Differenzierung der Ursprungsquellen von Kohlenwasserstoffen

Schematische Darstellung der Unterschiede hinsichtlich der Quellen von Kohlenwasserstoffen. (Credits: Taguchi et al 2022, Nature Communications)
Schematische Darstellung der Unterschiede hinsichtlich der Quellen von Kohlenwasserstoffen. (Credits: Taguchi et al 2022, Nature Communications)

Dem Rätsel um den Ursprung von Kohlenwasserstoffen in extraterrestrischen Umgebungen könnte endlich auf den Grund gegangen werden – dank einer Technik, die von Forschern am Tokyo Tech entwickelt wurde. Sie basiert auf einer 13C-13C-Häufigkeitsanalyse. Durch die Messung der Häufigkeit von zusammenhängenden 13C-13C-Isotopen in den Kohlenwasserstoffen kann abgeleitet werden, ob ein Kohlenwasserstoff durch biologische Prozesse produziert wurde. Das könnte Möglichkeiten eröffnen, um solche Kohlenwasserstoffe von abiotisch produzierten Kohlenwasserstoffen zu unterscheiden, was unsere Suche nach außerirdischem Leben unterstützt.

Eine wichtige Signatur für Leben ist die Existenz organischer Moleküle, die aus biologischen Prozessen hervorgingen. Die häufigsten organischen Moleküle in allen Lebensformen sind Kohlenwasserstoffe. Allerdings müssen die nicht unbedingt biologischen Ursprungs sein; das heißt durch die thermale Verwesung von geschichteter organischer Materie oder Mikroben. Obwohl Kohlenwasserstoffe an verschiedenen Orten jenseits der Erde gefunden wurden, sind sie also nicht zwingend ein Anzeichen für außerirdisches Leben. Diese Kohlenwasserstoffe könnten auch gut aus abiotischen, also nicht biologischen Prozessen entstanden sein. Festzustellen, ob ein Kohlenwasserstoff biotischen oder abiotischen Ursprungs ist, ist daher der Schlüssel, um daraus auf die Existenz von Leben zu schließen. Unglücklicherweise hat sich das bisher als eine unglaublich anspruchsvolle Aufgabe erwiesen.

Zum Glück ist ein Forschungsteam unter Leitung von Professor Yuichiro Ueno vom Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) der Situation jetzt gewachsen. Das Team berichtet über einen neuen und robusten Ansatz, um die Quellen von Kohlenwasserstoffen zu unterscheiden, indem die relative Häufigkeit eines Kohlenstoff-Isotops (13C-13C) in organischen Molekülen betrachtet wird.

“Es gibt zwar Methoden wie die verbindungsspezifische Isotopenanalyse, um die Quelle des Kohlenstoffs zu unterscheiden, aber sie erfordern eine ganze Reihe an Molekülen, von denen nicht immer alle für eine Untersuchung verfügbar sind. Im Gegensatz dazu erlaubt uns unsere Methode die Verwendung der Informationen, die in dem Molekül enthalten sind, um dessen Ursprungsquelle zu finden”, sagte Ueno über den Forschungsansatz. Die Studie wurde im Journal Nature Communications veröffentlicht.

Um sich diese Informationen zunutze zu machen, betrachtete das Team die relative Häufigkeit verschiedener Kohlenstoffisotope in Ethan. Sie verglichen die Häufigkeit des Ethanmoleküls mit zwei 12C-Atomen; einem 12C- und einem 13C-Atom, sowie zwei 13C-Atomen. Basierend darauf berechnete das Team die Häufigkeit von 13C-13C in den Ethanmolekülen der Probe. Die Wissenschaftler verglichen den Wert dieser Häufigkeit von 13C-13C in natürlichem Ethangas mit dem im Labor synthetisierten Ethan.

Sie stellten fest, dass die 13C-13C-Häufigkeit in natürlichem Ethangas, das durch thermischen Zerfall organischer Materie entsteht, relativ höher war als man basierend auf der natürlichen Häufigkeit von 13C erwarten würde. Dem Team zufolge liegt das an den Kohlenstoffbindungen in den organischen Molekülen, die das natürliche Gas produzieren. Das stand in deutlichem Gegensatz zu dem abiotisch produzieren Ethan, das eine wesentlich geringere 13C-13C-Häufigkeit aufwies. Außerdem beobachteten die Forscher, dass das durch Mikroben produzierte Ethan sogar noch höhere 13C-13C-Häufigkeiten aufwies als das thermal entstandene Ethan.

“Dieser neue Ansatz kann uns helfen, den Ursprung von organischen Molekülen hier auf der Erde und in extraterrestrischen Umgebungen zu identifizieren. Er kann leicht zwischen thermogen, abiotisch und mikrobiell produzierten Kohlenwasserstoffen unterscheiden”, betonte Ueno. “Für die zukünftige weitere Kalibrierung der Methode ist zwar noch viel Arbeit erforderlich, aber wir denken, dass es möglicherweise helfen könnte, die Signaturen von Leben anderswo im Universum zu registrieren.”

Quelle

(THK)

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