Chemische Reaktionen beim Kochen könnten zur Entstehung komplexer Lebensformen beigetragen haben

Aug 02, 2023

Die Maillard-Reaktion, die beim Kochen aromatische Verbindungen erzeugt, trägt wahrscheinlich dazu bei, Kohlenstoff im Meeresboden zu binden und so den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre zu erhöhen

Von Carissa Wong

2. August 2023

Durch die Maillard-Reaktion entsteht die braune Kruste auf einem Brotlaib

imageBROKER/Unai HuiziAlamy

Eine chemische Reaktion, die gekochten Speisen Geschmack verleiht, kann jedes Jahr Millionen Tonnen Kohlenstoff im Meeresboden speichern. Der Prozess könnte sogar dazu beigetragen haben, die Voraussetzungen für die Entwicklung komplexen Lebens zu schaffen.

Die Maillard-Reaktion findet zwischen Zuckern und Aminosäuren statt, wenn die Temperaturen über etwa 140 °C (284 °F) steigen. Dieser chemische Prozess erzeugt eine Reihe komplexer, kohlenstoffreicher Verbindungen, die Lebensmitteln wie gebratenem Fleisch, geröstetem Gemüse und geröstetem Brot Farbe und Geschmack verleihen.

Manganhaltige Mineralien können als Katalysator wirken und die Reaktion bereits bei Temperaturen von nur 25 °C (77 °F) ermöglichen.

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Um herauszufinden, ob dies auch bei noch niedrigeren Temperaturen passieren kann, fügten Caroline Peacock von der Universität Leeds (Großbritannien) und ihre Kollegen entweder Eisen- oder Manganmineralien zu einer Lösung hinzu, die den Zucker Glucose und die Aminosäure Glycin enthielt.

Wenn die Mischungen bei 10 °C (50 °F) inkubiert wurden – ungefähr der Temperatur des Meeresbodens an den Rändern von Kontinenten – beschleunigten die Mineralien die Maillard-Reaktion um etwa das Hundertfache, verglichen mit Mischungen aus Zucker und Aminosäuren ohne Katalysatoren .

Weitere Analysen ergaben, dass der Prozess Verbindungen produzierte, die in Meeressedimentproben vorkommen. Dies deutet darauf hin, dass die Maillard-Reaktion auf dem Meeresboden stattfindet, wo häufig Eisen- und Manganmineralien vorkommen, sagt Peacock.

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Auf dem Meeresboden stellen abgestorbene Pflanzen und Tiere eine Quelle für Zucker und Aminosäuren dar, die Mikroben als Energiequelle aufnehmen. Dabei wandeln die Mikroben den Kohlenstoff toter Organismen in Kohlendioxid um, das wieder in die Atmosphäre gelangen kann.

Wenn die Maillard-Reaktion auf dem Meeresboden stattfindet, könnte dies dazu führen, dass der in Zuckern und Aminosäuren enthaltene Kohlenstoff in großen, komplexen Polymeren gespeichert wird, die Mikroben schwerer aufnehmen können, sagt Peacock.

Im Laufe von Tausenden oder Millionen von Jahren würden diese Polymere tiefer unter dem Meeresboden vergraben, da sich totes Material auf dem Meeresboden ansammelte. „Wenn es Ihnen gelingt, Ihren Kohlenstoff durch die 1-Meter-Gefahrenzone [an der Spitze des Meeresbodens] zu transportieren, wo Kohlenstoff im Allgemeinen von Mikroben angegriffen und abgebaut und wieder in Kohlendioxid umgewandelt wird, wird er von der Atmosphäre ferngehalten.“ sagt Pfau.

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Die Forscher schätzen, dass Eisen- und Manganmineralien jedes Jahr etwa 4 Millionen Tonnen Kohlenstoff binden könnten. Ohne diesen Prozess hätte sich die Erdatmosphäre in den letzten 400 Millionen Jahren möglicherweise um weitere 5 °C erwärmt.

Sie schätzen auch, dass die Maillard-Reaktion in Meeressedimenten den Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre in den letzten 400 Millionen Jahren um bis zu 8 Prozent erhöht haben könnte, weil durch die Einlagerung von Kohlenstoff mehr Sauerstoff in die Erdatmosphäre gelangt, sagt Peacock.

„Dieser Prozess hat so tiefgreifende Auswirkungen auf den Luftsauerstoff“, sagt sie. „Da komplexe Lebensformen einen höheren Sauerstoffgehalt benötigen, da sie energetisch anspruchsvoller sind, können wir davon ausgehen, dass dieser Prozess bei der Schaffung der für komplexes Leben erforderlichen Bedingungen eine Rolle gespielt hat.“

Das Team hat auch herausgefunden, dass die Reaktion in Böden stattfinden kann, die Eisen- und Manganmineralien enthalten, was darauf hindeutet, dass eine Erhöhung der Mineralien im Boden dazu beitragen könnte, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu binden, sagt Peacock.

„Das ist eine hervorragende Studie“, sagt Jan Amend von der University of Southern California. Es verdeutlicht, wie die Eisen- und Manganchemie, die in den meisten Klima- und Atmosphärenstudien weitgehend übersehen wurde, eine große Rolle für die Chemie der Atmosphäre und die Oberflächentemperatur der Erde spielen kann, sagt er.

Zeitschriftenreferenz:

Natur-DOI: 10.1038/s41586-023-06325-9

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