🧬 Die Moleküle des Lebens könnten sich bereits vor den Planeten gebildet haben
Um die lebensfeindlichen Bedingungen des interstellaren Mediums zu simulieren, kühlten die Wissenschaftler Glycin, eine einfache Aminosäure, auf extrem niedrige Temperaturen von etwa -260°C ab. Sie setzten diese gefrorene Probe dann einem Beschuss mit energiereichen Protonen aus, der die Wirkung der kosmischen Strahlung nachahmt. Dieses Laborexperiment ermöglichte die Beobachtung der Entstehung von Glycylglycin, der kleinstmöglichen Peptidkette.
Im Gegensatz zu bisherigen Annahmen benötigt diese chemische Reaktion kein flüssiges Wasser. Tatsächlich reicht die von ionisierender Strahlung eingebrachte Energie aus, um Bindungen zwischen den Aminosäuren zu brechen und neu zu formen, selbst in einer so kalten und unwirtlichen Umgebung. Folglich wirken die kosmischen Strahlen wie ein echter Motor, um komplexere Moleküle zusammenzusetzen.
Diese Entdeckungen erweitern die Orte, an denen die Vorläufer des Lebens entstehen können, erheblich. Beispielsweise könnten die Gas- und Staubwolken, aus denen Sterne und Planeten entstehen, bereits diese Peptide enthalten. Wenn sich dieses Material dann zu einem Sternsystem zusammenballt, lagern sich diese essentiellen Moleküle auf den Planetenoberflächen ab.
Wenn ein Gesteinsplanet flüssiges Wasser besitzt, könnten diese aus dem Weltraum stammenden molekularen Bausteine dann an der Entstehung von Leben mitwirken. Dennoch bleibt der Übergang von Peptiden zu den ersten lebenden Zellen ein Prozess, den die Wissenschaft noch zu entschlüsseln versucht.
Neben Glycylglycin führte das Experiment auch zur Bildung von normalem Wasser und schwerem Wasser sowie anderen komplexen organischen Molekülen. Laut Sergio Ioppolo, Forscher an der Universität Aarhus, zeigt diese Vielfalt, dass aktive chemische Prozesse stattfinden, lange bevor sich Sterne bilden, in interstellaren Wolken, die man für inaktiv hielt.
Die in Nature Astronomy veröffentlichte Studie eröffnet neue Wege zum Verständnis der Verteilung der Bausteine des Lebens im Universum. Die nächsten Schritte bestehen darin, zu überprüfen, ob auch andere, längere Peptide nach demselben Mechanismus im Weltraum gebildet werden können.
Kosmische Strahlung als Handwerker der Weltraumchemie
Im interstellaren Vakuum sind die Temperaturen so niedrig, dass die meisten chemischen Reaktionen normalerweise unmöglich sind. Dennoch durchdringen hochenergetische Strahlen, sogenannte kosmische Strahlung, ständig den Weltraum. Diese geladenen Teilchen, oft auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigte Protonen, interagieren mit der Materie, auf die sie treffen.
Wenn ein kosmischer Strahl ein vereistes Staubkorn trifft, überträgt er einen Teil seiner Energie auf die im Eis eingeschlossenen Moleküle. Diese Energie kann bestehende chemische Bindungen brechen und so hochreaktive Atome und molekulare Fragmente freisetzen. Diese instabilen chemischen Spezies suchen dann schnell nach anderen Atomen oder Molekülen, um sich zu binden und einen stabileren Zustand zu erreichen.
Im Fall von Aminosäuren wie Glycin ermöglicht diese durch die Strahlung verursachte Erregung, dass sich zwei Moleküle annähern und eine Peptidbindung bilden. Es ist diese Bindung, die Aminosäuren miteinander verbindet und Ketten bildet – die ersten Schritte hin zu Proteinen. Dieser Prozess findet statt, ohne die Wärme oder das flüssige Wasser zu benötigen, die man auf Planeten findet.
So ist der interstellare Raum, weit davon entfernt, eine chemisch tote Umgebung zu sein, Schauplatz einer aktiven, strahlungsgetriebenen Chemie. Dieser Mechanismus erklärt, wie sich immer komplexere Moleküle in der eisigen Kälte zusammensetzen können, lange bevor Sterne und Planeten entstehen.
Von der interstellaren Wolke zum bewohnbaren Planeten
Riesige Molekülwolken, bestehend aus Gas und Staub, sind die Geburtsstätten der Sterne. Unter dem Einfluss der Schwerkraft kollabieren einige Regionen dieser Wolken und bilden eine sich drehende protoplanetare Scheibe um einen jungen Stern. Die gesamte Materie der Wolke, einschließlich der auf den Eiskörnern gebildeten organischen Moleküle, wird in diese Scheibe eingebaut.
Innerhalb dieser Scheibe verklumpen Staub und Eis zu immer größeren Körpern: Steinen, Planetesimalen und schließlich Planeten. Die komplexen Moleküle wie Peptide, die von Anfang an in der Wolke vorhanden waren, werden somit in das Baumaterial der Planeten integriert. Sie überstehen die Reise und finden sich auf der Oberfläche neu geformter Welten wieder.
Damit ein Planet als bewohnbar gilt, muss er Bedingungen aufweisen, unter denen Wasser flüssig sein kann. Die bereits existierenden Peptide und anderen organischen Moleküle liefern dann eine Art chemisches Starterkit.
Die Präsenz dieser molekularen Bausteine garantiert nicht die Entstehung von Lebens, erleichtert aber die ersten Schritte erheblich. Dieses Phänomen impliziert, dass die grundlegenden Zutaten in der Galaxie weit verbreitet sein könnten, was die Chancen erhöht, Umgebungen zu finden, die für die Entstehung von Leben jenseits der Erde förderlich sind.