Biopolymere, die aus verschiedenen Bausteinen bestehen, sind für lebende Systeme von entscheidender Bedeutung. RNA fungiert als molekularer Bauplan, der aus vier Basen besteht und die Herstellung von Proteinen aus Aminosäuren steuert. Diese Proteine sind es wiederum, die sämtliche biochemischen Reaktionen in den Zellen vorantreiben. Dieter Braun, der die Studie leitete, erklärt: „Das Leben, wie wir es heute kennen, ist eine komplexe Zusammenarbeit zweier Informationspolymere: RNA und Proteine. Die große Frage ist: Warum und wie haben sie sich zu Beginn des Lebens zusammengeschlossen, noch bevor die darwinistische molekulare Evolution begann?“
Ende der RNA-Welt-Hypothese?
In einer im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichten Studie haben Forschende gezeigt, dass die Bildung von RNA-Molekülen in Anwesenheit von Aminosäuren um bis zu hundertfache ansteigt. Dieser Prozess wird einer Säure-Base-Katalyse zugeschrieben, die durch die Aminogruppe der Aminosäuren angetrieben wird. Bei einem alkalischen pH-Wert liegen Aminosäuren sowohl in neutraler als auch in negativ geladener Form vor. Dies ermöglicht es ihnen, Protonen in der Polymerisationsreaktion zu transportieren, die RNA aus Ribonukleosid-2′,3′-cyclischen Phosphaten bildet – ein präbiologisch plausibler Ausgangspunkt.„Unsere Erkenntnisse schließen eine wichtige Lücke in unserem Verständnis der frühen Evolution. Bisher wussten wir, wie Proteine durch den katalytischen Mechanismus der RNA hergestellt werden, aber jetzt beginnen wir zu verstehen, wie die Bausteine von Proteinen auch zur Bildung von RNA beitragen können. Es ist eine gegenseitige Abhängigkeit zweier Kernkomponenten des Lebens, die unsere Sicht auf die molekularen Ursprünge des Lebens verändert“, sagt Saroj Rout, der Hauptautor der Studie.
Die Forschenden betonen, dass die katalytische Fähigkeit von Aminosäuren, selbst in ihrer einfachsten Form und ohne in komplexe Proteine eingebunden zu sein, eine klare funktionelle Rolle bei der Verstärkung der RNA-Bildung spielt. Es ist bemerkenswert, dass diese Reaktion unter milden Bedingungen abläuft: bei Raumtemperatur, mit mäßiger Alkalität und niedrigen Salzkonzentrationen. Solche Bedingungen sind ideal für die langfristige Stabilität und Replikation von RNA.
Alkalische Bedingungen wichtig für Entstehung des Lebens
Interessanterweise begünstigt derselbe erhöhte pH-Wert, der die durch Aminosäuren katalysierte RNA-Synthese erleichtert, auch die RNA-Templatierung. Bei diesem Prozess steuern kurze RNA-Stränge den Aufbau komplementärer Sequenzen durch Ligation. Dies wiederum führt zu autokatalytischen Replikationsnetzwerken, die eine solide Grundlage für die darwinistische Evolution bilden.Laut den Forschenden unterstreichen diese Ergebnisse die Bedeutung alkalischer Umgebungen, die in früheren Experimenten zur Entstehung des Lebens oft übersehen wurden. Solche alkalischen Umgebungen finden sich beispielsweise auf Vulkaninseln. „Unsere Befunde sprechen für eine Revision der RNA-Welt-Hypothese“, so Braun. „Sie zeigen, wie RNA und Aminosäuren in den frühen Stadien der Evolution zusammengearbeitet haben könnten und bringen uns der Nachbildung der ersten Schritte des Lebens im Labor näher.“
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Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München (06/2025)
Publikation:
Saroj K. Rout, Sreekar Wunnava, Miroslav Krepl, Giuseppe Cassone, Judit E. Šponer, Christof B. Mast, Matthew W. Powner & Dieter Braun: Amino acids catalyse RNA formation under ambient alkaline conditions. Nature Communications 2025
https://doi.org/10.1038/s41467-025-60359-3