Alles Leben auf der Erde stammt von einem einzigen gemeinsamen Vorfahren ab – dieser Satz steht in jedem Biologie-Lehrbuch und bildet die Grundlage unseres Wissens über die Geschichte des Lebens. Doch eine am 5. August in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichte Studie stellt diesen langjährigen Konsens infrage: Der Übergang von unbelebter Materie zu lebenden Organismen könnte auf der Erde zweimal stattgefunden haben. Hinter dieser hypothetischen Veranlassung steht das Forschungsteam um William Martin von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.
Abb.: Konzeptgrafik, zwei leuchtende Blasen auf dunklem Hintergrund. Quelle: sciencealert.com
„Das erste Kapitel der Biologie-Lehrbücher muss möglicherweise in zwei Kapitel aufgeteilt werden.“ Noch vor wenigen Monaten wäre eine solche Aussage als Außenseitermeinung abgetan worden. Heute erscheint sie in einer wissenschaftlichen Arbeit mit Peer-Review, inklusive einer vollständigen Indizienkette und eines neuartigen Algorithmus. Auf Hacker News hat die Diskussion bereits über 70 Kommentare gesammelt, und die Anhänger der Evolutionsbiologie spalten sich in zwei Lager. Um diesen Streit zu verstehen, muss man zunächst beim Fundament der Lehrbücher ansetzen.
Warum Lehrbücher bisher von nur einem Vorfahren ausgingen
Dass alle Lebensformen denselben Ursprung haben, begründen Lehrbücher mit einer Reihe erdrückender Beweise. Jedes Lebewesen auf der Erde – ob E. coli, ein Pilz, eine Hauskatze oder der Mensch – nutzt exakt denselben genetischen Code: Drei Buchstaben auf der DNA entsprechen einer bestimmten Aminosäure. Diese Übersetzungstabelle gilt weltweit und weist nahezu keine Abweichungen auf. Zudem teilen sich alle Organismen Ribosomen, ATP und grundlegende Stoffwechselpfade.
Diese Indizien sind so eindeutig wie ein Fingerabdruck. Zwei voneinander unabhängige Erfinder würden niemals eine Anleitung in derselben Sprache verfassen, die bis ins Satzzeichen identisch ist. Die etablierte Evolutionsbiologie kam daher zu dem Schluss, dass vor 3,8 bis 4,0 Milliarden Jahren ein letzter gemeinsamer universeller Vorfahr (LUCA – Last Universal Common Ancestor) existierte, von dem alle heutigen Lebewesen abstammen. Der Stammbaum des Lebens besaß demnach nur einen einzigen Stamm.
Die neue Studie nimmt den Stoffwechsel ins Visier
Die Studie widmet sich dem ältesten Henne-Ei-Problem der Ursprungsforschung: Stoffwechsel benötigt Enzyme, aber Enzyme sind selbst Produkte des Stoffwechsels. Woher stammte also das allererste Enzym?
Die weitgehend akzeptierte Antwort lautet: Die Umwelt der frühen Erde übernahm die Rolle der Enzyme. In der Nähe hydrothermaler Quellen am Ozeanboden katalysierten natürlich vorkommende Metalle wie Nickel, Eisen und Palladium chemische Reaktionen, die einfache Moleküle wie Wasserstoff, Kohlendioxid, Ammoniak und Schwefelwasserstoff in Aminosäuren und Nukleotide umwandelten. Die Studie quantifiziert diesen Pfad: Von diesen Rohstoffen bis zu den essenziellen Molekülen des Lebens ist ein Netzwerk aus rund 400 Reaktionen erforderlich. Eine Fertigungskette mit 400 Schritten entsteht nicht über Nacht; sie muss Schritt für Schritt gewachsen sein.
Abb.: Das in der Studie rekonstruierte frühe Stoffwechselnetzwerk (ca. 400 Reaktionen). Quelle: sciencealert.com (Abbildung aus der Studie)
Die Forscher erstellten eine Zeitlinie der Enzymevolution, indem sie die Dreidimensionalität der Kernstoffwechselenzyme in den Genomen von Bakterien und Archaeen verglichen. Mithilfe eines neuen Algorithmus sortierten sie diese nach ihrer strukturellen Komplexität. Das Ergebnis ist bemerkenswert: Die von LUCA besessenen Enzyme deckten nur etwa die Hälfte der notwendigen Stoffwechselreaktionen ab. Die andere Hälfte beruhte auf der Katalyse durch Metalle aus der Umwelt. Unser gemeinsamer Vorfahr hatte somit die Hälfte seiner chemischen Stoffwechselleistung „ausgelagert“.
Zwei Linien, die unabhängig voneinander „selbstständig“ wurden
Entlang dieser Zeitlinie unterteilte das Forschungsteam die Entwicklung der katalytischen Fähigkeiten in vier Phasen:
- Phase 1: Vollständige Übernahme der Katalyse durch Umweltmetalle.
- Phase 2: Protowesen/Protozellen produzieren erste einfache Enzyme zur Unterstützung der Metalle.
- Phase 3: Enzymvielfalt nimmt zu, die Abhängigkeit von Metallen sinkt stetig.
- Phase 4: Zellen lösen sich vollständig von der Geochemie der Umwelt und werden zu autonom lebenden Organismen („frei lebende Zellen“).
Die entscheidende Entdeckung liegt unmittelbar vor Phase 4. Die Trennung zwischen Bakterien und Archaeen vollzog sich, bevor eine der beiden Gruppen die vollständige Autonomie erreicht hatte. Das bedeutet: Beide Linien sind den letzten Abschnitt des Weges von metallabhängigen Protowesen hin zu eigenständigen Zellen unabhängig voneinander gegangen. Der Beweis: Die Enzyme, die in beiden Linien exakt dieselbe Stoffwechselreaktion katalysieren, besitzen völlig unterschiedliche dreidimensionale Strukturen. Das Team nennt dies „parallele Erfindung“ – zwei Fabriken ohne gemeinsamen Bauplan konstruierten unabhängig voneinander Maschinen mit identischer Funktion.
Ein weiteres Experiment lieferte den fehlenden Baustein. Heute nutzen alle Organismen ATP als Energieüberträger. Da für die Synthese von ATP jedoch selbst komplexe Enzyme erforderlich sind, existierte es in der Frühphase nicht. Das Team zeigte, dass natürlich vorkommendes Phosphit zusammen mit Spuren von Palladium unter den Bedingungen hydrothermaler Quellen in Wasser über Nacht eine Phosphorylierungsreaktion bewirken kann – ganz ohne ATP und Enzym. Die Nutzung geochemischer Überbrückungen löste das Energieproblem vorübergehend, sodass sich Enzyme erst danach entwickeln konnten.
„Zwei Ursprünge“ oder eine frühe Aufspaltung?
William Martin fasste es so zusammen: „Es gibt einen Ursprung des genetischen Codes, aber zwei Ursprünge des Lebens.“ Sein Selbstbewusstsein beruht auf seiner Definition von „Leben“: Nur frei lebende, autonome Zellen gelten als lebendig, und Bakterien sowie Archaeen haben diesen Zustand unabhängig voneinander erreicht.
Kritische Stimmen fielen ebenso deutlich aus. Ein Haupteinwand lautet: Nach diesem strengen Maßstab müssten Protozellen, die an Mineraloberflächen hafteten und externe Energie benötigten, als „unbelebt“ eingestuft werden – obwohl sie sich bereits selbst vervielfältigten und evolutionär veränderten. Ein Kommentator zog den Vergleich: Der Mensch kann Vitamin C nicht selbst synthetisieren und muss es aus der Umwelt aufnehmen – ist der Mensch nach dieser Logik etwa auch nicht lebendig? Andere betonten, dass das Teilen von DNA, RNA und Proteinmaschinerie eher für zwei Äste desselben Baumes spricht und der Begriff „zwei Ursprünge“ reißerisch sei.
Befürworter entgegnen, dass dieser neue Denkansatz ein altes Rätsel löst: Warum sich die chemische Zusammensetzung der Zellmembranen von Bakterien und Archaeen grundlegend unterscheidet. Hätten sie einen voll ausgebildeten, frei lebenden gemeinsamen Vorfahren gehabt, dürften die Zellmembranen nicht so stark voneinander abweichen. Letztlich dreht sich der Streit um die Definition von „Leben“ – eine Frage, die im Labor vorerst nicht per Dekret entschieden werden kann.
Wenn das Leben zweimal entstehen kann – was bedeutet das für das Universum?
Der Aspekt der Studie, der die Öffentlichkeit am meisten fasziniert, betrifft die Astrobiologie: Wenn der Sprung von der Unbelebtheit zum Leben auf demselben Planeten unter ähnlichen Bedingungen zweimal gelungen ist, könnte die Hürde für die Entstehung von Leben deutlich niedriger sein als gedacht. In der Drake-Gleichung müsste der Faktor für den Anteil lebensfreundlicher Planeten, auf denen tatsächlich Leben entsteht, nach oben korrigiert werden. Die Aussichten, auf dem Mars, Europa oder Titan auf Lebensspuren zu stoßen, stiegen damit beträchtlich.
Skeptiker verwiesen umgehend auf das Fermi-Paradoxon: Wenn Leben so leicht entsteht, warum beobachten wir auf der Erde heute keine dritten oder vierten neuen Lebensformen? In den Diskussionen wird eine anschauliche Erklärung geboten: Jede neu entstehende Protozelle würde auf der heutigen Erde sofort von bestehenden Mikroorganismen gefressen. Zudem führte das Große Sauerstoffereignis vor 2,5 Milliarden Jahren zu einer sauerstoffreichen Atmosphäre, die die ursprünglichen reduzierenden Bedingungen weitgehend zerstörte. Die Erhöhung der Eintrittsschwelle bedeutet nicht, dass die Tür geschlossen ist, aber die heutige Erde ist definitiv keine Wiege für neue Ursprünge mehr.
Muss das erste Kapitel der Biologie-Lehrbücher umgeschrieben werden?
Selbst wenn sich die Erkenntnisse dieser Studie auf Dauer bestätigen, bleibt das Fundament eines gemeinsamen Ursprungs stabil: Der genetische Code hat eine Quelle, die Ribosomen haben eine Quelle, und zwischen den beiden Linien fand auch später Genstransfer statt. Später nahm eine Ur-Archaeon ein Bakterium auf, aus dem sich die Mitochondrien entwickelten – die Voraussetzung für alle komplexen Organismen inklusive des Menschen.
Was angepasst werden müsste, ist das klassische Schaubild des Stammbaums: An der Basis existierten möglicherweise zwei unabhängige Stämme, die sich im primitiven Zustand trennten, ehe sie zu den heutigen Bakterien und Archaeen heranwuchsen und schließlich den gesamten biologischen Wald bildeten.
Was genau sich vor vier Milliarden Jahren in der Ursuppe abspielte, wird die Menschheit womöglich nie direkt beobachten können. Diese Studie liefert jedoch ein detaillierteres – und kontroverseres – Drehbuch als die einfache Erzählung vom einzigen Ursprung. Fest steht: Sie hat den Einsatz bei der Frage, wie häufig Leben im Universum ist, ein Stück höher geschraubt. Wenn die Menschheit das nächste Mal auch nur ein einziges lebendes Bakterium im Marsboden entdeckt, wird dieser Streit seinen endgültigen Richter finden.
Referenzlinks:
- ScienceAlert: Radical Study Suggests Life on Earth Arose From Non-Living Matter Twice
- Originalarbeit: Intermediate Stages in the Origin of Metabolism at a Phosphorylating Hydrothermal Vent (Science Advances, 5. August 2026)
- Pressemitteilung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf: Two Origins of Life
- Phys.org: Two origins of life: Free-living cells may have emerged twice
- Hacker News-Diskussion (item?id=49209572)
