Wie ist das Leben entstanden? Die Antwort auf diese Frage trifft den Kern unserer Existenz auf dem Planeten Erde.
Entstand das Leben einfach durch chemische Reaktionen zwischen organischen Verbindungen in einer Ursuppe, die zurückblieb, nachdem die Erde aus Weltraumschutt zusammengeballt war? Wenn ja, woher kamen die organischen Verbindungen?
Einige der sogenannten „Bausteine des Lebens“ waren im frühen Sonnensystem möglicherweise überraschend häufig.
Ein Team japanischer und amerikanischer Wissenschaftler unter der Leitung von Yasuhiro Oba hat Proben analysiert, die 2018 von der Hayabusa2-Mission dem Asteroiden Ryugu entnommen wurden, und Uracil gefunden, eine der fünf Schlüsselbasen der RNA- und DNA-Moleküle, die für das Leben, wie wir es kennen, von entscheidender Bedeutung sind . Ihre lernen wurde am 21. März in veröffentlicht Naturkommunikation.
Bausteine
Auf der grundlegendsten Ebene besteht die Entwicklung des Lebens darin, einfache organische Moleküle zu immer komplexeren Verbindungen zu kombinieren, die an den unzähligen Reaktionen teilnehmen können, die mit einem lebenden Organismus verbunden sind.
Es wird angenommen, dass einfache Aminosäuren als Bausteine beim Aufbau dieser komplexeren Moleküle fungieren. Aber das ist nicht nur eine einfache zufällige Kombinationsübung.
Das größte „Stück“ des menschlichen Genoms, Chromosom 1, besteht aus 249 Millionen Basenpaaren (die Sprossen auf der verdrehten Leiter des DNA-Moleküls). Jedes Basenpaar besteht aus zwei Basen: entweder Guanin und Cytosin oder Adenin und Thymin.
Der Aufbau von einfachen Basenpaar-Chemikalien zu einem vollständigen DNA-Strang ist ein gewaltiges Unterfangen. Ein DNA-Strang hat auch eine komplexe Struktur, die von Individuum zu Individuum unterschiedlich ist. Das Leben auf der Erde verwendet die Struktur der DNA, um sich den Aufbau der beteiligten Lebensform zu merken.
Neben der DNA verwendet das Leben ein Molekül namens RNA, um Proteine herzustellen und andere Aufgaben in Zellen zu erledigen. RNA besteht ebenfalls aus einer langen Reihe von Basen: Guanin, Cytosin und Adenin (wie DNA), aber anstelle von Thymin enthält sie Uracil – was in der Probe von Ryugu auftauchte.
Ryugu
Ryugu ist ein sogenannter C-Typ oder kohlenstoffhaltiger Asteroid. Dies sind die häufigsten Arten im Asteroidengürtel und machen etwa 75 % der Asteroiden aus, die wir sehen können.
Die Hayabusa2-Mission stellte fest, dass Asteroiden vom Typ C wie Ryugu die Quelle einer Art seltenen Meteoriten sind, der manchmal auf der Erde gefunden wird und als kohlenstoffhaltiger Chondrit bezeichnet wird.
Uracil und andere organische Moleküle wurden zuvor in diesen Meteoriten gefunden, aber es gab keine Möglichkeit, die Möglichkeit auszuschließen, dass einige der Moleküle terrestrischen Ursprungs waren. Die Meteoritenproben könnten hier auf der Erde kontaminiert worden sein, oder ihre Chemie könnte durch Erhitzen verändert worden sein, als sie durch die Atmosphäre fielen.
Da die Ryugu-Probe jedoch von der Oberfläche eines Asteroiden entnommen und in einem dicht verschlossenen Behälter zurückgebracht wurde, sind die Wissenschaftler zuversichtlich, dass sie frei von Kontaminationen oder Auswirkungen einer Ankunft auf der Erde ist.
Darüber hinaus zeigt das Vorhandensein dieser Aminosäuren auf Ryugu, dass selbst auf Asteroidenoberflächen, die Sonnenwind, Mikrometeoriten und kosmischer Strahlung ausgesetzt sind, organische Moleküle den Transport durch das Sonnensystem überleben können.
Eine riesige Vielfalt an verschiedenen organischen Verbindungen haben schon gefunden in Ryugu-Proben.
Viele organische Moleküle wie Aminosäuren kommen in zwei Formen vor: linkshändig und rechtshändig. Das Leben auf der Erde ist auf linkshändige Aminosäuren angewiesen, aber beide Formen sind in Ryugu-Proben gleich häufig – was darauf hindeutet, dass die auf Ryugu gefundenen Moleküle keine Lebenszeichen sind.
Das große Bild
Das Sonnensystem entstand vor etwa 4,57 Milliarden Jahren aus einer Molekülstaubwolke, die UV-Strahlung und Teilchenbeschuss von Protonen ausgesetzt war.
Die Molekülwolke enthielt einfache Moleküle wie Methan (CH₄), Wasser (H₂O) und Ammoniak (NH₃). Diese wären durch die Strahlung fragmentiert worden, und die Fragmente hätten sich wieder zu komplexeren Molekülen wie Aminosäuren zusammengesetzt.
Es wird angenommen, dass sich Asteroiden vom Typ C wie Ryugu so weit von der Sonne entfernt gebildet haben, dass das darin enthaltene Wasser und Kohlendioxid gefroren geblieben wären. Als sich die Asteroiden jedoch erwärmten und das Eis schmolz, hätte flüssiges Wasser mit den Gesteinen und Mineralien reagieren können.
Ob diese Bedingungen zur Bildung komplexerer organischer Moleküle führten, ist eine offene Frage, aber sicherlich wären diese Bedingungen für weitere Reaktionen förderlich. Darüber hinaus könnten diese Bedingungen das Überleben verschiedener Verbindungen beeinträchtigen.
Die Hayabusa2-Proben von Ryugu bieten einen neuen Kontext für das Verständnis des Ursprungs organischer Verbindungen, die möglicherweise der Beginn des Lebens auf der Erde waren. Es ist noch ein großer Schritt, diese organischen Verbindungen der frühen Erde und der Entstehung des Lebens selbst zur Verfügung zu stellen.
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