Studie wirft neues Licht auf den Ursprung des Lebens auf der Erde

Illustration eines Ozeans auf der frühzeitlichen Erde. (Credits: NASA)
Illustration eines Ozeans auf der frühzeitlichen Erde. (Credits: NASA)

Ein Team unter Leitung der Rutgers University geht eine der wichtigsten unbeantworteten Fragen der Biologie an und hat die Struktur der Proteine entdeckt, die möglicherweise für den Ursprung des Lebens in der Ursuppe auf der frühzeitlichen Erde verantwortlich sein könnten. Die Studie erschien im Journal Science Advances.

Die Forscher untersuchten, wie primitives Leben auf unserem Planeten aus einfachen, nicht lebenden Materialien hervorgegangen sein könnte. Sie fragten sich, welche Eigenschaften das uns bekannte Leben definieren und schlussfolgerten, dass alle lebenden Organismen Energie aus Quellen wie der Sonne oder hydrothermalen Schloten hätten sammeln und nutzen müssen.

Auf molekularer Ebene betrachtet, würde das bedeuten, dass die Fähigkeit zur Verschiebung von Elektronen entscheidend für das Leben war. Weil die besten Elemente für den Elektronentransfer Metalle sind (man denke an elektrische Leitungen) und die meisten biologischen Aktivitäten von Proteinen durchgeführt werden, entschieden sich die Wissenschaftler dafür, die Kombination der beiden zu untersuchen – also Proteine, die Metalle binden.

Sie verglichen alle existierenden Proteinstrukturen, die für die Ausbildung irgendwelcher Merkmale Metalle binden, ausgehend von der Prämisse, dass diese geteilten Merkmale in urzeitlichen Proteinen vorhanden waren und sich in den Proteinumfang diversifizierten, den wir heute sehen.

Die Entwicklung von Proteinstrukturen umfasst auch das Verständnis, wie neue Faltungen aus früheren existierenden hervorgingen. Daher entwarfen die Wissenschaftler eine Berechnungsmethode, die zeigte, dass die große Mehrheit der aktuell existierenden metallbindenden Proteine einander ähnelt, ungeachtet des Metalls, das sie binden, von welchem Organismus sie stammen oder der Funktionalität, die das Protein als Ganzes ausführt.

„Wir sahen, dass die metallbindenden Kerne von existierenden Proteinen tatsächlich einander ähneln, auch wenn es die Proteine selbst nicht tun“, sagte Yana Bromberg, die Hauptautorin der Studie und Professorin am Department of Biochemistry and Microbiology an der Rutgers University in New Brunswick. „Wir erkannten auch, dass diese metallbindenden Kerne oft aus sich wiederholenden Unterstrukturen bestehen, ähnlich wie Legosteine. Diese Bausteine kommen auch in anderen Bereichen des Proteins vor, nicht nur in metallbindenden Kernen, sowie in vielen anderen Proteinen, die wir in unserer Studie nicht berücksichtigt haben. Unsere Beobachtung spricht dafür, dass die Neuanordnungen dieser kleinen Bausteine einen einzigen gemeinsamen Vorfahren oder eine kleine Gruppe gemeinsamer Vorfahren gehabt haben könnten und das gesamte breite Spektrum an Proteinen und deren Funktionen daraus hervorging. Zumindest bei Leben, wie wir es kennen.“

„Wir haben nur sehr wenige Informationen darüber, wie das Leben auf diesem Planeten entstand, und unsere Arbeit trägt eine bislang fehlende Erklärung dazu bei“, sagte Bromberg, deren Forschung sich auf die Entschlüsselung der DNA-Baupläne für die molekulare Maschinerie des Lebens konzentriert. „Diese Erklärung könnte möglicherweise auch bei unserer Suche nach Leben auf anderen Planeten und planetaren Himmelskörpern helfen. Unsere Entdeckung der spezifischen strukturellen Bausteine könnte auch relevant für synthetische Ansätze sein, bei denen Wissenschaftler auf die Neukonstruktion bestimmter aktiver Proteine abzielen.“

An der von der NASA finanzierten Studie waren auch Forscher der University of Buenos Aires beteiligt.

Quelle

(THK)

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