Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie

Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie
möglichst effizient aufzunehmen. Es kam zur Evolution gezielter Transportmechanismen. Vorteihaft war es
auch, wenn man sich zusätzliche Nahrungsquellen erschließen konnte. Es kam zur Evolution von
Freßmechanismen. Noch vorteilhafter war es, wenn man sich von vorgeformter, organischer Nahrung
weitgehend unabhängig machen konnte. Ausgehend von der zunächst vollständig heterotrophen
Lebensweise kam es zur autotrophen Daseinsform. Kohlenstoff konnte in Form der einfachen, gasförmigen
Kohlenstoffverbindung CO2 aufgenommen und in zelleigenes Material umgewandelt werden. Die ersten
einfachen und für lange Zeit einzelligen Pflanzen wurden erfunden.
Bisher haben wir stillschweigend vorausgesetzt zu wissen, was Leben ist. Wir sollten vielleicht nicht
unbedingt eine strikte Definition suchen, sollten uns aber wenigstens über die Kriterien des Lebens einig sein.
Die Pyrit−Theorie als Alternative zur Ursuppen−Vorstellung
Seit etlichen Jahren wird als Alternative oder Ergänzung zur 'Ursuppentheorie' eine andere Theorie zur
Entstehung des Lebens auf der Erde diskutiert. Sie stammt von dem Münchner Chemiker und Patentanwalt
Günter Wächtershäuser. Während nach der Ursuppentheorie die ersten Lebensformen heterotroph waren,
schlägt Wächtershäuser ein Modell vor, das primär autotrophes Leben entstehen läßt. Natürlich können die
ersten Lebewesen keine Photosynthese in Art der grünen Pflanzen oder auch nur der etwas einfacher
aufgebauten photosynthetisch aktiven Cyanobakterien durchgeführt haben. Dazu sind schon in einer
Minimalausstattung sehr komplizierte Strukturen erforderlich. Somit scheidet Licht als Energiequelle aus. Es
gibt aber Alternativen. Sie werden noch lernen, daß es auch heute noch Bakterien auf der Erde gibt, die sich
energieliefernde anorganisch−chemische Prozesse zunutze machen und auf dieser Basis autotroph sind. Wir
nennen solche Organismen chemolithoautotroph. Manche Bakterien − und die sind nicht einmal selten −
können sich sogar extrem exotherme Reaktionen wie die Knallgasreaktion zunutze machen. Natürlich ist auch
das keine Alternative für die einfache Form der Autotrophie wie wir sie aus der Frühzeit der Geschichte des
Lebens erwarten können. Es erfordert lange, sorgfältig kontrollierte Reaktionskaskaden, um diese Reaktion in
kleine, nutzbare Teilreaktionen aufzulösen.
Wächtershäuser suchte also nach einer viel sanfteren Reaktion, deren Energie in biochemische Prozesse
einfließen kann. Sein Vorschlag war die Bildung von Pyrit aus Eisen(II)sulfid und Schwefelwasserstoff:
FeS + H2S −−−−−> FeS2 + 2 H + + 2 e −
Mit Hilfe der durch die Reaktion bereitgestellten Elektronen und der freiwerdenden Energie könnte
Kohlendioxid reduziert und zu Makromolekülen umgewandelt werden. Tatsächlich findet man in extremen
Biotopen, die von Archaebakterien besiedelt sind, oft auch Pyrit. Solche Organismen sind bei über 100°C in
heißen Quellen unter Druck lebensfähig. Das sind genau die Bedingungen, unter denen das Leben auf der
Basis der Pyritbildung entstanden sein soll. Im Experiment konnte man zeigen, daß auch einige heute lebende
Archaebakterien Eisensulfid mit Hilfe von Schwefelwasserstoff in Pyrit umwandeln können. Der postulierte
frühe Lebensprozeß im einzelnen:
Die Ausgangsstoffe des frühen Stoffwechsels − Wasser, Kohlendioxid, Stickstoff, Ammoniak − werden von
heißen, vulkanischen Quellen zur Verfügung gestellt (1). Aus Schwefel und Schwefelwasserstoff entsteht
Pyrit, der eine positiv geladene Oberfläche hat. Die freigesetzte Energie dient zur Reduktion von CO2 und zur
Synthese hochmolekularer Verbindungen. Negativ geladene organische Verbindungen bleiben an die
Pyritoberfläche gebunden (2). Katalytisch aktive Verbindungen sorgen für einen Stoffwechsel zwischen
Kristalloberfläche und Umgebung (doch Ursuppe?). Fett−ähnliche Reaktionsprodukte lösen sich von der
Oberfläche ab und umgeben den Pyritkristall (3). Weiteres Wachstum war nur möglich, indem sich der
Pyritkristall vergrößertre. Es entstand der Himbeer−Pyrit, den es am Boden der Meere auch tatsächlich gibt
(4). Mit dem Abheben der Membran entwickelt sich ein Reaktionsraum, der auch unabhängig von der
Katalyse an der Pyrit−Oberfläche einen Stoffwechsel entwickeln kann. Die folgenden, komplizierten Schritte
bis zur Bildung richtiger Zellen lassen sich wie auch bei der Ursuppentheorie dann nicht mehr so einfach
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