von DIRK EIDEMÜLLER
Eine der großen Fragen, die verschiedene Zweige der Naturwissenschaft verbindet, lautet: Woher stammen die Grundbestandteile des Lebens? Zwar kennen wir heute die grundlegenden organischen Moleküle, mit denen Zellen arbeiten und aus denen sie aufgebaut sind. Aber es ist unklar, ob und welche dieser Moleküle irdischen Ursprungs sind – etwa aus Hydrothermalquellen stammen oder bei Blitzeinschlägen erzeugt worden sind – und welche aus dem All stammen, das heißt von Kometen und Planetoiden auf die junge Erde gebracht wurden. Die weitere Entwicklung ist ebenfalls nur grob bekannt: Irgendwann haben sich dann aus diesen organischen Substanzen über katalytische Prozesse selbstreproduzierende Einheiten gebildet. So entstanden schließlich die ersten Zellen, von denen alles Leben abstammt (bdw 8/2019, „Der Anfang des Lebens“).
„Eine Zuckersäure, nämlich Glycerinsäure, spielt eine entscheidende Rolle für alle Lebensformen“, sagt Ralf Ingo Kaiser. Er ist Professor für Chemie an der Universität von Hawaii. Mit seinem Team hat er untersucht, wie dieses Molekül unter den schwierigen Bedingungen im Weltall entstehen kann.
Bei einigen anderen organischen Molekülen ließ sich mittlerweile nachweisen, dass sie sich im All bilden: Wenn etwa Ultraviolettstrahlung von einem Stern auf Kometeneis trifft, in dem Kohlenstoff und weitere Elemente enthalten sind. Bei Glycerinsäure (HOCH2CH(OH)COOH) war die Lage bislang noch unklar. Dabei ist dieses Molekül besonders relevant, weil seine phosphathaltigen Derivate bei vielen lebenswichtigen Prozessen beteiligt sind, unter anderem bei der Photosynthese und beim Energiestoffwechsel. Vermutlich war dieses einfache Molekül sogar von Anfang an bei der Entstehung der ersten Lebensformen beteiligt.
„Wenn dieses Molekül in einer typischen Mischung aus Staub und Eis entsteht, wie sie im Sonnensystem vorliegt, dann ist die Synthese im All wahrscheinlich eine Quelle für diesen chemischen Grundstoff bei der Entstehung des Lebens“, führt Kaiser aus.
Extremes Experiment
Um die besonderen Bedingungen im All nachzustellen, haben die Wissenschaftler im W. M. Keck-Forschungslabor für Astrochemie an der University of Hawaii eine Hochvakuumkammer verwendet, in der ein Druck von lediglich 10–11 Millibar herrschte. Als Probe nutzten sie eine Mischung aus eiskaltem Kohlendioxid und Ethylenglykol (HOCH2CH2OH), das auch als Frostschutzmittel bekannt ist. Bei sehr tiefen Temperaturen von nur wenigen Grad über dem absoluten Temperatur-Nullpunkt finden keine gewöhnlichen chemischen Reaktionen statt. Aber die Kosmische Strahlung überträgt Energie auf die Moleküle, vor allem durch Ionisation, was chemische Prozesse auslösen kann.
