Als Biochemiker und Professor für Organische Chemie an der Ludwig-Maximilians-Universität München, warum interessieren Sie sich für den Ursprung des Lebens?
Thomas Carell: Wir haben gute Vorstellungen davon, wie sich die Organismen auf der Erde entwickelt haben. Das lässt sich vor allem an Fossilien gut ablesen. Dagegen tappen wir im Dunkeln, wie sich die zentralen Biopolymere und die Erbsubstanz entwickelt haben. Deshalb interessiert mich, wie die ersten organischen Moleküle und Aminosäuren auf der frühen Erde entstanden sind.
Und als Astrophysiker am Max-Planck-Institut für Astronomie, wie beschreiben Sie den Ursprung des Lebens?
Thomas Henning: Wir wissen, dass die frühe Erdatmosphäre aus Kohlendioxid, Stickstoff und vielleicht etwas Wasser bestanden hat. Aus diesen Bestandteilen organische Verbindungen zu erzeugen, ist nicht so einfach. Cyanwasserstoff könnte vielleicht ein Schlüsselmolekül für viele präbiotische Prozesse sein, aber zu seiner Erzeugung müssen Katalysatoren wie etwa Eisen hinzukommen. Aber woher kommt das Eisen? Diese Phase der Entstehung des Lebens hat deswegen mehrere Elemente: Auf der einen Seite sind es rein chemische Prozesse, auf der anderen steht aber die Frage, wie es auf der frühen Erde zum Zeitpunkt der Entstehung des Lebens aussah, was also die astrophysikalischen Randbedingungen waren.
Wie lassen sich denn organische Verbindungen erzeugen, die den Einstieg in ein biologisches Leben verkörpern würden?
Thomas Henning: Auf der Erde ließe sich zum einen beispielsweise Eisen als Katalysator aus Silikaten ziehen oder es käme mit Eisenmeteoriten auf den Planeten. Zum anderen könnten organische Verbindungen direkt mit meteoritenähnlichen Einschlägen auf die Erde gekommen sein.
Das ist für Sie ebenso plausibel?
Thomas Carell: Ja, denn wir wissen, dass sich in dieser von Herrn Henning angesprochenen CO2-Atmosphäre nur sehr schwer organische Verbindungen bilden können. Das ist noch eine offene Frage. Und selbst wenn wir wissen sollten, wie sich unter diesen schwierigen Bedingungen Aminosäuren und Nukleinsäuren bilden können, ist noch unklar, wie der Code des Lebens, also die DNA, entstanden ist. Denn damit fängt die Biologie an.
Ist denn der Ursprung des Lebens ein Zufallsprodukt oder das Finale eines deterministischen Prozesses?
Thomas Henning: Die Erde ist vor rund 4,6 Milliarden Jahren entstanden und es gibt Hinweise, dass es Leben schon seit vier Milliarden Jahren gibt. Das heißt, die Bedingungen waren möglicherweise so gut, dass offensichtlich zwangsläufig sehr schnell Leben entstehen konnte. Lange Zeit dachte man, dass Black Smokers, also Heißwasser-Schlote in der Tiefsee, diese Bedingungen bieten könnten, aber davon ist man mittlerweile wieder abgerückt.
Nun sind kleine Hydrothermalseen wieder in den Mittelpunkt gerückt. In diesen gibt es nicht nur Ammoniakverbindungen und Phosphorsalze, sondern auch Licht und Wärme. Zudem ändert sich die Existenz von Wasser in Trocken-Nass-Zyklen. Das ist wichtig, weil das Wasser entfernt werden muss, damit sich Biopolymere bilden können.
Thomas Carell: Das sehe ich auch so. Wir versuchen, in Laborversuchen diese Trocken-Nass-Zyklen nachzuvollziehen und so zu steuern, dass wir Reaktionen unter den Bedingungen einer CO2-Atmosphäre erzwingen können. Dabei stellen wir aber immer wieder fest, dass die Chemie, die in einer solchen Atmosphäre stattfinden kann, noch weitgehend unbekannt ist. Hinzu kommt die spannende Frage, wie deterministisch die Chemie unter bestimmten Randbedingungen ist. Da können wir sicherlich mit dem James-Webb-Weltraumteleskop noch mehr über die Atmosphären von Exoplaneten lernen.
Vor diesem Hintergrund – wie kamen Sie beide auf die Idee für die Jahresversammlung der Leopoldina?
Thomas Henning: Uns beide treibt das Thema „Ursprung und Beginn des Lebens“ seit Längerem um. In der Chemie gibt es viele Fortschritte, um mit empfindlichen Analysetechniken kleine Mengen an organischen Schlüsselmolekülen nachzuweisen und kinetische Daten in komplexen Reaktionsnetzwerken einzubauen. In der Astrophysik hat man herausgefunden, dass Gesteinsplaneten sehr häufig sind. Mit dem Weltraumteleskop charakterisieren wir jetzt erstmals die Atmosphären solcher Gesteinsplaneten. Das Thema ist sozusagen reif für eine intensive Bearbeitung. Das Interessante daran ist auch, dass man viele Wissenschaftszweige zusammenbringen kann, von der Astrophysik über die Chemie und die Biologie bis hin zur Medizin. Das finde ich spannend, weil sich die modernen Naturwissenschaften normalerweise immer mehr spezialisieren.
Was verbinden Sie persönlich mit der Tagung?
Thomas Carell: Es ist sehr gut, dass die Leopoldina dieses Thema in Deutschland auf das Podest setzt. Denn es ist nicht nur ein wichtiger Bereich in der Grundlagenforschung, sondern hat auch ein hohes Anwendungspotenzial. So sind beispielsweise Membranumhüllungen von Nukleinsäuren, wie sie auf der frühen Erde erfunden wurden, um eine Zelle zu bilden, im Zusammenhang mit den Messenger-RNA-Vakzinen auch heute von herausragender Bedeutung. Auch auf diesem Gebiet müssen die therapeutischen Nukleinsäuren mit Fetthüllen umgeben werden, um die mRNA zu schützen und sie in Zellen zu transportieren. Die Frage, wie man mit den Nukleinsäuren in die Zellen kommt und welche Prinzipien dahinterstecken, hat enormes wirtschaftliches Potenzial.
Thomas Henning: Das Thema könnte auch in die Disziplinen ausstrahlen, die in der Leopoldina vertreten sind. In der Astrophysik hat sich fast unbemerkt eine zweite Kopernikanische Revolution vollzogen: In der Kopernikanischen Revolution ist die Erde aus dem Mittelpunkt des Sonnensystems gerückt, auf einmal sehen wir viele andere Planetensysteme und erdähnliche Planeten. Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop können wir erstmals deren Atmosphären charakterisieren. Dadurch ist ein neuer Wissenschaftszweig entstanden, der ruft geradezu danach: Gibt es Leben auf diesen Planeten und wie entsteht Leben auf terrestrischen Planeten?
Das Gespräch führte Benjamin Haerdle