Wie aus unbelebter Materie Leben entstehen konnte, geh?rt zu den gro?en Fragen der Menschheit. Eine interdisziplin?re Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern mehrerer Universit?ten macht sich gerade auf, der Beantwortung dieser grundlegenden Frage n?her zu kommen. Im Mittelpunkt des gro? angelegten Forschungsprojekts steht die Frage wie Molek¨¹le in einer Welt ohne Leben eine Evolution durchlaufen konnten und dabei die ersten molekularen Bausteine, wie wir sie von heutigem Leben kennen, entstanden. In der Erdfr¨¹hzeit entwickelte sich dann aus diesen Molek¨¹len die ersten Zellen, die auch Protozellen genannt werden. ?

Momentan wird vermutet, dass die Ribonukleins?ure (RNS) Tr?gerin der ersten Erbinformationen war. Im Gro?forschungsprojekt ?Molekulare Evolution in pr?biotischen Umgebungen¡° untersuchen die Forschenden, welche chemischen, physikalischen und geologischen Bedingungen erforderlich sind, um die molekulare Evolution mit der RNA als ?auszul?sen. Der sogenannte SFB/Transregio 392 "Molekulare Evolution in pr?biotischen Umgebungen" wird von der DFG mit mehr als 2 Millionen Euro pro Jahr gef?rdert.

Voraussetzung f¨¹r fr¨¹hes Leben

Von der Universit?t Augsburg ist Prof. Dr. Christoph Weber, Lehrstuhlinhaber Theoretische Physik II, und Leiter der Forschungsgruppe ?Mesoscopic Physics of Life¡°, dabei. ?Wir m?chten verstehen, inwiefern Phasenumwandlungen, wie wir auch aus unserem Alltag kennen, geholfen haben, spezielle Bausteine des Lebens entstehen zu lassen¡°, erkl?rt er. ?Phasenumwandlungen, wie zum Beispiel die Bildung von Tropfen, waren allgegenw?rtig auf der fr¨¹hen Erde, und sind es vermutlich auch auf anderen Planeten. Die gewonnenen Erkenntnisse des interdisziplin?ren Konsortiums k?nnte auch erlauben, die Voraussetzungen f¨¹r die Entstehung von Leben auf anderen Planeten besser zu verstehen.¡°
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Weber untersucht in seinem Teilprojekt wie funktionelle und lange ?Lebens-Bausteine¡°, beispielsweise RNS, ?durch oszillierende Phasenumwandlungen, entstehen. Die Idee des Projektes ist, dass die st?ndigen sich ?ndernden Umgebungsbedingungen, die chemischen Prozessen, die der Entstehung von RNS zu Grunde liegen, beeinflussen. Diese Oszillationen tragen den unsteten Bedingungen auf der fr¨¹hen Erde Rechnung, die unter anderem durch die vulkanische Aktivit?t, starke Strahlung, und chaotisches Wetter erzeugt wurden. ?Wir denken, dass oszillierende Phasen¨¹berg?nge ein Selektionsmechanismus sein k?nnten und werden das in unserem Projekt in enger Zusammenarbeit mit experimentellen Gruppen im Konsortium ¨¹berpr¨¹fen¡°, sagt Weber.

Anspruchsvolle Spitzenforschung

Die Federf¨¹hrung des SFB/Transregio 392, zun?chst f¨¹r vier Jahre gef?rdert, liegt bei der Ludwig-Maximilians-Universit?t M¨¹nchen mit dem renommierten Biophysiker Prof. Dr. Dieter Braun als Sprecher. Mitantragstellerin ist die Technische Universit?t M¨¹nchen. Beteiligt sind neben der Universit?t Augsburg, die Universit?ten Stuttgart, W¨¹rzburg und Heidelberg, die Technische Universit?t Dortmund sowie das Max-Planck-Institut f¨¹r Biochemie (MPIB). Das Gro?forschungsprojekt b¨¹ndelt Fachwissen aus verschiedenen Disziplinen, darunter Geowissenschaften, Chemie, Astrophysik, Biophysik und Biochemie.

Sonderforschungsbereiche richtet die DFG, zur St?rkung der Spitzenforschung ein und f?rdert damit besonders innovative, anspruchsvolle und langfristige Verbundvorhaben f¨¹r maximal 12 Jahre. Alle vier Jahre wird ¨¹ber eine Weiterfinanzierung entschieden. Die Universit?t Augsburg ist mit dem nun gestarteten Projekt an vier SFB beteiligt und koordiniert einen weiteren.

Von der Universit?t Augsburg koordinierter SFB/Transregio:

• SFB/Transregio 360: ?Eingeschr?nkte Quantenmaterie¡° (Sprecher: Professor Dr. Istv¨¢n K¨¦zsm¨¢rki, Universit?t Augsburg; ebenfalls antragstellend: TU M¨¹nchen)

An weiteren von der DFG bewilligten Sonderforschungsbereiche/Transregios ist die Universit?t Augsburg beteiligt:

• SFB 1585 ?Strukturierte Funktionsmaterialien f¨¹r multiplen Transport in nanoskaligen r?umlichen Einschr?nkungen¡°? (Universit?t Bayreuth, Sprecher: Professor Dr. J¨¹rgen Senker; Beteiligt an der Universit?t Augsburg: Prof. Dr. Fabian Pauly, Theoretische Physik)
• SFB/Transregio 386 ?HYP*MOL ¨C Hyperpolarisation in molekularen Systemen¡° (Universit?t Leipzig, Sprecher: Professor Dr. J?rg Matysik; ebenfalls antragstellend: TU Chemnitz; beteiligt an der Universit?t Augsburg: Dr. Christian Wiebeler, Computergest¨¹tzte Biologie)
• SFB 1389 ??berwindung der Therapieresistenz von Glioblastomen¡° (Universit?t Heidelberg, Sprecher: Professor Dr. Wolfgang Wick; beteiligt an der Universit?t Augsburg: Prof. Dr. Matthias Schlesner, Biomedizinische Informatik, Data Mining und Data Analytics)

How life developed from inanimate matter remains one of the greatest questions of all time. An interdisciplinary group of researchers from several universities is currently working towards answering this fundamental question. The question of how molecules were able to evolve in a world without life, thereby creating the first molecular building blocks which we know of today, stands at the centre of this large-scale research project. During the Proterozoic Eon, the first cells, also known as proto cells, developed from these molecules.

It is currently assumed that ribonucleic acid (RNA) was the first carrier of genetic information. The large-scale project ¡°Molecular evolution in prebiotic environments¡± is investigating which chemical, physical, and geological conditions are necessary to trigger molecular evolution with RNA. The CRC/Transregio 392 ¡°Molecular evolution in prebiotic environments¡± is funded by the German Research Foundation (DFG) to the tune of €2 million per year.

Prerequisites for early life

Prof. Christoph Weber, Chair of Theoretical Physics II and leader of the research group ¡°Mesoscopic Physics of Life,¡± is involved in the project. ¡°We would like to understand the extent to which phase transformations that we know of from our everyday life have helped to create the special building blocks of life,¡± he explains. ¡°Phase transformations, such as the formation of droplets, were ubiquitous on the Earth in its early phase and also probably on other planets as well.¡± The knowledge gained from this interdisciplinary collaboration could enable us to better understand the prerequisites for the development of life on other planets.¡±

In his sub-project, Weber is researching how functional and long ¡°building blocks of life¡± such as RNA are created through oscillating phase transformations. The idea is that constantly changing environmental conditions influence the chemical processes that underlie the formation of RNA. These oscillations take into account the unstable conditions on the early Earth caused by volcanic activity, strong radiation, and chaotic weather. ¡°We think that oscillating phase transformations could be a selection mechanism, which we plan to investigate in close collaboration with experimental groups in the CRC,¡± says Weber.

?Ambitious world-class research

The CRC/Transregio 392 is funded for four years and is being led by Ludwig-Maximilians-Universit?t in Munich (LMU), with the renowned bio-physicist Prof. Dieter Braun as speaker. The Technical University of Munich (TUM) is the co-applicant. Alongside the University of Augsburg, the University of Stuttgart, Julius-Maximilians-Universit?t of W¨¹rzburg (JMU), Heidelberg University, TU Dortmund University, as well as the Max Planck Institute of Biochemistry (MPIB) are involved. The large-scale project brings together expertise from various disciplines, including geosciences, chemistry, astrophysics, biophysics and biochemistry.

Collaborative Research Centres are designed by the German Research Foundation (DFG) to strengthen world-class research and provide a funding mechanism for particularly innovative, ambitious, and long-term research projects for a maximum of 12 years. Every four years, a decision is made as to whether to continue the funding. With this newly started project, the University of Augsburg is now a participant in four Collaborative Research Centres; it also coordinates a fourth.

Collaborative Research Centre/Transregio coordinated by the University of Augsburg:

• CRC/Transregio 360: ¡°Constrained Quantum Matter¡± (Speaker: Prof. Istv¨¢n K¨¦zsm¨¢rki, University of Augsburg; Co-applicant: TUM)

Other CRC/Transregios in which the University of Augsburg is involved

• CRC 1585 ¡°Structured functional materials for multiple transport in nanoscale confinements¡± (University of Bayreuth, Speaker: Prof. J¨¹rgen Senker; University of Augsburg: Prof. Fabian Pauly, Theoretical Physics)
• CRC/Transregio 386 ¡°HYP*MOL ¨C Hyperpolarisation in molecular systems¡± (Leipzig University, Speaker: Prof. J?rg Matysik; Co-applicant: TU Chemnitz; University of Augsburg: Dr Christian Wiebeler, Computational Biology)
• CRC 1389 ¡°Understanding and Targeting Resistance in Glioblastoma¡± (Heidelberg University, Speaker: Prof. Wolfgang Wick; University of Augsburg: Prof. Matthias Schlesner, Biomedical Informatics, Data Mining and Data Analytics)