Die Wiege des Lebens war eine schweflige Angelegenheit

In Laborexperimenten bilden sich an natürlich vorkommenden Schwefelverbindungen von Schwermetallen einfache organische Moleküle und Ammoniak. Ähnliche Prozesse könnten an heißen vulkanischen Quellen stattgefunden haben.

Von Steffen Schmidt

Der schweflige Geruch wird seit Langem mit dem Teufel assoziiert. Der Grund mag sein, dass die Hölle in der Tiefe der Vulkane vermutet wurde und diesen häufig Schwefelverbindungen entweichen. Elementarer Schwefel wird in den Kratern von Vulkanen gefunden. Doch sehr viel häufiger ist der Schwefel in Verbindungen mit Metallen in der Erdkruste zu finden. Die Quelle des Schwefels in diesen Mineralien ist in der Regel vulkanische Tätigkeit der Vergangenheit.

Eine der häufigsten dieser Verbindungen ist Eisendisulfid (FeS2), das als Pyrit und als Markassit auftreten kann. An sogenannten Schwarzen Rauchern, heißen Quellen am Meeresboden, entweichen aus der Tiefe giftiger Schwefelwasserstoff (H2S) und verschiedene Sulfide von Schwermetallen. Lange hielt man diese vulkanischen Zonen in der Tiefsee wegen des heißen Wassers und der giftigen Gase für extrem lebensfeindlich. Doch Tiefseeexpeditionen belehrten eines Besseren. Spezialisierte Mikroben nutzen die Schwefelverbindungen als Energiequelle, indem sie aus H2S und Eisensulfid (FeS) Pyrit und Methan bilden, wie Forscher der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen in Braunschweig sowie der Universitäten Konstanz und Tübingen herausfanden (DOI: 10.1073/pnas.1814412116). Diese Mikroben bilden die Grundlage ziemlich komplexer Biotope an diesen heißen Quellen.

Doch Untersuchungen von Chemikern zeigen, dass die schwefligen Mineralien auch einige Bausteine zur Entstehung des Lebens beigesteuert haben könnten. So zeigten Laborversuche, dass elementarer Stickstoff - der Hauptbestandteil der Erdatmosphäre - in wässriger Lösung mit Schwefelwasserstoff an feinen Eisensulfidpartikeln zu Ammoniak reagiert. Bei Experimenten mit Nickel- und Kobaltsulfiden, wie sie an den Schwarzen Rauchern vorkommen, konnten einfache organische Moleküle hergestellt werden.

Eine Forschergruppe um Thomas Carell von der Ludwig-Maximilians-Universität München skizzierte kürzlich im Fachjournal »Science« (Bd. 366, S. 76) eine Kette von Reaktionen, die zur Bildung der Bausteine des Erbmoleküls RNA führen. Der passende Ort für ihren Kochtopf des Lebens: heiße vulkanische Quellen. Die sieht auch ein japanisches Team vom Tokyo Institute of Technology an der Wiege des Lebens. Die Japaner untersuchten allerdings alkalische Tiefseegeysire, die wegen der Farbe der dort aufsteigenden Mineralpartikel Weiße Raucher genannt werden.

Die Entdeckung von 3,4 Milliarden Jahre alten Gesteinschichten aus kohlenstoff- und stickstoffhaltigem Material in der Nachbarschaft von Pyritkristallen legt nahe, dass in einer Umgebung, die Schwefel, jedoch kaum Sauerstoff enthielt, die ersten primitiven Mikroben entstanden sein könnten.