Bausteine für das Leben auf der Erde könnten sich im All geformt haben

Die Frage, wie Leben auf der Erde entstanden ist, beschäftigt viele Wissenschaftler*innen. Eine der gängigsten Theorien ist, dass es mit einem Meteoriten durchs All zur Erde gekommen ist. Nun haben Forscher*innen der Universität Jena in Deutschland zusammen mit dem Max-Planck-Institut einen neuen Hinweis gefunden.

Dabei haben sie sich auf Peptide konzentriert. In unserem Körper transportieren Peptide beispielsweise Stoffe und bilden in Zellen stabilisierende Gerüste. Sie bestehen aus Aminosäuren, die je nach Anordnungsreihenfolge die Eigenschaften der Peptide bestimmen.

Wasser spielt wichtige Rolle

Damit sich Peptide formen können, müssen spezielle Bedingungen herrschen. Bisher war daher die gängige Vermutung, dass die Peptide sich auf der Erde geformt hatten, während Aminosäuren und andere Moleküle mit Meteoriten auf die Erde gekommen sind.

In einem Experiment zeigte das Forschungs-Team nun, dass Peptide sich auch im All formen können. Wasser spielt dabei eine wichtige Rolle, erklärt Serge Krasnokutski vom Astrophysikalischen Labor des Max-Planck-Instituts für Astronomie an der Universität Jena.

Peptide aus Aminoketen

Damit ein Peptid entstehen kann, müssen sich zwei Aminosäuren verketten, indem ein Wassermolekül entfernt wird. Damit die Aminosäure Glycin entstehen kann, muss sich aber zuerst die chemische Vorstufe Aminoketen mit einem Wassermolekül verbinden.

„Vereinfacht zusammengefasst: In diesem Fall muss für den ersten Reaktionsschritt Wasser dazugegeben werden, für den zweiten muss Wasser entfernt werden“, erklärt Serge Krasnokutski vom Astrophysikalischen Labor des Max-Planck-Instituts für Astronomie an der Universität Jena in einem Statement.

So konnten die Forscher*innen nachweisen, dass dieser Reaktionsweg auch unter kosmischen Bedingungen ablaufen kann – ohne Wasser. Sie untersuchten, ob Aminoketen-Moleküle sich direkt zu Peptiden verbinden können.

Simulation einer kosmischen Wolke

Genauer wollten sie wissen, ob das in den Bedingungen in einer kosmischen molekularen Wolke möglich wäre. „Also auf Staubpartikeln im Vakuum, bei denen die entsprechenden Chemikalien anwesend sind und dort reichlich vorkommen: Kohlenstoff, Ammoniak und Kohlenstoffmonoxid“, so Krasnokutski.

Dafür nutzen die Forscher*innen eine Ultrahochvakuum-Kammer, die sie bei einem Billiardstel des normalen Luftdrucks auf -263 Grad herunterkühlten. Statt Staubpartikeln wurden Substrate genutzt, die diese simulieren. Dazu wurden Kohlenstoff, Ammoniak und Kohlenmonoxid gegeben. Unter diesen Bedingungen entstand das Peptid Polyglycin.

Quantenmechanik

„Hierbei handelt es sich also um Ketten aus der sehr einfachen Aminosäure Glycin, wobei wir verschiedene Längen beobachtet haben. Die längsten Exemplare bestanden aus 11 Einheiten der Aminosäure“, erklärt Krasnokutski das Forschungsergebnis. Zudem konnten die Wissenschaftler*innen nachweisen, dass Aminoketen wie vermutet reagieren und zu Peptiden formen können.

Obwohl Aminoketen sehr reaktiv sind, waren die Forscher*innen vom Ergebnis überrascht, da die Reaktion viel Energie braucht. Dabei könnte ein Effekt aus der Quantenmechanik die Reaktion unterstützen. „Denn in diesem speziellen Reaktionsschritt wechselt ein Wasserstoffatom seinen Platz. Dieses ist jedoch so klein, dass es als Quantenteilchen die Barriere nicht überwinden, sondern durch den Tunneleffekt gewissermaßen einfach durchqueren könnte“, sagt Krasnokutski. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachmagazin Nature Astronomy veröffentlicht