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Die im Mono Lake entdeckten Bakterien sind die ersten bekannten Organismen, die einen der sechs der Grundbausteine des Lebens durch einen anderen ersetzen können - nämlich Phosphor durch Arsen.

Die Erde besitzt ihre eigenen Aliens: Forscher haben ein Bakterium entdeckt, das anstelle des lebenswichtigen Phosphors das giftige Element Arsen für die Produktion wichtiger Zellbausteine verwenden kann. Es überlebt dadurch die hohen Arsenkonzentrationen im Salzsee Mono Lake in Kalifornien.

Mittels moderner Analysemethoden konnten die Wissenschaftler den Ersatz des Phosphors durch Arsen in vielen Zellbestandteilen dokumentieren, sogar beim Erbmaterial des skurrilen Bakteriums. Aus dieser Erkenntnis ergäben sich Schlussfolgerungen und Konsequenzen nicht nur für das irdische Leben, sondern auch für mögliche Lebensformen auf anderen Planeten: „Wenn ein Wesen unseres eigenen Planeten schon so etwas Unerwartetes tun kann, wirft das ein neues Licht auf die Möglichkeiten des Lebens generell“, sagt Studienleiterin Felisa Wolfe-Simon vom astrobiologischen Institut der NASA in Kalifornien. Das Wissenschaftlerteam berichtet über seine Ergebnisse im Fachmagazin „Science“. 



Bisher galt als Grundprinzip der Biologie auf unserem Planeten, dass alle Lebensformen auf sechs Elemente angewiesen sind: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor. Phosphorverbindungen bilden beispielsweise einen Grundbestandteil der DNA, der Trägersubstanz der Erbinformationen aller Lebewesen. Darüber hinaus ist das Element an vielen fundamentalen Stoffwechsel- und Regulationsprozessen in Zellen beteiligt.



Jetzt allerdings muss die Liste der Grundelemente des Lebens offensichtlich umgeschrieben werden: Den neuen Erkenntnissen zufolge kann Arsen offenbar Phosphor ersetzen. Normalerweise ist Arsen hochgiftig für Lebewesen, denn es stört ihre Stoffwechselvorgänge. Es besitze allerdings einige chemische Ähnlichkeiten zum Phosphor, erläutern die Wissenschaftler. Diese Eigenschaften nutzt offenbar das Bakterium aus der Familie der Halomonadaceae, um sich vom Phosphor unabhängig machen zu können, wie die Untersuchungen zeigten.



Die Forscher kultivierten die Bakterien unter Laborbedingungen auf einem Nährmedium, bei dem sie Schritt für Schritt Phosphor durch Arsen ersetzten. Am Ende der Versuchsreihe bewiesen die Bakterien, dass sie überhaupt kein Phosphor benötigten, um überleben zu können. Die nachfolgenden Analysen der Forscher bestätigten schließlich den Ersatz des Elements durch Arsen in den Lebensbausteinen der Mikroorganismen: Bei Eiweißen, Lipiden und sogar in der DNA hatten die Bakterien Phosphor gegen Arsen ausgetauscht. 



Der Astrobiologe und Co-Autor der Studie, Ariel Anbar von der Arizona State University in Tempe, unterstreicht die Bedeutung der Ergebnisse: „Ein Grundprinzip bei der Erforschung von möglichem Leben außerhalb der Erde war es, uns an die Verfügbarkeit der vermeintlichen sechs Lebens-Elemente zu halten. Die neuen Erkenntnisse zeigen, dass wir auch diesbezüglich weiterdenken müssen: Das Leben kann sogar auf unserem Planeten ganz anders sein, als wir es bisher kannten“, sagt Anbar.