Supernova Rest N 63A. Bildnachweis: Hubble Zum Vergrößern anklicken
Das Leben auf der Erde wurde durch den Tod der Sterne ermöglicht. Atome wie Kohlenstoff und Sauerstoff wurden in den letzten sterbenden Atemzügen der Sterne ausgestoßen, nachdem ihre endgültige Versorgung mit Wasserstoffbrennstoff aufgebraucht war.
Wie dieses Sternenmaterial zusammenkam, um Leben zu formen, ist immer noch ein Rätsel, aber Wissenschaftler wissen, dass bestimmte Atomkombinationen notwendig waren. Wasser - zwei Wasserstoffatome, die mit einem Sauerstoffatom verbunden sind - war für die Entwicklung des Lebens auf der Erde von entscheidender Bedeutung. Daher suchen NASA-Missionen jetzt auf anderen Welten nach Wasser in der Hoffnung, anderswo Leben zu finden. Organische Moleküle, die hauptsächlich aus Kohlenstoffatomen bestehen, werden ebenfalls als wichtig angesehen, da alles Leben auf der Erde auf Kohlenstoff basiert.
Die populärsten Theorien über den Ursprung des Lebens besagen, dass die notwendige Chemie an hydrothermalen Quellen am Meeresboden oder in einem sonnenbeschienenen flachen Becken auftrat. Entdeckungen in den letzten Jahren haben jedoch gezeigt, dass sich viele der Grundmaterialien für das Leben in den kalten Tiefen des Weltraums bilden, wo das Leben, wie wir es kennen, nicht möglich ist.
Nachdem sterbende Sterne Kohlenstoff ausgestoßen haben, verbinden sich einige der Kohlenstoffatome mit Wasserstoff zu polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK). PAK - eine Art Kohlenstoffruß, der den verbrannten Teilen von verbranntem Toast ähnelt - sind die am häufigsten vorkommenden organischen Verbindungen im Weltraum und ein Hauptbestandteil von kohlenstoffhaltigen Chondrit-Meteoriten. Obwohl PAK in lebenden Zellen nicht gefunden werden, können sie in Chinone umgewandelt werden, Moleküle, die an zellulären Energieprozessen beteiligt sind. Zum Beispiel spielen Chinone eine wesentliche Rolle bei der Photosynthese und helfen Pflanzen, Licht in chemische Energie umzuwandeln.
Die Umwandlung von PAK erfolgt in interstellaren Wolken aus Eis und Staub. Nach dem Schweben durch den Weltraum kondensiert PAK-Ruß schließlich in diesen „dichten Molekülwolken“. Das Material in diesen Wolken blockiert einen Teil, aber nicht die gesamte harte Strahlung des Weltraums. Die Strahlung, die durchfiltert, verändert die PAK und anderes Material in den Wolken.
Infrarot- und Radioteleskopbeobachtungen der Wolken haben die PAK sowie Fettsäuren, einfache Zucker, schwache Mengen der Aminosäure Glycin und über 100 andere Moleküle, einschließlich Wasser, Kohlenmonoxid, Ammoniak, Formaldehyd und Cyanwasserstoff, nachgewiesen.
Die Wolken wurden nie direkt abgetastet - sie sind zu weit entfernt -, um zu bestätigen, was chemisch in den Wolken vor sich geht. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Max Bernstein und Scott Sandford vom Astrochemistry Laboratory im Ames Research Center der NASA hat Experimente zur Nachahmung durchgeführt die Wolkenbedingungen.
In einem Experiment wird ein PAK / Wasser-Gemisch auf Salz aufgedampft und dann mit ultravioletter (UV) Strahlung beschossen. Auf diese Weise können die Forscher beobachten, wie sich das PAK-Grundgerüst in Chinone verwandelt. Durch Bestrahlung einer gefrorenen Mischung aus Wasser, Ammoniak, Cyanwasserstoff und Methanol (eine Vorläuferchemikalie für Formaldehyd) entstehen die Aminosäuren Glycin, Alanin und Serin - die drei am häufigsten vorkommenden Aminosäuren in lebenden Systemen.
Wissenschaftler haben primitive organische zellähnliche Strukturen oder Vesikel geschaffen.
Da UV nicht die einzige Art von Strahlung im Weltraum ist, haben die Forscher auch einen Van-de-Graaff-Generator verwendet, um die PAK mit Mega-Elektronenvolt (MeV) -Protonen zu bombardieren, die ähnliche Energien wie kosmische Strahlung haben. Die MeV-Ergebnisse für die PAK waren ähnlich, jedoch nicht identisch mit dem UV-Beschuss. Eine MeV-Studie für die Aminosäuren wurde noch nicht durchgeführt.
Diese Experimente legen nahe, dass UV- und andere Strahlungsformen die Energie liefern, die erforderlich ist, um chemische Bindungen bei niedrigen Temperaturen und Drücken der dichten Wolken aufzubrechen. Da die Atome immer noch im Eis eingeschlossen sind, fliegen die Moleküle nicht auseinander, sondern rekombinieren zu komplexeren Strukturen.
In einem anderen von Jason Dworkin durchgeführten Experiment wurde eine gefrorene Mischung aus Wasser, Methanol, Ammoniak und Kohlenmonoxid UV-Strahlung ausgesetzt. Diese Kombination ergab organisches Material, das beim Eintauchen in Wasser Blasen bildete. Diese Blasen erinnern an Zellmembranen, die die Chemie des Lebens einschließen, konzentrieren und von der Außenwelt trennen.
Die in diesem Experiment erzeugten Blasen waren zwischen 10 und 40 Mikrometer oder ungefähr so groß wie rote Blutkörperchen. Bemerkenswerterweise fluoreszierten oder glühten die Blasen, wenn sie UV-Licht ausgesetzt wurden. Das Absorbieren von UV und dessen Umwandlung in sichtbares Licht auf diese Weise könnte einer primitiven Zelle Energie liefern. Wenn solche Blasen eine Rolle bei der Entstehung des Lebens spielten, könnte die Fluoreszenz ein Vorläufer der Photosynthese gewesen sein.
Die Fluoreszenz könnte auch als Sonnenschutzmittel wirken und Schäden zerstreuen, die sonst durch UV-Strahlung verursacht würden. Eine solche Schutzfunktion wäre für das Leben auf der frühen Erde von entscheidender Bedeutung gewesen, da sich die Ozonschicht, die die zerstörerischsten UV-Strahlen der Sonne abhält, erst nach dem Beginn der Sauerstoffproduktion durch das photosynthetische Leben gebildet hat.
Von den Weltraumwolken zu den Samen des Lebens
Dichte Molekülwolken im Weltraum kollabieren schließlich durch Gravitation und bilden neue Sterne. Ein Teil des übrig gebliebenen Staubes verklumpt später zu Asteroiden und Kometen, und einige dieser Asteroiden verklumpen zu Planetenkernen. Auf unserem Planeten entstand das Leben dann aus allen Grundmaterialien.
Die großen Moleküle, die zum Aufbau lebender Zellen notwendig sind, sind:
* Proteine
* Kohlenhydrate (Zucker)
* Lipide (Fette)
* Nukleinsäuren
Es wurde festgestellt, dass Meteoriten Aminosäuren (die Bausteine von Proteinen), Zucker, Fettsäuren (die Bausteine von Lipiden) und Nukleinsäurebasen enthalten. Der Murchison-Meteorit enthält beispielsweise Ketten von Fettsäuren, verschiedene Zuckertypen, alle fünf Nukleinsäurebasen und mehr als 70 verschiedene Aminosäuren (im Leben werden 20 Aminosäuren verwendet, von denen sich nur sechs im Murchison-Meteoriten befinden).
Da solche kohlenstoffhaltigen Meteoriten im Allgemeinen eine einheitliche Zusammensetzung haben, wird angenommen, dass sie für die ursprüngliche Staubwolke repräsentativ sind, aus der die Sonne und das Sonnensystem geboren wurden. Es scheint also, dass am Anfang fast alles vorhanden war, was für das Leben benötigt wurde, und Meteoriten und Kometen liefern diese Materialien dann im Laufe der Zeit neu an die Planeten.
Wenn dies zutrifft und molekulare Staubwolken in der gesamten Galaxie chemisch ähnlich sind, sollten die Zutaten für das Leben weit verbreitet sein.
Der Nachteil der abiotischen Produktion der lebenslangen Inhaltsstoffe besteht darin, dass keiner von ihnen als „Biomarker“ verwendet werden kann, ein Indikator dafür, dass das Leben in einer bestimmten Umgebung existiert.
Max Bernstein verweist auf den Alan Hills-Meteoriten 84001 als Beispiel für Biomarker, die keinen Lebensnachweis lieferten. 1996 gaben Dave McKay vom Johnson Space Center der NASA und seine Kollegen bekannt, dass dieser Marsmeteorit vier mögliche Biomarker enthält. ALH84001 hatte Kohlenstoffkügelchen, die PAK enthielten, eine Mineralverteilung, die auf biologische Chemie hindeutet, Magnetitkristalle, die denen von Bakterien ähneln, und bakterienähnliche Formen. Während jeder für sich genommen kein Beweis für das Leben war, schienen die vier zusammen überzeugend.
Nach der Ankündigung von McKay fanden nachfolgende Studien heraus, dass jeder dieser sogenannten Biomarker auch mit nicht lebenden Mitteln hergestellt werden kann. Die meisten Wissenschaftler neigen daher heute zu der Annahme, dass der Meteorit kein versteinertes außerirdisches Leben enthält.
"Sobald sie das Ergebnis hatten, haben die Leute nach ihnen geschossen, weil es so funktioniert", sagt Bernstein. "Unsere Chancen, keinen Fehler zu machen, wenn wir einen Biomarker auf dem Mars oder auf Europa entwickeln, sind viel besser, wenn wir bereits das Gleiche getan haben, was diese Leute getan haben, nachdem McKay et al. Ihren Artikel veröffentlicht haben."
Bernstein sagt, dass Wissenschaftler durch die Simulation von Bedingungen auf anderen Planeten herausfinden können, was dort chemisch und geologisch geschehen soll. Wenn wir dann einen Planeten besuchen, können wir sehen, wie genau die Realität mit den Vorhersagen übereinstimmt. Wenn es irgendetwas auf dem Planeten gibt, das wir nicht erwartet hatten, könnte dies ein Hinweis darauf sein, dass Lebensprozesse das Bild verändert haben.
"Was Sie auf dem Mars oder auf Europa haben, ist Material, das geliefert wurde", sagt Bernstein. „Außerdem haben Sie alles, was sich später unter den gegebenen Bedingungen gebildet hat. Um nach dem Leben zu suchen, müssen Sie sich die Moleküle ansehen, die sich dort befinden, und die Chemie berücksichtigen, die im Laufe der Zeit aufgetreten sein kann. “
Bernstein glaubt, dass Chiralität oder die „Händigkeit“ eines Moleküls ein Biomarker für andere Welten sein könnte. Biologische Moleküle kommen oft in zwei Formen vor, die zwar chemisch identisch sind, jedoch entgegengesetzte Formen haben: eine „linkshändige“ und ihr Spiegelbild eine „rechtshändige“. Die Händigkeit eines Moleküls hängt davon ab, wie sich die Atome verbinden. Während die Händigkeit in der Natur gleichmäßig verteilt ist, haben lebende Systeme auf der Erde in den meisten Fällen linkshändige Aminosäuren und rechtshändige Zucker. Wenn Moleküle auf anderen Planeten eine andere Präferenz für Händigkeit zeigen, sagt Bernstein, könnte dies ein Hinweis auf fremdes Leben sein.
„Wenn Sie zum Mars oder nach Europa gegangen wären und eine Tendenz gesehen hätten, bei der Zucker oder Aminosäuren unsere Chiralität haben, würden die Leute einfach vermuten, dass es sich um eine Kontamination handelt“, sagt Bernstein. "Aber wenn Sie eine Aminosäure mit einer Neigung nach rechts sehen würden, oder wenn Sie einen Zucker sehen würden, der eine Neigung nach links hat - mit anderen Worten, nicht unsere Form -, wäre das wirklich überzeugend."
Bernstein stellt jedoch fest, dass die in Meteoriten gefundenen chiralen Formen das widerspiegeln, was auf der Erde zu sehen ist: Meteoriten enthalten linkshändige Aminosäuren und rechtshändige Zucker. Wenn Meteoriten die Vorlage für das Leben auf der Erde darstellen, kann das Leben an anderer Stelle im Sonnensystem dieselbe Tendenz in Bezug auf Händigkeit widerspiegeln. Daher kann etwas mehr als Chiralität als Beweis für das Leben erforderlich sein. Bernstein sagt, dass das Auffinden von Molekülketten, "wie ein paar miteinander verbundene Aminosäuren", auch ein Beweis für das Leben sein könnte, "weil wir in Meteoriten dazu neigen, nur einzelne Moleküle zu sehen."
Ursprüngliche Quelle: NASA Astrobiology
