Mikroblitze: Lebensfunken im Wassertröpfchen?
Copyright: Zare et al., Science Advances 2025
Stanford (USA) – Einige Modelle zur Entstehung des irdischen Lebens bedienen sich der Vorstellung von dramatischen Blitzeinschlägen in einen Ur-Ozean oder Gewässer auf der jungen Erde. Eine neue Studie legt nun nahe, dass sozusagen der buchstäbliche Lebensfunke durch viele kleine „Mikroblitze“ zwischen Wassertröpfchen, in Wasserfällen oder brechenden Wellen erzeugt wurde.
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Im Fachjournal „Science Advances“ (DOI: 10.1126/sciadv.adt8979) zeigen Forschende um Richard Zare von der Stanford University, dass und wie versprühte Wassertröpfchen in einer Mischung von Gasen, die vermutlich in der frühen Erdatmosphäre vorhanden waren, zur Bildung organischer Moleküle mit Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen führen können – darunter Uracil, eine der Grundbausteine von DNA und RNA.
Ein altes Experiment mit neuen Faktoren
Die Studie liefert damit neue Beweise und eine alternative Perspektive zur viel diskutierten Miller-Urey-Hypothese. Diese besagt, dass das Leben auf der Erde durch Blitzschläge entstanden sein könnte.
Basierend auf einem Experiment aus dem Jahr 1952, bei dem nachgewiesen wurde, dass organische Verbindungen entstehen können, wenn Elektrizität auf eine Mischung aus Wasser und anorganischen Gasen trifft (…GreWi berichtete), konnten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen zeigen, dass auch kleinste Wassertröpfchen – die kleine elektrische Ladungen erzeugen – diesen Prozess von selbst durchführen können, und dies ganz ohne zusätzliche und externe Stromquelle wie Blitze.
„Mikroelektrische Entladungen zwischen gegensätzlich geladenen Wasser-Mikrotröpfchen erzeugen alle organischen Moleküle, die auch im Miller-Urey-Experiment nachgewiesen wurden“, so Zare und führt dazu weiter aus: „Wir schlagen vor, dass dies ein neuer Mechanismus für die präbiotische Synthese von Molekülen ist, die die Bausteine des Lebens darstellen.“
Die Kraft und das Potenzial von Mikroblitzen
Rund zwei Milliarden Jahre nach ihrer Entstehung besaß die Erde zwar eine Vielzahl an chemischen Verbindungen, aber fast keine organischen Moleküle mit Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen. Diese sind jedoch eine grundlegende Voraussetzung für Proteine, Enzyme, Nukleinsäuren, Chlorophyll und viele andere lebenswichtige Verbindungen.
Wie genau diese biologischen Komponenten entstanden sind, bleibt eines der großen Rätsel der Wissenschaft. „Das Miller-Urey-Experiment bot eine mögliche Erklärung: Blitzschläge, die auf den Ozean trafen und mit den damaligen Atmosphärengasen – wie Methan, Ammoniak und Wasserstoff – reagierten, könnten diese organischen Moleküle erzeugt haben“, erläutern die Forschenden.
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Kritiker dieser Theorie argumentieren jedoch, dass Blitze viel zu selten und die Ozeane zu groß und weitläufig gewesen wären, um eine realistische Ursache für die Entstehung des Lebens zu sein. Zare und sein Team, darunter die Postdoktoranden Yifan Meng und Yu Xia sowie der Doktorand Jinheng Xu, schlagen mit ihrer Forschung nun eine alternative Möglichkeit vor.
Geladene Wassertröpfchen
Zunächst untersuchten sie hierzu, wie Wassertröpfchen unterschiedliche elektrische Ladungen entwickeln, wenn sie durch Sprühnebel oder Spritzer getrennt werden. Dabei stellten sie fest, dass größere Tröpfchen meist positiv geladen sind, während kleinere eine negative Ladung tragen. „Wenn sich diese gegensätzlich geladenen Tröpfchen einander annähern, springen Funken zwischen ihnen über“ – ein Phänomen, das Zare, Kolleginnen und Kollegen als „Mikroblitze“ bezeichnen, da es dem Mechanismus der Blitzentladung in Gewitterwolken – nun jedoch im Kleinstmaßstab – ähnelt. Mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras konnten die Forscher diese winzigen Lichtblitze, die mit bloßem Auge kaum sichtbar sind, sogar dokumentieren.
„Obwohl diese Mikroblitze winzig sind, enthalten sie dennoch eine beachtliche Menge an Energie“, zeigen sich die Autoren und Autorinnen der Studie erstaunt. Um ihre Wirkung zu testen, ließen die Forscher Wasser bei Raumtemperatur als feinen Sprühnebel in eine Gas-Mischung aus Stickstoff, Methan, Kohlendioxid und Ammoniak – all jene Gase, die auch in der frühen Erdatmosphäre vorhanden gewesen sein sollen.
Das Ergebnis: Die Bildung organischer Moleküle mit Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen, darunter Blausäure (Hydrogenzyanid), die Aminosäure Glycin und Uracil.
Es brauche also gar keine gewaltigen Blitze, sondern lediglich kleinste Funken, die durch aufschlagende Wellen oder Wasserfälle entstehen, wie sie den Anstoß für die Entstehung des Lebens auf der Erde gegeben haben könnten.
„Auf der frühen Erde gab es überall Wassernebel – in Felsspalten, an Felsküsten oder durch spritzendes Wasser. Diese konnten sich ansammeln und chemische Reaktionen auslösen,“ erklärt Zare. „Ich denke, dies löst viele Probleme, die mit der Miller-Urey-Hypothese verbunden sind.“
WEITERE MELDUNGEN ZUM THEMA
Wissenschaftler beschreiben mögliches geologisches Umfeld der Entstehung des Lebens 20. Oktober 2024
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Recherchequelle: Stanford University
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