Donner, Mikroorganismen, Blitz: Über die Entstehung der Erde

Die Entstehung des Lebens auf der Erde ist ein grundlegendes Problem der Wissenschaft. Neue Erkenntnisse über die Rolle von Blitzen für die das Leben auf der frühen Erde haben Forscher unter Beteiligung des Grazer Instituts für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gewonnen: Demnach dürften Blitze nicht die Hauptquelle für die Produktion von biologisch nutzbarem Stickstoff gewesen sein. Die Studie wurde in Nature Geoscience veröffentlicht.

Elementarer Stickstoff

Stickstoff ist ein wesentlicher Baustein unserer Luft. Er ist ein Schlüsselelement für biologische Makromoleküle wie Proteine, DNA und RNA und hat somit eine immense biologische Bedeutung für die Entstehung und Aufrechterhaltung des Lebens. In der Natur kommt das chemische Element allerdings kaum als Atom vor, weil es sich sofort zu molekularem Stickstoff (N2) verbindet.

So dürfte es auch in der Atmosphäre der frühen Erde vorgekommen sein, konnte aber nicht organisch gebunden werden. Forscher vermuten daher, dass die N2-Moleküle durch energiereiche, physikalische Prozesse wie Blitze wieder zu stark reaktivem Stickstoff-Atom "aufgebrochen" und damit bioverfügbar gemacht wurden.

Eine potenzielle Nährstoffquelle

Die Forschenden der University of St. Andrews in Schottland, des Grazer IWF und der Brown University in den USA haben daher Blitzexperimente durchgeführt. In diesen Experimenten wurden Glaskolben mit Wasser und verschiedenen Gasgemischen gefüllt, um die Atmosphäre der frühen Erde zu imitieren. Durch elektrische Entladungen von knapp 50.000 Volt wurden die Gase Blitzen ausgesetzt, und danach die Veränderungen in der Zusammensetzung analysiert. Besonderes Augenmerk lag dabei auf den dabei produzierten Stickstoffmolekülen wie Stickoxiden, Nitrit und Nitrat.

Die Ergebnisse der Experimente zeigten, dass Blitze "Stickoxide effizient in der CO2-reichen Atmosphäre der frühen Erde erzeugen können", wie Patrick Barth, Doktorand am Grazer IWF und dem St. Andrews Centre for Exoplanet Science sowie Erstautor der Studie einerseits festhielt. Diese Stickoxide könnten somit durchaus eine potenzielle Nährstoffquelle für frühes Leben auf der Erde und auch auf Exoplaneten sein.

Sie sind nicht die Hauptquelle

Allerdings zeigte sich bei Analysen von Gesteinsproben der frühen Erde, dass die Isotopenzusammensetzung der Stickstoffmoleküle nicht mit den Ergebnissen der Blitzexperimente übereinstimmte. Dies deute laut den Autoren darauf hin, dass Blitze nicht die Hauptquelle für Stickstoff für die ersten Lebensformen auf der Erde waren. Stattdessen würde die Studie einen weiteren Hinweis darauf liefern, dass Mikroorganismen für die Bereitstellung von Stickstoff verantwortlich gewesen sein müssten.

Es gibt jedoch Gesteinsproben aus dem Isua-Grünsteingürtel in Grönland, deren Isotopenzusammensetzung teilweise durch Blitze erklärt werden kann. Dies lege nahe, dass Blitze möglicherweise die ersten Lebensformen auf der Erde zumindest unterstützt haben könnten.