Waren Natronseen die Wiege des Lebens?

Von Markus Brauer

Leben braucht genügend Phosphor. Das Element ist jedoch knapp. Nicht nur heute, auch schon beim Ursprung des Lebens. Wo also gab es vor vier Milliarden Jahren genügend Phosphor, damit Leben entstehen konnte? Ein Team von Origin-of-Life-Forscher der Universitäten Cambridge in England und der Züricher ETH in der Schweiz hat nun eine Antwort gefunden.

Essenzielle Elemente für Leben

Neben Stickstoff und Kohlenstoff ist Phosphor ein essenzielles Element für das Leben auf der Erde. Es ist ein zentraler Bestandteil von Molekülen. Zum Beispiel die DNA, die RNA, welche der Übertragung und Speicherung von genetischer Information dienen oder das ATP (Adenosintriphosphat), das Zellen zur Energiegewinnung benötigen.

Auch in Bezug auf den Ursprung des Lebens dürfte Phosphor eine Schlüsselrolle gespielt haben. Damit biochemische Prozesse, die dem Leben vorausgehen, ins Laufen kommen können, braucht es bestimmte Bedingungen. Eine davon ist ausreichend Phosphor.

Seine Verfügbarkeit reguliert das Wachstum und die Aktivitäten von Organismen. Anders als Stickstoff oder Kohlenstoff ist Phosphor auf der Erdoberfläche relativ selten. Das galt in der Ära bevor es Leben gab genauso wie heute.

Wie kam der Phosphor auf die Ur-Erde?

Gerade weil Phosphor selten und so schwer verfügbar ist, aber von Lebewesen stark nachgefragt ist, wundern sich Wissenschaftler seit langem, wie überhaupt Leben entstehen konnte.

Um diese Frage zu beantworten, führten sie unter anderem im Labor Experimente durch. Diese zeigten, dass die präbiotische Chemie sehr hohe Phosphorkonzentrationen erfordert – etwa 10.000-mal mehr Phosphor als in Wasser natürlicherweise vorkommt. Dies wirft die Frage auf, wie und wo solche hohen Phosphor-Konzentrationen im Wasser auf der Erde vor Milliarden Jahren vorkamen.

Chemie braucht sehr hohe Phosphorkonzentrationen

Der Erdwissenschaftler Craig Walton hat darauf eine neue Antwort: Große Natronseen ohne natürlichen Abfluss könnten die Phosphorkonzentrationen ausreichend lange hochhalten, selbst wenn irgendwann in ihnen Leben zu existieren beginnt (und laufend Phosphor verbraucht). Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht.

ARTÍCULO REFERENCIA (acceso abierto)Large closed-basin lakes sustainably supplied phosphate during the origins of lifehttps://t.co/lSnX57BdJ3vía @ScienceAdvances — CRCpaleos (@CRCpaleos) March 29, 2025

Solche Seen geben nur durch Verdunstung Wasser ab. Dadurch bleibt der Phosphor im Wasser zurück, anstatt dass er durch Flüsse und Bäche abgeführt wird. So konnten sich in diesen Natronseen sehr hohe Phosphorkonzentrationen aufbauen.

Schon 2020 hatten Forscher der University of Washington darauf hingewiesen, dass Natronseen die Wiege des Lebens sein könnten. Walton hat den Faden nun weitergesponnen. Der Forscher untersucht Fragen zum Ursprung des Lebens aus geochemischer Perspektive.

Bedeutung großer Natronseen für die Evolution

Nicht jeder Natronsee ist geeignet, kleinere schließt er aus. „Sobald sich Leben in ihnen entwickelt, würde ihr Phosphorvorrat schneller zur Neige gehen, als er wieder aufgefüllt wird. Dies würde sowohl die chemischen Reaktionen als auch das sich daraus entwickelnde Leben im Keim ersticken“, erklärt Walton.

Bei großen Natronseen hingegen sind Phosphorkonzentrationen hoch genug, um sowohl die grundlegenden chemischen Reaktionen als auch das Leben langfristig zu versorgen. Solch hohe Phosphorkonzentrationen werden durch einen starken Zufluss von Flusswasser, das Phosphor enthält, erreicht.

Andererseits haben solche Seen keinen Abfluss; das Wasser verlässt sie nur durch Verdunstung. Da Phosphor nicht so einfach mit verdunstet, bleibt er im Seewasser zurück und reichert sich an.

Phosphor-Überschuss: Mono Lake in Kalifornien

Ein Beispiel für einen solchen großen Natronsee ist der Mono Lake in Kalifornien. Dort bleibt die Phosphorkonzentration konstant hoch, sodass dort eine Vielzahl von Lebewesen gedeihen kann. Das ist entscheidend, weil in kleinen Seen der Phosphor verbraucht wird, bevor neue Mengen nachkommen können.

Der Phosphor des Mono Lake wird also in hohen Konzentrationen erhalten. Dass heißt, es fließt regelmäßig viel Phosphor nach, ohne dass der Phosphorgehalt zu schnell sinkt.

Rätsel um den Ursprung des Lebens gelöst?

Walton und sein Team halten deshalb große Natronseen mit konstant hohem Phosphorangebot in der Frühgeschichte der Erde für eine ideale Umgebung für die Entstehung des Lebens. Die Forscher gehen davon aus, dass das Leben eher in solchen große Gewässern als in kleinen Tümpeln entstanden ist, wie es Charles Darwin vermutet hatte.

Die Entstehung des Lebens könnte also eng mit der besonderen Umwelt von großen Natronseen verbunden gewesen sein, die durch ihre geologische Umgebung und den Phosphorhaushalt ideale Bedingungen für die präbiotische Chemie boten. „Diese neue Theorie hilft dabei, ein weiteres Stück des Rätsels um den Ursprung des Lebens auf der Erde zu lösen“, sagt Walton.