Präzise chemische Bedingungen der frühen Erde ermöglichten die Entstehung des Lebens

Eine aktuelle Studie der ETH Zürich hat die extrem engen chemischen Parameter präzisiert, die den Prozess der Abiogenese – die Entstehung von Leben aus unbelebter Materie – auf der Erde erst möglich machten. Die in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlichte Forschungsarbeit legt dar, dass die bloße Existenz von flüssigem Wasser und moderaten Temperaturen allein nicht ausreichte. Stattdessen spielte die exakte Sauerstoffkonzentration im Erdmantel während der frühen Formationsphase vor etwa 4,6 Milliarden Jahren eine entscheidende Rolle für die spätere Bewohnbarkeit unseres Planeten.

Wissenschaftler, darunter Craig Walton, ein NOMIS–ETH-Stipendiat, und Professorin Maria Schönbachler vom Institut für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich, nutzten komplexe Computersimulationen, um diesen Prozess zu untersuchen. Sie konnten nachweisen, dass der Rückhalt lebenswichtiger Elemente wie Phosphor, der für die Bildung von DNA, RNA und Zellenergie unerlässlich ist, sowie Stickstoff, ein Grundbaustein für Proteine, im Erdmantel extrem empfindlich auf das Sauerstoffniveau während der Kernbildung reagiert. Walton und Schönbachler kamen zu dem Schluss, dass sich die Erde in einer einzigartigen chemischen „Goldlöckchen-Zone“ entwickelte, die genau die richtige Balance bot.

Die durchgeführten Modellierungen verdeutlichten die Fragilität dieses Gleichgewichts: Wäre der Sauerstoffgehalt nur geringfügig höher gewesen, wäre der Stickstoff unwiederbringlich in den Weltraum entwichen. Bei einem niedrigeren Niveau hingegen wäre der Phosphor im Erdkern eingeschlossen worden und stünde somit für biochemische Prozesse an der Oberfläche nicht zur Verfügung. Professorin Schönbachler, deren Forschung auch die Analyse von Proben der Missionen Hayabusa2 und OSIRIS-REx umfasst, betont die fundamentale Bedeutung dieser geochemischen Rahmenbedingungen. Diese Erkenntnisse werfen auch ein neues Licht auf die potenzielle Lebensfreundlichkeit anderer Planeten wie dem Mars, der sich vermutlich außerhalb dieses engen chemischen Korridors gebildet hat.

Diese Forschungsarbeit markiert einen Paradigmenwechsel in der Astrobiologie, indem sie den Fokus von der traditionellen Suche nach flüssigem Wasser hin zu einem weitaus subtileren chemischen Filter verschiebt, der mit der frühen planetaren Oxygenierung verknüpft ist. Während frühere Theorien zur Abiogenese oft von einer reduzierenden Atmosphäre mit sehr geringem freiem Sauerstoff ausgingen, deutet die neue Studie auf die Notwendigkeit eines präzise ausbalancierten Sauerstoffniveaus genau zum Zeitpunkt der Kernakkretion hin. Craig Walton unterstreicht in diesem Zusammenhang, dass die Fähigkeit der Erde, Leben hervorzubringen und zu erhalten, letztlich das Resultat eines außergewöhnlichen „chemischen Glücksfalls“ ist.

Die Schlussfolgerungen der Studie legen nahe, dass bei der Suche nach extraterrestrischem Leben künftig nicht nur die Verfügbarkeit von Wasser, sondern auch die chemische Zusammensetzung der Muttersterne berücksichtigt werden muss, da diese die Chemie der entstehenden Planeten maßgeblich beeinflussen kann. Dies eröffnet neue Forschungsansätze für Initiativen wie das NCCR-Projekt „Genesis“ unter der Leitung der ETH Zürich, das Geowissenschaften, Chemie und Biologie vereint, um die fundamentalen Fragen nach dem Ursprung des Lebens zu beantworten. Letztlich zeigt sich, dass für die Entstehung von Leben nicht nur die bloße Anwesenheit von Bausteinen erforderlich ist, sondern deren Bewahrung in einer biologisch nutzbaren Form im Planetenmantel – ein seltenes geochemisches Ereignis.