte Riesenspe...
17.09.2020
Schimpansenverhalten und -kultur sind in variabler Umwelt am vielfältigsten
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie und dem Deutschen Zentrum für integrat...
15.09.2020
Weinpresse aus der Eisenzeit gibt Aufschluss über Bautechnik der Phönizier
Forschungsteam der Universität Tübingen entdeckt seltenen Nachweis der frühen Weinherstellung an der Ausgrabungsstätte Tell el-Burak im Libanon.
09.09.2020
Die älteste Neandertaler-DNA Mittelosteuropas
Ein internationales Team berichtet in einer neuen Studie über das älteste mitochondriale Genom eines Neandertalers aus Mittelosteuropa. Das aus eine...
09.09.2020
Das letzte Zucken der Eiszeit
Ein internationales Team von Forschenden blickt präzise wie nie in das Ende der letzten Eiszeit. Wann und wo genau die Jüngere Dryaszeit begann und ...
03.09.2020
Milchverträglichkeit hat sich in wenigen Tausend Jahren in Mitteleuropa verbreitet
Paläogenetiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz finden nur in wenigen Knochen vom bronzezeitlichen Schlachfeld an der Tollense Hinweise auf ...
03.09.2020
Himmelsscheibe von Nebra wird neu datiert
Bisher galt die Himmelsscheibe von Nebra als frühbronzezeitlich und damit als älteste Himmelsdarstellung der Welt. Archäologen der Goethe-Universit...