Ein Forschungsteam unter der Leitung von Mikrobiologin Prof. Dr. Dina Grohmann von der Universität Regensburg und Geologe Prof. Dr. William Orsi von der LMU München hat im Labor Bedingungen der jungen Erde vor etwa vier Milliarden Jahren nachgestellt. Der Fokus lag auf hydrothermalen Quellen am Meeresboden, sogenannten „Schwarzen Rauchern“. Die kürzlich in Nature Ecology & Evolution veröffentlichten Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse über die Ursprünge des Lebens und einen der ältesten biochemischen Energiegewinnungswege.
Im Experiment wurden Miniaturausgaben von „Schwarzen Rauchern“, sogenannte „Chemical Gardens“, erzeugt, die Reaktionen am Meeresgrund simulieren. Dabei entstanden durch die Reaktion von Eisen und Schwefel Eisensulfid-Minerale wie Mackinawit und Greigit sowie Wasserstoffgas – eine potenzielle Energiequelle für Mikroorganismen. Die Forscher untersuchten, ob dieser Wasserstoff methanogene Archaeen, die Methan durch den Acetyl-CoA-Stoffwechselweg produzieren, zum Wachstum antreiben kann.
Unter sauerstofffreien Bedingungen, die durch die langjährige Expertise des Deutschen Archaeenzentrums ermöglicht wurden, wurde das Archaeon Methanocaldococcus jannaschii in den „Chemical Gardens“ kultiviert. Überraschend zeigte sich exponentielles Wachstum der Archaeen, obwohl keine zusätzlichen Nährstoffe zugegeben wurden. Die Organismen nutzten das durch Eisensulfid-Reaktionen entstehende Wasserstoffgas effizient und überexprimierten Gene des Acetyl-CoA-Stoffwechsels. Die Zellen blieben stets nahe an den Mackinawit-Partikeln, was mit Fossilfunden übereinstimmt, die mikrobielles Leben in frühen Eisensulfid-Lagerstätten belegen.
Die Studie zeigt, dass chemische Reaktionen bei der Bildung von Eisensulfid-Mineralen vor vier Milliarden Jahren ausreichend Energie für die ersten Zellen lieferten. Sie untermauert die Hypothese, dass die wasserstoffabhängige Methanogenese die evolutionär älteste Form der Energiegewinnung war und legt eine Grundlage für das Verständnis des frühesten Lebens auf der Erde.
Originalpublikation:
Simulated early Earth geochemistry fuels a hydrogen-dependent primordial metabolism | Nature Ecology & Evolution
DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-025-02676-w
