Bio-Baustein-Bau im Weltraum

Vor Urzeiten verknüpften sich auf unserem Planeten bestimmte Moleküle zu immer komplexeren Verbindungen - bis schließlich Lebensprozesse in Gang kamen. Vereinfacht dargestellt, soll auf diese Weise die Evolution auf der Erde ihren Anfang genommen haben. Dabei stellt sich die allerdings Frage, wie und wo zunächst die biologischen Grundbausteine entstanden sein könnten. Neben einem irdischen Ursprung gilt dabei auch bereits der Weltraum als eine mögliche Quelle für die biologisch relevanten Substanzen: Meteoriten könnten organische Moleküle auf die Erde gebracht haben, die bei der Entstehung des Lebens eine Rolle spielten. Dieses Potenzial bestätigten auch Funde von Aminosäuren, Nukleobasen und verschiedenen Zuckersubstanzen in Meteoriten.

Möglicher Komplexität auf der Spur

Lange blieb jedoch die Frage offen, wie komplex organische Moleküle im Weltraum werden können. Erste Hinweise lieferten dazu die Forschenden um Serge Krasnokutski vom Astrophysikalischen Labor des Max-Planck-Instituts für Astronomie an der Universität Jena vor zwei Jahren: Aus ihren Experimenten ging hervor, dass sich auch Peptide auf kosmischen Staubkörnern bilden könnten. Dabei handelt es sich um zentrale Grundsubstanzen des Lebens: Die aus miteinander verbundenen Aminosäuren bestehenden Komplexmoleküle sind für viele biologische Reaktionen verantwortlich und bilden das Gerüstmaterial von Zellen. Krasnokutski und seine Kollegen konnten durch Versuche bei simulierten Weltraumbedingungen in Vakuumkammern zeigen, dass sich aus Ammoniak, atomarem Kohlenstoff und Kohlenmonoxid Peptide bilden können.

Doch bisher blieb dabei offen, wie effektiv die Reaktion auf eisigen Partikeln im All ablaufen könnte. Denn es war zu vermuten, dass Wassermoleküle die Bildung hemmen, die im Material der Staubkörner meist ebenfalls reichlich vorhanden sind. Inwieweit dies tatsächlich zutrifft, haben Krasnokutski und seine Kollegen nun durch ihre neuen Versuche ausgelotet. „Wir haben in einer Vakuumkammer Bedingungen nachgestellt, wie sie im Weltall herrschen, und dabei die Substanzen hinzugegeben, wie sie in sogenannten molekularen Wolken vorkommen", sagt Krasnokutski. Untersucht haben die Forschenden die Reaktionsprodukte dabei durch die Methode der Massenspektrometrie.

Gehemmt aber dennoch effektiv

Wie Krasnokutski erklärt, entstehen bei der Reaktion von Ammoniak, atomarem Kohlenstoff und Kohlenmonoxid unter den Versuchsbedingungen zunächst chemische Vorstufen von Aminosäuren: sogenannte Aminoketene. Diese verbinden sich anschließend zu längeren Ketten - sie bilden Polypeptide. Dabei kommt nun der möglicherweise kritische Aspekt des Wassers ins Spiel, sagt Krasnokutski: Bei der Verknüpfung der einzelnen Aminoketene wird Wasser freigesetzt. Wenn in dem Substanzgemisch allerdings schon Wasser vorliegt, ist von einer Hemmung des Prozesses auszugehen. Dabei betont der Wissenschaftler erneut: „Die meisten interstellaren Staubkörner sind mit wasserhaltigem molekularem Eis bedeckt".

Daher stand zunächst die aus astrobiologischer Sicht ernüchternde Vermutung im Raum: Wenn überhaupt, bilden sich Peptide im Weltall nur in einem geringen Maße. Doch wie das Team berichtet, ging aus den Analyseergebnissen der Reaktionen unter Einbeziehung von Wasser nun hervor: „Unsere massenspektrometrischen Untersuchungen, die an der Universität Poitiers möglich waren, zeigten zwar, dass anwesendes Wasser im molekularen Eis die Bildung von Peptiden um fünfzig Prozent verlangsamt - aber dennoch entstehen sie", sagt Krasnokutski. Wie er betont, zeichnet sich damit letztlich eine durchaus effektive Bildung der Biomoleküle ab: „Wenn man die Zeitskalen betrachtet, in denen astronomische Prozesse ablaufen, ist diese Verlangsamung so gut wie vernachlässigbar", so der Wissenschaftler.

Offenbar könnten sich Peptide also in einem relevanten Ausmaß im All bilden und auch über Meteoriten auf Planetenoberflächen gelangen. Doch was bedeuten die Ergebnisse nun konkret für die Entstehungsgeschichte des Lebens? Sie können zwar nicht beantworten, ob die molekularen Grundbausteine der Biologie terrestrischen oder aber extraterrestrischen Ursprungs waren. Aber zumindest bestätigt die Studie nun die Möglichkeit, dass einst eine „kosmische Saat" stattgefunden hat.

Quelle: Universität Jena, Fachartikel: Sciences Advances, doi: 10.1126/sciadv.adj7179

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