Präbiotische Chemie Große Natronseen als Keimbecken des irdischen Lebens

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Leben braucht Phosphor. Das Element ist jedoch knapp und kommt typischerweise nur in geringen Konzentrationen vor. Wo also gab es vor vier Milliarden Jahren genügend Phosphor auf der Erde, damit Leben entstehen konnte? Ein Forscherteam hat nun eine mögliche Antwort identifiziert.

Neben Stickstoff und Kohlenstoff ist Phosphor ein essenzielles Element für das Leben auf der Erde. Es ist ein zentraler Bestandteil von Molekülen, zum Beispiel von DNA und RNA, welche genetische Information speichern und übertragen, oder von ATP (Adenosintriphosphat), das Zellen zur Energiegewinnung benötigen. Auch in Bezug auf den Ursprung des Lebens dürfte Phosphor eine Schlüsselrolle gespielt haben. Schließlich reguliert es das Wachstum und die Aktivitäten von Organismen und ist für biochemische Prozesse wichtig, die der Entstehung von Leben vorausgehen müssen.

Anders als Stickstoff oder Kohlenstoff ist Phosphor auf der Erdoberfläche relativ selten – das galt in der Ära bevor es Leben gab genauso wie heute. Gerade weil es so schwer verfügbar und gleichzeitig von Lebewesen stark nachgefragt ist, wundern sich Wissenschaftler seit langem, wie überhaupt Leben entstehen konnte.

In Laborexperimenten zeigte sich: die präbiotische Chemie erfordert sehr hohe Phosphorkonzentrationen – etwa 10.000-mal mehr Phosphor als in Wasser natürlicherweise vorkommt. Dies wirft die Frage auf, wie und wo solche hohen Phosphor-Konzentrationen im Wasser auf der Erde vor Milliarden Jahren vorkamen.

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Eine Falle für Phosphor, ein Keimbecken fürs Leben

Der Erdwissenschaftler Craig Walton hat darauf eine neue Antwort: Große Natronseen ohne natürlichen Abfluss könnten die Phosphorkonzentrationen ausreichend lange hochhalten, selbst wenn irgendwann in ihnen Leben zu existieren beginnt (und laufend Phosphor verbraucht). Schon 2020 hatten Forschende der University of Washington darauf hingewiesen, dass Natronseen die Wiege des Lebens sein könnten. Walton hat den Faden nun weitergesponnen. Der Forscher untersucht an der ETH Zürich Fragen zum Ursprung des Lebens aus geochemischer Perspektive.

Nicht jeder Natronsee ist geeignet, kleinere schließt er aus. „Sobald sich Leben in ihnen entwickelt, würde ihr Phosphorvorrat schneller zur Neige gehen, als er wieder aufgefüllt wird. Dies würde sowohl die chemischen Reaktionen als auch das sich daraus entwickelnde Leben im Keim ersticken“, sagt Walton.

Bei großen Natronseen hingegen sind Phosphorkonzentrationen hoch genug, um sowohl die grundlegenden chemischen Reaktionen als auch das Leben langfristig zu versorgen. Solch hohe Phosphorkonzentrationen werden durch einen starken Zufluss von Phosphor-haltigem Flusswasser erreicht. Weil Wasser den See nur über Verdunstung verlässt, reichert sich der Phosphor dort mehr und mehr an.

Großer See mit idealen präbiotischen Bedingungen

Ein Beispiel für einen solchen großen Natronsee ist der Mono Lake in Kalifornien mit gut 180 Quadratkilometern Fläche. Im Mono Lake bleibt die Phosphorkonzentration konstant hoch, sodass dort eine Vielzahl von Lebewesen gedeihen kann. Walton und sein Team halten deshalb große Natronseen mit konstant hohem Phosphorangebot in der Frühgeschichte der Erde für eine ideale Umgebung für die Entstehung des Lebens. Die Forschenden gehen davon aus, dass das Leben eher in solchen großen Gewässern als in kleinen Tümpeln entstanden ist, wie es Charles Darwin vermutet hatte.

Die Entstehung des Lebens könnte also eng mit der besonderen Umwelt von großen Natronseen verbunden gewesen sein, die durch ihre geologische Umgebung und den Phosphorhaushalt ideale Bedingungen für die präbiotische Chemie boten. „Diese neue Theorie hilft dabei, ein weiteres Stück des Rätsels um den Ursprung des Lebens auf der Erde zu lösen“, sagt Walton.

Originalpublikation: Walton CR, Hao J, Schönbächler M, Shorttle O: Large closed-basin lakes sustainably supplied phosphate during the origins of life, Science Advances, 19 Feb 2025, Vol 11, Issue 8; DOI: 10.1126/sciadv.adq0027

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