RNA-Moleküle brauchen eine gewisse Mindestgröße, damit sie sich zu dreidimensionalen Strukturen zusammenfalten und biologische Funktionen übernehmen können.
In der Vergangenheit galt die RNA (Ribonukleinsäure) als bloßes Hilfsmolekül der Erbsubstanz DNA. Spätere Forschungen zeigte jedoch, dass RNA wesentlich mehr kann: Sie kombiniert Fähigkeiten von DNA und Proteinen und macht sie damit zu einem sehr flexiblen Molekül. Wissenschafter halten es daher für wahrscheinlich, dass RNA der Grundstein des heutigen Lebens ist. Wie das vor 4,5 bis 3,5 Milliarden Jahren auf der jugendlichen Erde vor sich ging, stellt heute eines der größten Rätsel der Wissenschaft dar.
Eine der wesentlichsten Hürden, die den Forschern bei der Rekonstruktion der Entstehung des Lebens bisher im Wege stand, war das Problem des steten chemischen Zerfalls. Damit RNA als Informationsträger funktionieren kann, müssen die Moleküle groß genug und vor allem zu stabilen Gebilden gefaltet sein.
Ohne Enzyme droht Zerfall
Normalerweise wächst RNA wie eine Kette: ein Glied reiht sich an das nächste; für die nötige Stabilität sorgen Enzyme, die als Katalysatoren fungieren. Auf der jungen unbelebten Erde gab es allerdings noch keine derartigen Enzyme, die RNA wäre im selben Maße zerfallen, wie sie gewachsen wäre.
Das Forscherteam rund um Ernesto Di Mauro von der Universität Rom konnte nun aber zeigen, dass sich kurze RNA-Schnipsel spontan zu langen Ketten aneinander lagern und so dem normalen Zerfall entgegen wirken. Die Experimente offenbarten demnach eine verblüffend einfache Lösung für das Zerfallsproblem: Die italienischen Wissenschafter gaben kurze RNA-Schnipsel aus 10 bis 24 Bausteinen in unter 70 Grad Celsius heißes, leicht saures Wasser und fügten einzelne RNA-Bausteine hinzu. Rund 14 Stunden später entdeckten die Forscher RNA-Ketten von doppelter und vierfacher Ausgangslänge in der Lösung.
Spontane Bindung
Was dagegen nicht gefunden wurde waren Ketten, die nur um einzelne Bausteine verlängert oder drei- bzw. fünfmal so lang waren wie die Ursprungsmoleküle. Aus den Beobachtungen schloss Di Mauro, dass sich kurze RNA-Stränge in einer entsprechenden Umgebung zunächst zu Viererbündeln zusammenschließen. Durch den geringen Abstand innerhalb dieser Bündel kommt es schließlich zu spontanen chemischen Bindungen zwischen den Enden von je zwei oder von allen vier Strängen.
Die Forschungen, deren Ergebnisse im Journal of Biological Chemistry veröffentlicht wurden, konnten damit nachweisen, dass unter gewissen Umständen - wie sie durchaus auf der Ur-Erde geherrscht haben mochten - RNA-Ketten mit Längen von über hundert Basen entstehen. Ab dieser Größe nämlich beginnen sich die Moleküle zu dreidimensionalen Gebilden zu falten, was wiederum als wesentliche Grundlage für biologischer Vorgänge gilt. (red)