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Evolution

Redoxsysteme der unbelebten Natur

Während Tonmineralien eine geeignete hydrophile Oberfläche, aber keine Redox-Kapazität bieten, hat Pyrit eine Oberfläche mit einem besonders günstigen Redox-Potential.

G. Wächtershäuser hat 1990 auf der Suche nach der ursprünglichen biologischen Energiequelle einen völlig neuen Gedanken für die Evolution des Lebens veröffentlicht. Er zeigte, dass Pyrit (FeS2 ) in einer reduzierenden Atmosphäre eine sehr gute Energiequelle sein kann. In seinen Arbeiten beschäftigt er sich zunächst sehr viel mit den chemischen Prozessen an sulfidischen Oberflächen. Zur Überraschung aller Chemiker konnte er nachweisen, dass neben H2 S auch Wasserstoff im Kippschen Apparat (also in Gegenwart von Wasser) entsteht. Daraus konnte er ableiten, dass sich die Natur diesen Redoxprozess zu Nutze macht.

Die Reaktion am Pyrit lautet:

FeS + H2S → FeS2 + H2

Hierbei wird sehr viel Energie frei: ΔG° = -38,4 kJ/mol.

Diese Reaktion begünstigt die CO2-Reduktion: FeS + H2S + HCO3 → FeS2 + H2O + HCOO- , Ameisensäure dient als Energiequelle für weitere chemische Reaktionen.

Transferiert man das Laborexperiment in die abiotischen (chemischen und physikalischen) Bedingungen der Uratmosphäre, so lautet die Gleichung: CH3SH + CO + H2O → CH3COOH + H2S . Es wird gezeigt, dass aus den anorganischen Substanzen Methylmercaptan (CH3SH) sowie Kohlenmonoxid (CO) in wässriger Lösung (H2O) das organische Molekül Essigsäure (CH3COOH) und Schwefelwasserstoff (H2S) entstehen. FeS und NiS dienen hierbei als Katalysatoren, treten also an die Stelle der heute bekannten Enzyme. Als Beleg für die Theorie von Wächtershäuser kann man anführen, dass es auch heute noch Lebewesen gibt, die ausschließlich von chemischer Energie leben. Hierzu zählen z. B. die chemolithotrophen Schwefelbakterien. Alle chemolithotrophen Bakterien beziehen weiterhin ihre Energie aus der Umsetzung anorganischer Verbindungen, z.B. Mineralien.

Chemolithotrophie
Als chemolithotroph bezeichnet man Organismen, die anorganische Materialien zur Energiegewinnung und als Kohlenstoff-Quelle verwenden.

Im Einzelnen kennt man folgende Reaktionen:

H2S + 2 O2 → SO4 2-+ 2 H+

S + H2O + 1,5 O2 → SO4 2- + 2 H+

S2O3 2- + H2O + 2 O2 → 2 SO4 2- + 2 H+

Durch diese Reaktion wird ausreichend Energie freigesetzt, allerdings unter Bildung großer Mengen an Schwefelsäure, so dass nur azidophile (säureliebende) Arten überleben können. Sie können auch mit Hilfe der Oxidation von zweiwertigem Eisen wachsen. Daraus schließt man, dass auch unter prebiotischen Bedingungen das Eisen ein sehr wichtiger Bestandteil eines frühen Redoxsystems gewesen sein könnte. Im Umkehrschluss darf das Pyrit als wichtigste Quelle für das Eisen gelten. Chemolithotrophe Bakterien könnten tatsächlich die Erde besiedelt haben, lange bevor eine oxidierende Atmosphäre ausgebildet wurde.

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