Evolutionstheorie: Der Schnellere gewinnt
Die Entstehung des Lebens ist ein Rätsel, das die Menschheit noch einige Jahre beschäftigen wird. Schon bei der Vorstellung, wie die ersten einfachen Zellen entstanden sind, müssen Wissenschaftler heute weitestgehend passen. Letztendlich ist es eine Frage wie nach der Henne und ihrem Ei: Was war zuerst - Erbinformation oder schützende Zellmembran?
Die Wissenschaftler Stanley Miller und Harold Urey haben mit einem Experiment, das sie vor einem halben Jahrhundert durchführten, Geschichte geschrieben: Sie füllten Wasser und verschiedene Gase, die sie in der Ur-Atmosphäre der Erde vermuteten, in einen Behälter und schickten elektrische Entladungen hindurch. Nach einiger Zeit hatten sich Aminosäuren gebildet – kleinste Bausteine des Lebens. Inzwischen ist auch bekannt, dass diese sich zum Beispiel in kleinen Hohlräumen von Gesteinen zu komplexeren Gebilden verbinden können. Diese wiederum könnten irgendwann RNA-ähnliche Moleküle geformt haben, die biologische Informationen speichern und weitergeben, indem sie sich immer wieder teilen und neu aufbauen.
Die ersten Zellvorläufer bestanden wohl nur aus RNA-Molekülen, umschlossen von einer wasserdurchlässigen Hülle – der Zellmembran. Bisher nahmen Evolutionsforscher an, dass schon in diesen Prototypen die RNA selbst für den Nachschub an Membran-Bausteinen verantwortlich war: Wenn das Molekül sich verdoppelt hatte und daher mehr Platz in der Zelle benötigte, habe es für die Erweiterung der Hülle gesorgt und diese so vor dem Reißen bewahrt.
Es ist aber auch bekannt, dass sich ähnliche Membranen auch ganz ohne das Zutun des Speichermoleküls bilden können. Wissenschaftler der Gruppe um Irene Chen vom Massachusetts General Hospital in Boston stellten sich daher die Frage, ob nicht solche leeren Hüllen die Brutstätte für RNA-Moleküle gewesen sein könnten. Aber wie kann sich eine Zellmembran – und sei sie auch noch so einfach gebaut – ohne Nachschub ihres Wirtes ausdehnen?
Die Forscher wussten, dass Fettsäuren sich in Wasser selbstständig zu winzigen doppelwandigen Membranhüllen – so genannten Vesikeln – zusammenlagern. Für ihr Experiment sperrten sie in einen Teil solcher Hüllen zunächst Zucker ein, sodass sie nun zwei Sorten gleich großer Vesikel in einem Reagenzglas hatten – einige mit und einige ohne Inhalt.
Nun waren die in den Membranhüllen eingeschlossenen Zucker-Moleküle in nur wenig Wasser gelöst – die Konzentration der Teilchen im Innern war entsprechend hoch. Außerhalb gab es jedoch nur wenige bis gar keine Zucker-Moleküle im Wasser. Um diesen Konzentrationsunterschied auszugleichen, strömte Wasser in das Innere der Hüllen und blähte diese – ähnlich wie einen Luftballon – auf.
Damit die primitiven Zellen nicht wie reife Kirschen im Regen platzten, mussten sie für Nachschub an Fettsäure-Molekülen sorgen, die sie zur Vergrößerung ihrer Membran dringend benötigten. Die Wissenschaftler beobachteten nun, dass sie diese den leeren Vehikeln wegnahmen – wodurch diese immer kleiner wurden, während die gefüllten Membranhüllen auf ihre Kosten wuchsen.
Die Forscher wiederholten anschließend ihr Experiment mit Vesikeln, in denen sie RNA hineinpackten. Mit dem gleichen Ergebnis: Die gefüllten Vesikel wuchsen auf Kosten der leeren, indem sie ihnen die Membranbausteine wegschnappten.
Wenn nun der Zellinhalt mit Molekülen gefüllt ist, die sich selbst verdoppeln und damit ihre eigene Konzentration immer weiter noch oben schrauben, sollte sich der Effekt noch verstärken: Die gefüllten Vesikel nehmen ihren leeren Kollegen die schützende Hülle weg. Die Wissenschaftler meinen damit einen Hinweis auf ein evolutionäres Wettrennen entdeckt zu haben: Überlebt haben nur wahre Weltmeister im Vervielfältigen – ganz im Sinne Darwins.
Die ersten Zellvorläufer bestanden wohl nur aus RNA-Molekülen, umschlossen von einer wasserdurchlässigen Hülle – der Zellmembran. Bisher nahmen Evolutionsforscher an, dass schon in diesen Prototypen die RNA selbst für den Nachschub an Membran-Bausteinen verantwortlich war: Wenn das Molekül sich verdoppelt hatte und daher mehr Platz in der Zelle benötigte, habe es für die Erweiterung der Hülle gesorgt und diese so vor dem Reißen bewahrt.
Es ist aber auch bekannt, dass sich ähnliche Membranen auch ganz ohne das Zutun des Speichermoleküls bilden können. Wissenschaftler der Gruppe um Irene Chen vom Massachusetts General Hospital in Boston stellten sich daher die Frage, ob nicht solche leeren Hüllen die Brutstätte für RNA-Moleküle gewesen sein könnten. Aber wie kann sich eine Zellmembran – und sei sie auch noch so einfach gebaut – ohne Nachschub ihres Wirtes ausdehnen?
Die Forscher wussten, dass Fettsäuren sich in Wasser selbstständig zu winzigen doppelwandigen Membranhüllen – so genannten Vesikeln – zusammenlagern. Für ihr Experiment sperrten sie in einen Teil solcher Hüllen zunächst Zucker ein, sodass sie nun zwei Sorten gleich großer Vesikel in einem Reagenzglas hatten – einige mit und einige ohne Inhalt.
Nun waren die in den Membranhüllen eingeschlossenen Zucker-Moleküle in nur wenig Wasser gelöst – die Konzentration der Teilchen im Innern war entsprechend hoch. Außerhalb gab es jedoch nur wenige bis gar keine Zucker-Moleküle im Wasser. Um diesen Konzentrationsunterschied auszugleichen, strömte Wasser in das Innere der Hüllen und blähte diese – ähnlich wie einen Luftballon – auf.
Damit die primitiven Zellen nicht wie reife Kirschen im Regen platzten, mussten sie für Nachschub an Fettsäure-Molekülen sorgen, die sie zur Vergrößerung ihrer Membran dringend benötigten. Die Wissenschaftler beobachteten nun, dass sie diese den leeren Vehikeln wegnahmen – wodurch diese immer kleiner wurden, während die gefüllten Membranhüllen auf ihre Kosten wuchsen.
Die Forscher wiederholten anschließend ihr Experiment mit Vesikeln, in denen sie RNA hineinpackten. Mit dem gleichen Ergebnis: Die gefüllten Vesikel wuchsen auf Kosten der leeren, indem sie ihnen die Membranbausteine wegschnappten.
Wenn nun der Zellinhalt mit Molekülen gefüllt ist, die sich selbst verdoppeln und damit ihre eigene Konzentration immer weiter noch oben schrauben, sollte sich der Effekt noch verstärken: Die gefüllten Vesikel nehmen ihren leeren Kollegen die schützende Hülle weg. Die Wissenschaftler meinen damit einen Hinweis auf ein evolutionäres Wettrennen entdeckt zu haben: Überlebt haben nur wahre Weltmeister im Vervielfältigen – ganz im Sinne Darwins.
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