Aktuelles: Wie alles begann

Im Laborexperiment produzierten die Forschenden kleine Miniaturausgaben solcher ?Schwarzer Raucher“ sogenannte ?Chemical Gardens“. Sie simulierten dabei Reaktionen wie sie auch natürlicherweise am Meeresgrund stattfinden. Dabei reagierten Eisen und Schwefel zu Eisensulfid-Mineralen wie Mackinawit (FeS) und Greigit (Fe₃S₄) und es entstand auch Wasserstoffgas (H₂) – eine potenzielle Energiequelle für Mikroorganismen, die Wasserstoff nutzen, um z.B. Methan zu produzieren. {web_name}er relativ einfache und sehr ursprüngliche Acetyl-CoA-basierte Stoffwechselweg ist bisher nur in methanogenen Archaeen nachgewiesen.

Die zentrale Frage: Reicht der in den ?Chemical Gardens“ entstehende Wasserstoff aus, um das Wachstum von methanogenen Archaeen zu erm?glichen. 

Um diese Frage zu beantworten, wurde das Wachstum methanogener Archaeen unter v?llig sauerstofffreien Bedingungen in den ?Chemical Gardens“ nachvollzogen. Die langj?hrige Expertise in der Kultivierung von Archaeen unter Sauerstoffausschluss am Archaeenzentrum war von entscheidender Bedeutung für den Erfolg des Projektes. Denn die methanogenen Archaeen sterben schon bei geringsten Sauerstoffmengen ab.

Dr. Robert Reichelt vom Deutschen Archaeenzentrum der Universit?t Regensburg und Mitautor der Studie erl?utert: ?Methanogene Archaeen haben nicht nur gro?e Bedeutung bei Fragen zur Entstehung des Lebens auf unserem Planeten, sondern sind auch biotechnologisch relevant. Sie werden beispielsweise in Biogasanlagen eingesetzt, um grünes Erdgas herzustellen. Wir kultivieren und studieren diese Organismen schon seit Jahrzehnten und haben sehr gerne unsere Expertise in dieses Projekt eingebracht.“ Ganz konkret kam das Archaeon Methanocaldococcus jannaschii zum Einsatz, das aus dem Sediment hydrothermaler Schlote auf dem Meeresboden isolierte wurde und als Modellorganismus für die Methanogenese über den Acetyl-CoA-Stoffwechselweg dient.

Die Ergebnisse überraschten selbst die Forschenden: ?Die Archaeen haben nicht nur einige Gene des Acetyl-CoA-Stoffwechsels überexprimiert, sondern zeigten sogar exponentielles Wachstum“, sagt Vanessa Helmbrecht, Erstautorin der Studie. ?Wir hatten zu Beginn nur mit einem leichten Wachstum gerechnet, da wir keine zus?tzlichen N?hrstoffe, Vitamine oder Spurenmetalle zum Experiment hinzugefügt hatten.“ Die Archaeen konnten das durch die abiotische Ausf?llung von Eisensulfiden entstehende Wasserstoffgas also sehr erfolgreich als Energiequelle nutzen.

Die Zellen hielten sich in den “Chemical Gardens” stets in unmittelbarer N?he zu den Mackinawit-Partikeln auf. Das passt zum Fossilbefund, wonach einige aus der Frühzeit der Erde stammenden geologischen Lagerst?tten solcher Mineralien fossile Spuren ersten mikrobiellen Lebens enthalten.

Die Forschenden schlie?en aus den Studienergebnissen, dass chemische Reaktionen bei der Ausf?llung von Eisensulfid-Mineralen vor etwa vier Milliarden Jahren ausreichend Energie für das ?berleben der allerersten Zellen erzeugt haben und damit die Grundlage für den wasserstoffabh?ngigen Stoffwechsel der ersten Mikroben auf der jungen Erde legten. 

Fazit: Die Studie liefert starke Hinweise, dass diese Form der hydrogenen Methanogenese auf Basis des durch chemische Reaktionen entstandenen Wasserstoffs die evolution?r ?lteste bekannte Form der Energieerzeugung darstellt.

Simulated early Earth geochemistry fuels a hydrogen-dependent primordial metabolism | Nature Ecology & Evolution 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-025-02676-w (externer Link, ?ffnet neues Fenster)