Als Leben möglich wurde

Dieser Blogbeitrag behandelt jene entscheidende Phase vor der Entstehung des Lebens und die Frage, wie Leben aus einer Welt hervorgehen konnte, die zuvor immer wieder zurückgesetzt worden war.

Stabilität: Eine Welt, die bereits für Leben geeignet war

Gegen Ende des Hadaikums hatte die Erde bereits begonnen, sich von den häufigen Einschlägen zu erholen. Die Abstände zwischen den Einschlägen wurden allmählich größer, die äußeren Schichten kühlten weiter ab, und die Lithosphäre begann dicker zu werden. Wasser konnte länger an der Oberfläche bestehen bleiben und dauerhaft mit Gestein in Wechselwirkung treten.

Das war die erste Voraussetzung für die Entstehung des Lebens: eine stabile Umwelt. Die Welt begann bereits, ihr eigenes „Gedächtnis“ auszubilden. Gesteine und Wasser, die einen Einschlag überstanden, konnten weiter bestehen und sich ansammeln. Die Erde begann, ihren eigenen Zustand aufrechtzuerhalten.

Chemische Reaktionen: Vom Zufall zur Kontinuität

Als sich die Umwelt zu stabilisieren begann, wurde eine weitere Veränderung sichtbarer. Reaktionen zwischen Molekülen wurden häufiger und dauerten länger an.

Schon im früheren Hadaikum trieben hohe Temperaturen, Einschläge und Vulkanismus zahlreiche Reaktionen an. Atome ordneten sich neu, Moleküle entstanden und wurden bei der nächsten heftigen Störung wieder zerschlagen. An Ausgangsstoffen fehlte es nie, und auch Energie war immer reichlich vorhanden. Was wirklich fehlte, war eine stabile Umwelt. In einer Welt, die ständig zurückgesetzt wurde, konnten Reaktionen zwar stattfinden, aber nicht fortbestehen. Sie blieben voneinander isoliert, existierten nur kurz und verschwanden dann wieder.

Doch als sich die Umwelt stabilisierte, änderte sich das. Wasser konnte langfristig bestehen bleiben und als Lösungsmittel wirken. Mineraloberflächen boten Räume, in denen Reaktionen ablaufen konnten. Hydrothermale Systeme lieferten kontinuierlich Energie und Stoffe. Temperatur- und Druckänderungen waren nicht länger so extrem, dass sie alles zerstörten. Keine dieser Bedingungen war für sich genommen selten. Entscheidend war, dass sie nun gleichzeitig vorhanden waren und dauerhaft vorhanden blieben.

Dadurch traten Reaktionen nicht länger nur zufällig auf. Sie begannen sich zu wiederholen, sich zu überlagern und über die Zeit hinweg fortzubestehen.

Die Umwelt erlaubte Reaktionen nicht mehr nur, sie begann, ihr Fortbestehen zu unterstützen. Das war die entscheidende Veränderung.

Netzwerke: Von Isolation zu Verbindung

Als chemische Reaktionen über längere Zeit andauerten, entstand allmählich eine neue Art von Struktur. Reaktionen waren nicht länger isoliert. Das Produkt einer Reaktion wurde zum Ausgangspunkt einer anderen. Mehrere Prozesse begannen sich zu verbinden, einander zu beeinflussen und Ketten zu bilden. Mit der Zeit verflochten sich diese Ketten miteinander. Reaktionen begannen, sich zu Netzwerken zu organisieren.

Innerhalb dieser Netzwerke wurden manche Moleküle nicht nur erzeugt, sondern beteiligten sich auch daran, weitere Moleküle derselben Art hervorzubringen. Einige Reaktionswege begannen sich selbst zu verstärken. Manche Prozesse wiederholten sich immer wieder. Reaktionen trafen nicht länger bloß zufällig aufeinander, sondern begannen, stabile Beziehungen auszubilden.

An diesem Punkt trat eine entscheidende Veränderung ein: Das Netzwerk begann, bis zu einem gewissen Grad seine eigene Existenz zu erhalten. Es blieb weiterhin abhängig von der Umwelt, von Energie und vom Zufluss von Stoffen, doch es war nicht länger vollständig passiv. Solange die Bedingungen nicht völlig zerstört wurden, konnten diese Reaktionen weiter ablaufen, sich weiter verbinden und sich weiter ausdehnen. Veränderung geschah nicht länger nur. Sie begann, sich selbst fortzusetzen. In diesem Moment begann sich die Chemie dem Leben zu nähern.

Stoffwechsel: Materie und Energie beginnen zu fließen

Als Reaktionen Netzwerke bildeten und diese Netzwerke begannen, sich selbst zu erhalten, folgte eine noch tiefgreifendere Veränderung. Diese Netzwerke waren nicht länger nur Strukturen. Sie begannen zu fließen. Materie trat fortwährend ein und wieder aus; Energie wurde aufgenommen und wieder freigesetzt; Reaktionen liefen entlang bestimmter Pfade weiter. Das war die früheste Form des Stoffwechsels.

In solchen Systemen war Veränderung nicht länger ein isoliertes Ereignis, sondern ein andauernder Prozess. Einige Reaktionen setzten Energie frei, andere benötigten Energiezufuhr; und sobald diese Prozesse miteinander verbunden waren, begann Energie durch das System zu fließen.

Die Umwelt der frühen Erde bot auf natürliche Weise die Bedingungen für eine solche Strömung. In hydrothermalen Systemen stiegen heiße Fluide aus dem Mantel auf und trugen reichlich chemische Stoffe und Energie mit sich; wenn sie auf kühleres Meerwasser trafen, entstanden beständige Temperatur- und chemische Gradienten. Diese Gradienten wirkten wie die antreibende Quelle des Systems selbst.

In einer solchen Umgebung fanden Reaktionen nicht länger nur statt, sondern sie begannen, angetrieben zu werden. Und so entstand ein weiteres wesentliches Merkmal: Diese Systeme erhielten sich nicht nur selbst, sie wandelten auch fortwährend Energie und Materie um. In diesem Moment war Leben nicht länger nur eine Struktur. Es begann, ein Prozess zu werden.

Lebensspuren beginnen aufzutauchen

Doch diese Veränderungen selbst waren nichts, woran sich die Erde eindeutig „erinnern“ konnte. Die Erde jener Zeit hat keinen klar erkennbaren ersten Organismus hinterlassen. Es gibt keinen einzelnen Moment, der eindeutig als Beginn des Lebens markiert werden könnte. Was wir besitzen, sind nur indirekte Hinweise.

Zwischen etwa 600 und 800 Millionen Jahren nach der Entstehung der Erde, also vor ungefähr 3,8 bis 3,5 Milliarden Jahren, zeigen einige Kohlenstoffisotopenverhältnisse in Gesteinen der Erde Auffälligkeiten. Diese Abweichungen lassen sich nur schwer durch einfache anorganische Prozesse erklären, ähneln jedoch den Fraktionierungsmustern, die typisch für biologische Aktivität sind.

In einigen jüngeren Sedimentstrukturen lassen sich zudem geschichtete Ablagerungen erkennen. Sie könnten durch die langfristige Aktivität mikrobieller Gemeinschaften entstanden sein. Die Belege sind unvollständig und nicht frei von Kontroversen. Doch sie weisen alle in dieselbe Richtung: Zu jener Zeit waren manche Prozesse nicht länger bloß chemische Reaktionen. Sie hatten begonnen, in einer dauerhaften und stabilen Weise zu existieren, die die Umwelt selbst beeinflussen konnte. Leben wurde nicht direkt beobachtet. Es wird aus der Art erschlossen, wie es begann, die Welt zu verändern.

Übergang: Auf dem Weg zum eigentlichen Leben

Die Entstehung des Lebens war kein einzelnes Ereignis, sondern ein allmählicher Prozess. Aus einer Welt, die zuvor immer wieder zurückgesetzt worden war, entstand nach und nach eine stabile Umwelt. Innerhalb dieser Umwelt begannen chemische Reaktionen über längere Zeit fortzubestehen und Netzwerke zu bilden. Diese Netzwerke begannen zu fließen und brachten die frühesten Formen des Stoffwechsels hervor. Schließlich begannen diese Prozesse in einer Weise zu existieren, die die umgebende Umwelt beeinflussen konnte, und hinterließen die ersten Spuren des Lebens.

Während dieses gesamten Prozesses sammelte sich das „Gedächtnis“ der Erde allmählich an und zeichnete einen Übergang von Unordnung zu Ordnung, von Zufall zu Kontinuität auf. Leben war kein plötzliches Wunder, sondern ein natürliches Ergebnis: Wenn Umwelt, Chemie und Zeit zusammenwirkten, wurde Leben möglich.