Big Bang und was noch?

MPI für Kohlenforschung erforscht chemische Grundlagen für die Erstehung des Lebens

In ihrer Initiative „Leben“ fördert die VolkswagenStiftung ein gemeinsames internationales Projekt von Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU), Max-Planck-Institut für Kohlenforschung und der Université de Strasbourg. Die Forscher möchten in den kommenden fünf Jahren die Bedingungen in der Erdkruste vor vier Milliarden Jahren rekonstruieren und die zentralen chemischen Grundlagen für die Entstehung des Lebens identifizieren.

Hierfür stellt die Stiftung 1,5 Millionen Euro bereit. Das Team von Privatdozent Dr. Harun Tüysüz vom Max-Planck-Institut bringt dabei seine Expertise aus der Katalysatorforschung ein.

Die Erde bildete sich vor rund 4,5 Milliarden Jahren. In erdgeschichtlich kurzer Zeit danach entstand bereits das erste Leben auf unserem Planeten. Die Bedingungen damals waren allerdings noch deutlich andere als heute, es gab keinen Sauerstoff in der Atmosphäre, die Erde war wahrscheinlich vollständig mit Wasser bedeckt und die Erdkruste war extrem heiß. Wie unter diesen Bedingungen das erste Leben aufkeimte, ist ein Schwerpunkt der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. William Martin.

Die Forscher gehen dabei von drei grundlegenden Eigenschaften aus, die allem Leben gemein sind. So nutzt Leben zum ersten Energie aus seiner Umwelt, um chemische Reaktionen anzutreiben. Zweitens sind in diese Reaktionen maßgeblich Moleküle auf Kohlenstoffbasis involviert. Und drittens begünstigen Katalysatoren die Reaktionen, sie werden von ihnen beschleunigt und gesteuert. Die katalysierte Umwandlung von Verbindungen ist Forschungsschwerpunkt des Mülheimer Max-Planck-Institutes, an dem Harun Tüysüz als Gruppenleiter Heterogene Katalyse und Nachhaltige Energie tätig ist.

Unter bestimmten, günstigen Umweltbedingungen – wie sie vor rund vier Milliarden Jahren, zum Zeitpunkt der Entstehung des Lebens bestanden –, müssen sich die zentralen Moleküle des Lebens, zum Beispiel Aminosäuren und Zucker, spontan von selbst geformt und zu komplexeren Systemen – von autokatalytischen Netzwerken bis zu einer kompletten Zelle – organisiert haben. Dass damals Katalysatoren vorhanden waren, trug entscheidend zu diesen Startbedingungen bei.

Im nun von der VolkswagenStiftung geförderten Projekt wollen die Forschenden aus Düsseldorf (unter der Leitung von Prof. Dr. William Martin), Mülheim/Ruhr (Leitung PD Dr. Harun Tüysüz) und Strasbourg (Leitung Prof. Dr. Joseph Moran) in Laborexperimenten verschiedene Katalysatoren untersuchen, die sowohl in Mineralien als auch in lebenden Organismen zu finden sind. Letztere benutzen diese Katalysatoren heute noch zur Synthese zentraler Moleküle aus den einfachen Verbindungen wie Wasserstoff (H2), Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2). Prof. Martin: „Wir wollen daraus lernen, welche Mechanismen es waren, die bereits in den allerersten Anfängen das Leben unterstützten und die Lücke zwischen geologischen und biologischen Prozessen schließen.“

Martina Preiner, leitende Doktorandin bei Prof. Martin, erläutert die geplanten Experimente: „Wir werden zusammen mit den Kollegen in Mülheim Metallverbindungen synthetisieren, die man auch in der Kruste der frühen Erde hätte finden können. Damit werden wir Reaktionen zwischen CO2, Stickstoff und Wasserstoff katalysieren. Es gibt schon Hinweise darauf, dass wir damit bei zentralen Molekülen des Lebens landen können.“ Die Kollaborationspartner in Straßburg werden sich vor allem mit den genauen chemischen Mechanismen der Reaktionen beschäftigen.

Förderangebot „Leben“ der VolkswagenStiftung
Unter die Frage „Was ist Leben?“ hat die VolkswagenStiftung ihre im Grenzbereich zwischen Natur- und Lebenswissenschaften angesiedelte Förderinitiative gestellt. Das Programm wurde im Jahr 2015 eingerichtet, es unterstützt Forschungsvorhaben für eine Dauer von maximal fünf Jahren.
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