Alle lebenden Wesen brauchen Zellen und Energie, um sich zu reproduzieren. Ohne diese fundamentalen Bausteine wären lebende Organismen auf der Erde nicht in der Lage, sich fortzupflanzen und würden schlicht und einfach nicht existieren.
Bis jetzt war jedoch wenig über ein Schlüsselelement in den Bausteinen bekannt: Phosphate. Forscher der University of Hawaii in Manoa liefern in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Frankreich und Taiwan überzeugende Belege dafür, dass diese Bestandteile des Lebens im Weltraum entstanden und in der ersten Millarde Jahre durch Meteoriten oder Kometen auf die Erde gelangten. Die phosphorhaltigen Substanzen wurden dann in Biomoleküle integriert, die in den Zellen von lebenden Organismen auf der Erde vorkommen.
Die bahnbrechende Forschungsarbeit erscheint unter dem Titel “An Interstellar Synthesis of Phosphorus Oxoacids” in der September-Ausgabe des Journals Nature Communications. Hauptautoren sind der ehemalige Doktorand Andrew Turner von der University of Hawaii in Manoa (jetzt Assistenzprofessor an der University of Pikeville) sowie der Chemie-Professor Ralf Kaiser von der University of Hawaii.
Der Studie zufolge sind Phosphate und Diphosphorsäure zwei wichtige Substanzen, die für diese Bausteine in der Molekularbiologie entscheidend sind. Sie sind die Hauptbestandteile der Chromosomen, den Trägern der genetischen Informationen, der DNA. Zusammen mit Phospholipiden in Zellmembranen und Adenosintriphosphat, das als Energieträger in den Zellen dient, bilden sie das selbstreplizierende Material, das in allen lebenden Organismen vorhanden ist.
In einer auf fünf Kelvin heruntergekühlten Vakuumkammer am W.M. Keck Research Laboratory in Astrochemistry an der University of Hawaii in Manoa bildete das Team interstellare Eispartikel nach, die mit Kohlenstoffdioxid, Wasser und Phosphan beschichtet wurden. Die Bestandteile sind in kalten Molekülwolken allgegenwärtig. Als sie ionisierender Strahlung in der Form von hochenergetischen Elektronen ausgesetzt wurden, um kosmische Strahlen im Weltraum zu simulieren, entstanden durch Reaktionen in Nichtgleichgewichtssystemen verschiedene Phosphor-Oxosäuren wie Diphosphorsäure.
“Auf der Erde ist Phosphan für Lebewesen tödlich”, sagte Turner, der Hauptautor. “Aber im interstellaren Medium kann eine exotische Phosphanchemie seltene chemische Reaktionswege ermöglichen, um die Bildung von biorelevanten Molekülen wie Phosphor-Oxosäuren zu anzustoßen, was letztendlich die molekulare Evolution des Lebens hervorbringen könnte, wie wir es kennen.”
“Die Phosphor-Oxosäuren wurden in unseren Experimenten durch moderne analytische Verfahren mit Lasern, Massenspektrometern und Gaschromatografen registriert. Sie könnten sich auch im Eis von Kometen wie 67P/Tschurjumow-Gerassimenko gebildet haben, der eine Phorphorquelle beinhaltet, welche sich vermutlich aus Phosphan ableitet”, sagte Kaiser. “Diese Techniken können auch verwendet werden, um Spuren von Explosivstoffen oder Drogen nachzuweisen.”
“Weil Kometen zumindest teilweise die Überreste des Materials aus der protoplanetaren Scheibe enthalten, aus der unser Sonnensystem entstand, könnten die Substanzen zu dem interstellaren Medium zurückverfolgt werden, wo auch immer ausreichend Phosphan in den interstellaren Eisteilchen verfügbar war”, sagte Cornelia Meinert von der Universität Nizza in Frankreich.
Nachdem sie durch Meteoriten oder Kometen auf die Erde gelangten, könnten diese Phosphor-Oxosäuren für die präbiotische Phosphorchemie auf der Erde zur Verfügung gestanden haben. Deshalb ist das Verständnis der einfachen Synthese dieser Oxosäuren entscheidend dafür, um den Ursprung der wasserlöslichen präbiotischen Phosphorbestandteile zu entschlüsseln und wie sie in die Organismen integriert wurden – nicht nur hier auf der Erde, sondern möglicherweise auch in unserem Universum.
Turner und Kaiser arbeiteten mit Meinert und Agnes Chang von der National Dong Hwa University in Taiwan an diesem Projekt.
(THK)
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