Eine neue Untersuchung unter der Leitung eines Forschungsteams der Rutgers University in den Vereinigten Staaten weist darauf hin, dass der Ursprung des Lebens auf der Erde möglicherweise nicht nur in der traditionellen „Wiege“ der hydrothermalen Tiefseequellen liegt. Die mineralhaltige Hochtemperaturumgebung, die durch den Einschlag von Asteroiden oder Meteoriten entsteht, könnte auch eine Schlüsselphase für die Chemie des frühen Lebens darstellen.
Shea Cinquemani, die Erstautorin des Artikels, sagte in einem Interview: „Aus wissenschaftlicher Sicht wissen wir immer noch nicht, wie die frühe Erde, auf der es kein Leben gab, die erste Ladung Leben hervorbrachte. Wie geschah dieser Schritt aus dem Nichts?“ Cinquemani schloss 2025 sein Studium an der School of Environmental and Biological Sciences der Rutgers University mit einem Bachelor-Abschluss in Meeresbiologie und Fischereimanagement ab. Diese Arbeit war auch ein „sprunghafter“ wissenschaftlicher Forschungsversuch, den sie während ihres Studiums abschloss.
Ein entsprechender Übersichtsartikel wurde im Journal of Marine Science and Engineering veröffentlicht, der sich auf die Aufklärung der geologischen Umgebungen konzentrierte, in denen Leben entstanden sein könnte, mit besonderem Fokus auf hydrothermale Systeme – Orte, an denen mineralreiche Hochtemperaturflüssigkeiten in Gesteinen zirkulieren und schließlich heraussprudeln, wodurch erhebliche Energiegradienten und vielfältige chemische Bedingungen entstehen und dadurch komplexe Reaktionen vorangetrieben werden. Zusätzlich zu den traditionellen hydrothermalen Quellen in der Tiefsee richtet der Artikel sein Augenmerk auf hydrothermale Systeme, die durch Meteoriteneinschläge entstanden sind, und geht davon aus, dass diese Art von Umgebung in der frühen Erde zwar sehr häufig vorkam, aber lange Zeit ignoriert wurde.
Das Papier wurde von Sinquemani und dem Ozeanographen Richard Lutz von der Rutgers University gemeinsam unterzeichnet. Für einen Bachelor-Studenten sei die Leitung der Rezension als Erstautor von seinem Betreuer eine „höchst ungewöhnliche Leistung“ gewesen. Lutz sagte: „Es ist keine Seltenheit, dass Studierende sich an Arbeiten beteiligen, und Lehrer laden oft herausragende Studierende ein, sich an Projekten zu beteiligen. Aber eine solche Arbeit mit einem Studierenden als Erstautor zu veröffentlichen, hat eine ganz andere Bedeutung.“ Zunächst war diese Arbeit nur eine Unterrichtsaufgabe für Cinquemani im Kurs „Ozeanische Hydrothermale Quellen“. Das Thema forderte sie zum Nachdenken: Wenn ähnliche hydrothermale Systeme auf anderen Planeten existieren, sind sie dann in der Lage, Leben zu fördern?
Sinquemani gab zu, dass er, als er den Auftrag erhielt, „fast keine Ahnung“ hatte. „Über den Ursprung des Lebens auf einem anderen Planeten nachzudenken, fühlt sich sehr surreal an. Ursprünglich war ich eher mit reiner Biologie vertraut, aber dieses Thema brachte mich in die Chemie, Physik und sogar Geologie.“ Nach ihrem Abschluss erweiterte sie ihre Unterrichtsaufgabe zu einer systematischeren Übersicht und verglich das durch den Einschlag entstandene hydrothermale System mit hydrothermalen Quellen in der Tiefsee. Das Papier wurde schließlich nach fünf Runden strenger Begutachtung und 15 Seiten mit Stellungnahmen angenommen.
Seit ihrer Entdeckung in den späten 1970er Jahren sind hydrothermale Quellen in der Tiefsee ein „heißer Kandidat“ für die Erforschung der Entstehung des Lebens. Diese Umgebung benötigt kein Sonnenlicht, um ein ganzes Ökosystem zu unterstützen, und Mikroorganismen sind zur Energiegewinnung auf Chemikalien wie Schwefelwasserstoff angewiesen und überleben durch chemische Synthese und nicht durch Photosynthese. Die Wärmequelle hydrothermaler Systeme kann aus vulkanischer Aktivität in der Erdkruste oder aus chemischen Reaktionen zwischen Wasser und Gesteinen stammen. Auch ohne Magma können sich in der kalten Tiefsee lokale warme „Oasen“ bilden.
Cinquemanis Arbeit führt diesen traditionellen Forschungsrahmen fort und betont die potenzielle Rolle wirkungsgesteuerter hydrothermaler Systeme bei der Entstehung des Lebens. Wenn ein großer Meteorit die Erde trifft, wird die enorme kinetische Energie sofort in hohe Temperaturen umgewandelt, wodurch das umliegende Gestein schmilzt. Der Einschlagskrater sammelte dann während des Abkühlungsprozesses Wasser an und bildete eine besondere Umgebung mit einem extrem warmen zentralen Bereich, der von Wasser umgeben war. Heißes Wasser und Mineralien werden kontinuierlich ausgetauscht und bilden ein System, das den hydrothermalen Quellen in der Tiefsee ähnelt. „Man erhält einen Hochtemperaturkern, der von Seewasser umgeben ist, wodurch ein hydrothermales System ähnlich dem Tiefsee entsteht, aber die Wärmequelle kommt von Einschlägen und nicht von Vulkanen“, sagte Cinquemani.
Um die wahre Entwicklung solcher Umgebungen und ihr Potenzial zur Unterstützung der Chemie des Lebens zu beurteilen, untersuchte die Arbeit drei typische Kraterfälle aus verschiedenen Epochen: den Chicxulub-Einschlagskrater in Mexiko, der vor etwa 65 Millionen Jahren entstand und mit dem Dinosaurier-Aussterben in Zusammenhang steht; der Haughton-Einschlagskrater in der kanadischen Arktis, der vor etwa 31 Millionen Jahren entstand; und der Lonar-See in Indien, der vor etwa 50.000 Jahren entstand und noch heute als See existiert. Die durch diese Einschläge gebildeten hydrothermalen Systeme können Tausende bis Zehntausende von Jahren aktiv bleiben und bieten ein Zeitfenster für die schrittweise Entwicklung einfacher Moleküle zu komplexeren organischen Strukturen.
Forscher gehen davon aus, dass diese Art von durch Einschläge verursachter hydrothermaler Umgebung in der Frühzeit der Erde, als Meteoriten und Kometen häufig auftraten, möglicherweise weitaus häufiger vorkam als heute und daher möglicherweise eine unterschätzte Rolle bei der Entstehung des Lebens gespielt hat – diese Himmelseinschläge, die oft als „katastrophal“ angesehen werden, könnten auch die chemischen Laboratorien errichtet haben, die für den Beginn des Lebens erforderlich sind. Diese Idee setzt die jahrzehntelange Sammlung der Theorie hydrothermaler Tiefseequellen fort und erweitert mögliche Szenarien für die Entstehung des Lebens von der Tiefsee bis hin zu Seen und unterirdischen Systemen in Einschlagskratern.
Lutz selbst war einer der ersten Pioniere bei der Erforschung hydrothermaler Tiefseequellen. Während seiner Postdoktorandenzeit tauchte er an Bord des Alvin-Tauchboots mehr als eine Meile unter die Meeresoberfläche und wurde Zeuge wohlhabender Ökosysteme in völliger Dunkelheit. Man geht davon aus, dass diese Reisen ein neues Forschungsgebiet geschaffen und das Verständnis der wissenschaftlichen Gemeinschaft über „Leben kann ohne Sonnenlicht existieren“ aufgefrischt haben. „Wir diskutieren seit Jahren über die Möglichkeit, dass Leben in hydrothermalen Quellen der Tiefsee entstanden sein könnte“, sagte Lutz.
Dieser Aufsatz von Cinquemani integriert zwar vorhandene Erkenntnisse aus der Tiefsee, stellt aber auch immer neuere Ergebnisse zu wirkungsgesteuerten hydrothermalen Systemen vor und argumentiert, dass beide Arten von Umgebungen das Potenzial haben, wichtige chemische Reaktionen in den Anfangsstadien des Lebens zu unterstützen. Dieser Perspektivwechsel hängt nicht nur mit der Geschichte der Erde selbst zusammen, sondern weist auch auf die Erforschung außerirdischen Lebens hin: Die wissenschaftliche Gemeinschaft spekuliert, dass es unter den eisigen Monden wie dem Jupitermond Europa und dem Saturnmond Enceladus aktive hydrothermale Aktivität geben könnte und dass ähnliche Umgebungen in den frühen Einschlagskratern des Mars entstanden sein könnten. Wenn hydrothermale Flüssigkeiten und Aufprallsysteme auf der Erde tatsächlich Leben „vorwärmen“ können, könnten sie auch wichtige Hinweise und Zielgebiete für zukünftige Suchen nach außerirdischem Leben liefern.
Für Sinquemani selbst entspringt diese Forschung eher einer allgemeinen menschlichen Neugier. Derzeit arbeitet sie als Technikerin am Aquaculture Innovation Center der Rutgers University in Cape May, New Jersey, wo sie sich mit wissenschaftlicher Forschung im Bereich Aquakultur beschäftigt und sich gleichzeitig auf weitere Studien in Meereswissenschaften vorbereitet. „Die menschliche Neugier ist nahezu grenzenlos“, sagte sie. „Wir werden weiterhin Fragen stellen und versuchen, den Ursprung von allem zurückzuverfolgen. Vielleicht werden wir nie in der Lage sein, den Moment, in dem das Leben geboren wurde, genau wiederherzustellen, aber wir können so nah wie möglich herankommen, um zu verstehen, wie die Dinge passiert sein könnten.“