Der Ursprung des Lebens in alkalischen hydrothermalen Quellen

In den letzten 70 Jahren waren präbiotische Chemiker sehr erfolgreich bei der Synthese der Bausteine des Lebens, von Aminosäuren bis zu Nucleotiden. Dennoch gibt es auffällig wenig Ähnlichkeit zwischen viel von dieser Chemie und den Stoffwechselwegen von Zellen in Bezug auf Substrate, Katalysatoren und synthetische Wege. Im Gegensatz dazu bieten alkalische hydrothermale Quellen Bedingungen, die den modernen Autotrophen ähnlich sind, aber es gibt nur begrenzte experimentelle Beweise dafür, dass solche Bedingungen die präbiotische Chemie antreiben könnten. Im Hadaikum, in Abwesenheit von Sauerstoff, wird vorgeschlagen, dass alkalische Quellen als elektrochemische Durchflussreaktoren fungiert haben, in denen alkalische Flüssigkeiten, die mit H2 gesättigt sind, mit relativ sauren Ozeanwasser, reich an CO2, gemischt wurden, durch ein Labyrinth von miteinander verbundenen Mikroporen mit dünnen anorganischen Wänden, die katalytische Fe(Ni)S-Minerale enthalten. Der pH-Unterschied über diese dünnen Barrieren erzeugte natürliche Protonengradienten mit gleichwertiger Größe und Polarität zur protonenmotiven Kraft, die für die Kohlenstofffixierung in bestehenden Bakterien und Archaeen erforderlich ist. Wie solche Gradienten die Kohlenstoffreduktion oder den Energiefluss vor dem Auftreten organischer Protocellen mit Genen und Proteinen antreiben konnten, ist unbekannt. Arbeiten im letzten Jahrzehnt deuten auf mehrere mögliche Hypothesen hin, die derzeit in Laborexperimenten, Feldbeobachtungen und phylogenetischen Rekonstruktionen des ancestral Metabolismus getestet werden. Wir analysieren die perplexen Unterschiede im Kohlenstoff- und Energiestoffwechsel bei methanogenen Archaeen und acetogenen Bakterien, um einen möglichen ancestral Mechanismus der CO2-Reduktion in alkalischen hydrothermalen Quellen vorzuschlagen. Basierend auf diesem Mechanismus zeigen wir, dass die Evolution des aktiven Ionentransports die tiefe Divergenz von Bakterien und Archaeen hätte antreiben können.