Aminosäuren als Katalysatoren der frühen RNA-Entwicklung

MÜNCHEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Die Entstehung des Lebens auf der Erde bleibt eines der faszinierendsten Rätsel der Wissenschaft. Neue Erkenntnisse aus der Forschung an der Ludwig-Maximilians-Universität München werfen ein neues Licht auf die Rolle von Aminosäuren in der frühen molekularen Evolution.

Die Frage, wie das Leben auf der Erde seinen Anfang nahm, beschäftigt Wissenschaftler seit Jahrhunderten. Eine aktuelle Studie aus dem Labor von Professor Dieter Braun an der Ludwig-Maximilians-Universität München hat nun eine unerwartete Form der molekularen Zusammenarbeit zwischen den grundlegenden Bausteinen des Lebens entdeckt. Die Forscher fanden heraus, dass Aminosäuren, die auf der frühen Erde reichlich vorhanden waren, die Polymerisation von RNA unter milden, präbiotischen Bedingungen erheblich fördern können.

Diese Entdeckung stellt die bisher dominierende RNA-Welt-Hypothese infrage, die davon ausgeht, dass RNA die erste selbstreplizierende Molekülform war. Stattdessen deutet die Studie darauf hin, dass das Leben durch ein ausgewogenes Zusammenspiel von RNA und Aminosäuren entstanden sein könnte. Biopolymere, die aus verschiedenen Bausteinen bestehen, sind für lebende Systeme unverzichtbar. RNA fungiert als molekularer Faden, der den Bauplan für Proteine liefert, die wiederum alle biochemischen Reaktionen in den Zellen antreiben.

Die Forscher konnten zeigen, dass die Bildung von RNA-Molekülen in Gegenwart von Aminosäuren um das bis zu Hundertfache zunimmt. Dieser Prozess wird durch eine Form der Säure-Base-Katalyse angetrieben, bei der die Aminogruppe der Aminosäuren eine zentrale Rolle spielt. Bei einem alkalischen pH-Wert können Aminosäuren Protonen in der Polymerisationsreaktion transportieren, was die Bildung von RNA aus Ribonukleosid-2′,3′-cyclischen Phosphaten erleichtert – ein plausibler Ausgangspunkt für präbiotische Szenarien.

Diese katalytische Fähigkeit von Aminosäuren, selbst in ihrer einfachsten Form und ohne in komplexe Proteine eingebaut zu sein, deutet auf eine klare funktionelle Rolle bei der Verstärkung der RNA-Bildung hin. Bemerkenswert ist, dass die Reaktion bei Raumtemperatur, mit mäßiger Alkalität und niedrigen Salzkonzentrationen stattfindet – Bedingungen, die für die langfristige Stabilität und Replikation von RNA günstig sind.

Interessanterweise unterstützt derselbe erhöhte pH-Wert, der die Aminosäure-katalysierte RNA-Synthese erleichtert, auch die RNA-Templatierung, bei der kurze RNA-Stränge den Aufbau komplementärer Sequenzen durch Ligation steuern. Dies führt zu autokatalytischen Replikationsnetzwerken, die letztlich eine solide Grundlage für die darwinistische Evolution bilden. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung alkalischer Umgebungen, die in früheren Experimenten zur Entstehung des Lebens oft übersehen wurden.

Die Studie legt nahe, dass ähnliche alkalische Umgebungen, wie sie beispielsweise auf Vulkaninseln zu finden sind, eine wichtige Rolle in der frühen Evolution gespielt haben könnten. “Unsere Befunde sprechen für eine Revision der RNA-Welt-Hypothese”, erklärt Braun. “Sie zeigen, wie RNA und Aminosäuren in den frühen Stadien der Evolution zusammengearbeitet haben könnten und bringen uns der Nachbildung der ersten Schritte des Lebens im Labor näher.”

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