Wie entstand die DNA?
Die DNA – oder auf deutsch DNS (Desoxyribonukleinsäure) – besteht aus aneinander gereihten Bausteinen, den Nukleotiden. Jedes Nukleotid setzt sich aus Phosphorsäure, dem Zucker Desoxyribose und einer organischen Base zusammen.
Da vier verschiedene organische Basen in der DNA vorkommen, gibt es auch vier unterschiedliche DNA-Nukleotide. Auf der speziellen Abfolge der vier Nukleotide in der DNA basiert der genetische Code. Der enthält die Bauanleitungen für die verschiedenen Proteine aus denen ein Lebewesen aufgebaut ist und die für dessen Eigenschaften verantwortlich sind.
Die DNA entstand vermutlich schon vor mehr als vier Milliarden Jahren. Damals gab es bereits flüssiges Wasser auf der Erde und darin alle nötigen chemischen Bausteine: Phosphorsäure, Formaldehyde und Blausäure. Aus den Formaldehyden bildete sich der Zucker, wobei möglicherweise mineralische Oberflächen als Katalysatoren dienten. Die Reaktion von mehreren Blausäure-Molekülen führte zu organischen Basen. Die einzelnen Bausteine verbanden sich zu den Nukleotiden und diese reagierten in zufälliger Abfolge miteinander zu unterschiedlich langen DNA-Strängen. Die nötige Energie für die chemischen Reaktionen lieferten elektrische Entladungen (z.B. Blitze) oder die UV-Strahlung der Sonne, die ohne die schützende Ozonschicht auf der frühen Erde viel intensiver war als heute.
Die Basen in der DNA verbinden sich leicht zu Basenpaaren. Dies kann entweder zwischen zwei Einzelsträngen oder zwischen Abschnitten innerhalb desselben Stranges geschehen. Dadurch brechen DNA-Moleküle durch thermische Molekülbewegung nicht so leicht auseinander, sind also sehr stabil. Bereits 1953 hatte der amerikanische Wissenschaftler Stanley Miller verschiedene Moleküle, die vermutlich auf der Urerde vorkamen, in einer „Uratmosphären-Apparatur“ gemischt. Durch elektrische Gasentladungen konnte er darin unter anderem die Bausteine der DNA herstellen.
Die ersten DNA-Schnipsel mit ihrer zufälligen Nukleotid-Abfolge trugen natürlich noch keinen Information für den Aufbau eines Lebewesens. Das komplizierte System der genetischen Verschlüsselung, wie wir es heute kennen, entwickelte sich erst in einem viele hundert Millionen Jahre andauernden evolutionären Prozess.
Nachdem auf der Urerde die ersten DNA-Moleküle entstanden waren, wurden sie von Membranen umschlossen. Diesen so genannten Micellen waren die Vorläufer der Zellen. Schließlich entstanden mit den Zellmembranen die ersten Zellen. Noch etwa zwei Milliarden Jahre dauerte es dann, bis die so genannten Eukaryonten die Bühne des Lebens betraten. Das sind Zellen, die einen Zellkern besitzen, in dem die DNA von einer extra Membran umschlossen ist. Aus solchen Zellen bestehen heute fast alle Lebewesen bis auf die Bakterien. In Eukaryonten ist die DNA auf Proteinen, den so genannten Histonen, aufgewickelt und liegt in Form von Chromosomen in der Zelle vor. Dadurch wird die DNA komprimiert und nimmt weniger Platz ein.
Die Frage wurde beantwortet von Prof. Tim Clark vom Computer-Chemie-Zentrum der Universität Erlangen-Nürnberg.