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TRR 235:  Lebensentstehung: Erkundung von Mechanismen mit interdisziplinären Experimenten

Fachliche Zuordnung Physik
Biologie
Chemie
Geowissenschaften
Förderung Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 364653263
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der Ursprung des Lebens ist eine der ältesten wissenschaftlichen und philosophischen Fragen der Menschheit. Heute gibt es Leben im Überfluss - aber das war auf der frühen Erde nicht der Fall. Welche Prozesse haben das Leben hervorgebracht? Welche Bedingungen herrschten auf der frühen Erde? Welche Substanzen können als Vorläufer für lebende Systeme auf der Erde und anderen Planeten dienen? Wie entstanden die ersten Gene? Wie konnte sich die darwinsche Evolution entwickeln? Wie sah der erste Stoffwechsel aus? Der CRC/TRR 235 nutzte Bottom-up-Laborexperimente, die traditionell getrennte Disziplinen - Astrophysik, Biochemie, Biophysik, Chemie, Geowissenschaften und -theorie - miteinander verbanden. Diese Zusammenarbeit führte zu unerwarteten Ergebnissen. Frisch gebildete hydrothermale Schlote, feste Ausflussstrukturen aus geologischen Fluiden, wurden in Laborexperimenten nachgebildet und es konnte gezeigt werden, daß sie RNA, das erste Molekül des Lebens, anreichern. Phosphat, ein wesentlicher Bestandteil der RNA, konnte aus eruptiven Gesteinen unter dem pH-Gradienten eines thermischen Gradienten ausgelaugt und angereichert werden, was zuvor als unmöglich galt. Es wurde festgestellt, dass Organokatalysatoren, d.h. organische Moleküle, die als Katalysatoren wirken, ihre eigene Polymerisation selbst steuern und damit chemisch evolvieren. Komplexe hydrothermale Stoffwechselreaktionen konnten mit hochauflösender Massenspektrometrie verfolgt werden. Das Kopieren von RNA mit in situ-Aktivierung wurde experimentell untersucht und mit der Theorie in Einklang gebracht. Erhitztes Wasser an der Grenzfläche zu CO2 selektierte Nukleinsäuren nach ihrer Länge. Dies führte zu einem Replikations-Selektionszyklus, der eine schnelle Sequenzevolution auslöste. Es konnte gezeigt werden, daß sich Ribozyme in der gleichen Umgebung aus kurzen RNA-Strängen zusammensetzen, ein Modell für die Struktur des Ribosoms, des Ausgangsmoleküls des genetischen Codes. Aminosäure-RNA-Wechselwirkungen, die für die Definition des genetischen Codes wichtig sind, wurden durch Sequenzierung gefunden. Protozellen wurden durch Einfrier- und Auftauzyklen geteilt, wodurch die Replikation mit der Zellteilung gekoppelt wurde. Koazervate, die durch die gleiche chemische Reaktion erzeugt werden, welche Nukleotide zu RNA verbinden, konnten Moleküle anhand ihrer lokalen physikalischen Eigenschaften selektieren. Schließlich organisierte das Konsortium gemeinsam mit dem Deutschen Museum die Ausstellung "Einfach, komplex, lebendig". Wir haben die interdisziplinären Grenzen des Gebietes stark erweitert. Wir haben experimentelle Strategien entwickelt, um die Entstehung des Lebens im Labor nachzuvollziehen. Wir sehen jetzt viel klarer, wie Nicht-Gleichgewichtsprozesse auf der frühen Erde das mächtige Prinzip der Darwinschen Evolution auf molekularer Ebene ausgelöst haben könnten. Das Thema wird von den Arbeitsgruppen im Rahmen verschiedener zukünftiger Förderprogramme weiterverfolgt werden.

Link zum Abschlussbericht

https://oa.tib.eu/renate/handle/123456789/17481

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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