Die neueste Forschung der Pennsylvania State University in den Vereinigten Staaten zeigt, dass Spuren von Staubproben vom Asteroiden „Bennu“ das traditionelle Verständnis der wissenschaftlichen Gemeinschaft darüber verändern, wie die Grundbestandteile des Lebens im Universum entstanden sind. Das Forscherteam bestätigte das Vorhandensein verschiedener Aminosäuren in dem etwa 4,6 Milliarden Jahre alten Asteroidengestein. Diese Proben wurden 2023 von der NASA-Sonde „OSIRIS-REx“ erfolgreich gesammelt und zur Erde zurückgebracht, was bestätigt, dass die grundlegenden Rohstoffe für Leben tatsächlich auf außerirdischen Körpern weit verbreitet sind. Der chemische Weg, über den diese Moleküle im Weltraum entstehen, war jedoch bisher eine offene Frage.
Neue in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichte Ergebnisse weisen darauf hin, dass einige der Aminosäuren in der „Bennu“-Probe nicht auf die Art und Weise gebildet werden, wie die wissenschaftliche Gemeinschaft lange angenommen hat. Untersuchungen zeigen, dass sie wahrscheinlich in einer extrem kalten, strahlenden Eisumgebung geboren wurden und nicht in einer Umgebung mit warmem, flüssigem Wasser. Diese Schlussfolgerung bedeutet, dass die Bedingungen für die Bildung von Aminosäuren, den „Bausteinen“ des Lebens, viel lockerer und vielfältiger sind als bisher angenommen. Möglicherweise gibt es scheinbar rauere Ecken des Universums, die immer noch das Potenzial haben, Rohstoffe für das Leben hervorzubringen.
Allison Baczynski, Co-Erstautorin des Artikels und Assistenzprofessorin am Department of Earth Sciences der Penn State, sagte, dass diese Entdeckung „unsere traditionelle Sichtweise über die Produktion von Aminosäuren auf Asteroiden auf den Kopf stellt“ und zeigt, dass Aminosäuren nicht auf die Bildung warmer, wässriger Umgebungen beschränkt sind, sondern auf verschiedenen Wegen und unter verschiedenen Bedingungen entstehen können.
Um die Geheimnisse der chemischen Zusammensetzung des „Bennu“-Staubs aufzudecken, verwendete das Forscherteam nur etwa „einen Teelöffel“ wertvoller Proben und verließ sich auf spezielle Instrumente, um eine detaillierte Analyse der Isotopenzusammensetzung durchzuführen. Diese Instrumente messen winzige Unterschiede in den Atommassen von Elementen und liefern so „Fingerabdrücke“, die den Verlauf chemischer Reaktionen verfolgen können. Die Analyse konzentrierte sich auf die einfachste Aminosäure Glycin, ein Molekül, das nur aus zwei Kohlenstoffatomen besteht und als wichtiger Marker für die Rückverfolgung der Chemie des präbiotischen Lebens gilt.
Aminosäuren können miteinander verbunden werden, um Proteine zu bilden, und Proteine sind an nahezu jeder biologischen Funktion beteiligt, vom Aufbau von Zellstrukturen bis zur Katalyse chemischer Reaktionen. Glycin hat eine einfache Struktur und vielfältige Produktionswege. Wenn es also auf Kometen oder Asteroiden gefunden wird, bestärkt es oft die Annahme, dass einige der ersten chemischen Rohstoffe für Leben möglicherweise lange vor der Entstehung von Planeten im interstellaren Raum synthetisiert und durch Meteoriten und Staub an die Oberfläche der jungen Erde transportiert wurden.
Im bisherigen Mainstream-Modell glaubten Wissenschaftler allgemein, dass Aminosäuren hauptsächlich durch die sogenannte „Strecker-Synthese“ hergestellt würden: Blausäure, Ammoniak und Aldehyde oder Ketone reagieren in einer flüssigen Wasserumgebung zu Aminosäuremolekülen. Die Isotopensignatur von Bennus Proben deutet jedoch auf einen völlig anderen Weg. Die Forscher fanden heraus, dass die Isotopenverhältnisse dieser Glycine nicht mit dem klassischen chemischen Weg der Wasserphase übereinstimmen und eher mit den Ergebnissen komplexer Reaktionen in Eisschichten mit niedriger Temperatur und unter starker Strahlung übereinstimmen, was darauf hindeutet, dass sie möglicherweise aus den eisigen Regionen des äußeren Sonnensystems im frühen Sonnensystem stammen.
Bachinski wies darauf hin, dass die Penn State University das Analysegerät speziell modifiziert habe, um die Messung von Isotopen in extrem selten vorkommenden organischen Stoffen zu ermöglichen; Ohne diesen technologischen Durchbruch wäre diese Entdeckung möglicherweise überhaupt nicht zustande gekommen. Zu den an der Forschung beteiligten Teammitgliedern gehören der Geowissenschaften-Professor Christopher House, die „Ivan-Pugh-Universitätsprofessorin“ Katherine Freeman, die Postdoktorandin Ophélie McIntosh und die Geowissenschaften-Doktorandin Mila Matney.
Um die Einzigartigkeit der Aminosäuren auf Bennu besser zu verstehen, verglichen die Forscher sie mit Aminosäuren im berühmten Meteoriten von Melbourne County, dem Murchison-Meteoriten. Der Murchison-Meteorit fiel 1969 in Australien und war eine „Benchmark“-Probe für die Untersuchung organischer Moleküle in kohlenstoffhaltigen Meteoriten. Der Vergleich zeigt, dass zwischen den beiden deutliche Unterschiede bestehen: Die Aminosäureisotopensignatur im Murchison-Meteoriten zeigt, dass sie sich eher in einer Umgebung mit flüssigem Wasser und relativ milden Temperaturen gebildet haben. Solche Bedingungen können auf dem Mutterkörper des Meteoriten herrschen und ähneln der Umgebung auf der frühen Erde.
McIntosh weist darauf hin, dass Aminosäuren von entscheidender Bedeutung sind, da sich die Wissenschaft im Allgemeinen darüber einig ist, dass sie eine zentrale Rolle bei der Entstehung des Lebens auf der Erde gespielt haben. Diese Studie ergab, dass sich die Isotopenmuster der Aminosäuren in der „Bennu“-Probe völlig von denen im Murchison-Meteoriten unterscheiden, was darauf hindeutet, dass ihre Ausgangsobjekte wahrscheinlich in Regionen des Sonnensystems mit stark unterschiedlichen chemischen Umgebungen entstanden sind. Dies bestärkt die Vorstellung weiter, dass es im frühen Sonnensystem eine Vielzahl unterschiedlicher chemischer „ökologischer Nischen“ gab, die eine vielfältige Bühne für die Erzeugung von Rohstoffen für das Leben darstellten.
Die Forschung wirft auch neue Rätsel auf. Aminosäuremoleküle liegen normalerweise in zwei „chiralen“ Formen vor, die Spiegelbilder voneinander sind, ähnlich der linken und rechten Hand des Menschen. Es wurde angenommen, dass die beiden spiegelbildlichen Moleküle isotopenähnliche Eigenschaften aufweisen würden. Bei dieser Analyse gab es jedoch einen signifikanten Unterschied in der Stickstoffisotopenzusammensetzung der linken und rechten chiralen Form einer Aminosäure namens Glutaminsäure in der „Bennu“-Probe. Warum hinterlassen Moleküle, die chemisch nahezu identisch sind und nur in der räumlichen Konfiguration Spiegelbilder sind, so unterschiedliche Isotopen-„Signaturen“? Auf diese Frage gibt es derzeit keine Antwort.
Wissenschaftler glauben, dass das Verständnis der Gründe für diesen Unterschied uns ein neues Fenster zum Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Lebensbausteinen im gesamten Sonnensystem öffnen könnte. Bachinsky gab zu, dass es derzeit „mehr Fragen als Antworten“ gebe und das Team plant, weiterhin mehr Meteoritenproben aus verschiedenen Quellen zu analysieren, um zu testen, ob ihre Aminosäuren ähnliche Unterschiede wie die von Murchison und „Bennu“ aufweisen oder ob sie vielfältigere Entstehungswege und Umgebungen zeigen werden.
Diese Forschung wurde durch mehrere Programme finanziert, darunter das New Frontiers Program der NASA (das die OSIRIS-REx-Mission finanzierte), und wurde durch entsprechende wissenschaftliche Forschungskooperationsprojekte am Goddard Space Flight Center der NASA und das CRESST II-Partnerschaftsprogramm finanziert. Zu den Mitarbeitern gehören auch Wissenschaftler der Goddard Solar System Exploration Division der NASA sowie Forscher der Rowan University, des American Museum of Natural History und des Lunar and Planetary Laboratory der University of Arizona, darunter OSIRIS-REx-Hauptforscher Dante S. Lauretta.
Insgesamt zeigen die „Bennu“-Staubproben ein „toleranteres“ Universum als gedacht: Tief im kalten und strahlungsreichen Raum fernab des Sterns können auch die Bausteine des Lebens still und leise entstehen. Dieses Verständnis erweitert nicht nur die Vorstellungskraft der Menschheit über die Möglichkeit außerirdischen Lebens, sondern fügt auch eine neue Perspektive auf die grundlegende Frage hinzu: „Wo kommen wir her?“