Wie süß ist die Milchstraße? Astrochemiker hilft herauszufinden

Der Astrochemiker Ryan Fortenberry, außerordentlicher Professor für Chemie und Biochemie an der UM, arbeitete mit Ralf Kaiser von der University of Hawaii at Mānoa zusammen, um die Entstehung einer einfachen Zuckersäure unter weltraumähnlichen Bedingungen zu untersuchen. Dieses Molekül, Glycerinsäure, gilt als „Baustein“ des Lebens. Die Zeitschrift Physik in unserer Zeit kürzlich veröffentlicht ihre Forschung.

„Dies ist eine grundlegende Frage darüber, wo das Leben seinen Ursprung hat“, sagte Fortenberry. „Woher kommen wir?“

„Die Entdeckung dieses Moleküls … zeigt uns, wie wir von der Entstehung der Atome im Kern der Sterne zu komplexen Biomolekülen gelangen können, die es uns ermöglichen, das Universum selbst zu betrachten.“

Glycerinsäure ist eine der einfachsten Zuckersäuren und spielt eine entscheidende Rolle im Stoffwechsel lebender Organismen auf der Erde. Obwohl Säuren wie Essig normalerweise sauer und Zucker süß sind, kann Glycerinsäure je nach Zustand beides sein, sagte Fortenberry.

Unabhängig davon, wie das Molekül schmeckt, füllt seine Entstehung eine wichtige Lücke in unserem Verständnis der Entstehung des Lebens, sagte der Forscher von der Ole Miss University. Die Lücke besteht zwischen kleinen Molekülen – wie sie in der präbiotischen Chemie untersucht werden, der Untersuchung chemischer Reaktionen, die intelligentem Leben vorausgingen und zwischen vier und 14 Atomen bestehen – und großen Molekülen, die bis zu 4.000 Atome haben können.

„In der Astrochemie gibt es eine große Diskrepanz zwischen dem, was wir präbiotische Chemie nennen, und der Biochemie“, sagte er. „Was wir aus der Biochemie wissen, ist, dass, wenn wir diese kleinen Biomoleküle, diese kleinen präbiotischen Moleküle, herstellen können, sie sich zu diesen großen Biochemikalien zusammenfügen.“

Hier kommt Glycerinsäure ins Spiel. Sie ist eine der Zwischenchemikalien – weder groß noch klein – die zeigt, dass sich präbiotische Moleküle zu Biochemikalien verbinden können, sagte er.

„Es ist, als wären die präbiotischen Moleküle die Stöcke, Blätter und Tannenzapfen und die biochemischen Moleküle der Baum“, sagte er. „Wir haben die Teile. Wie setzen wir die Teile zusammen?“

„Um die Analogie fortzusetzen: Dieses Molekül ist ein Ast. Es hat Blätter. Es hat Stöcke. Es trägt Tannenzapfen. Es ist kein Baum, aber es ist ein Ast, und wir können die Äste nehmen, sie zusammenfügen und einen Baum daraus machen.“

Das Verständnis, dass sich Glycerinsäure im Weltraum bilden kann, sei ein Schlüssel zur Lösung des Rätsels um die Ursprünge des Lebens auf der Erde, sagte er. Wenn sich Glycerinsäure in Gaswolken im Weltraum bilden kann – zum Beispiel in Sagittarius B2, einer großen Wolke im Zentrum der Erdgalaxie –, dann könnten die für das Leben wesentlichen Moleküle im Weltraum häufiger vorkommen als bisher angenommen.

„Die Studie legt nahe, dass Moleküle wie Glycerinsäure in Molekülwolken und möglicherweise in Sternentstehungsgebieten synthetisiert worden sein könnten, bevor sie durch Kometen oder Meteoriten auf die Erde gelangten und so zu den Bausteinen des Lebens beitrugen“, sagte Kaiser. „Das Verständnis, wie sich diese Moleküle im Weltraum bilden, ist entscheidend, um die Geheimnisse der Ursprünge des Lebens zu entschlüsseln.“

Das könnte bedeuten, dass die Bedingungen für die Lebensbildung auf der Erde möglicherweise keine Anomalie darstellen, sondern wahrscheinlicher sind als bislang angenommen.

„Jedes Atom in unserem Körper, das nicht aus Wasserstoff besteht – jedes einzelne Atom in Ihrem Körper, meinem, diesem Tisch, dem ganzen Planeten – alles, was nicht aus Wasserstoff besteht, wurde irgendwann in den letzten 13 Milliarden Jahren in einem Stern gebildet“, sagte er. „Diese Atome wurden zu Molekülen, und wir wissen nicht genau, wie es weitergeht, aber letztendlich entstanden große Moleküle.“

„Diese Moleküle bildeten Zellen, und diese Zellen bildeten Gewebe, und diese Gewebe bildeten Organe, und diese Organe bildeten Organismen. Dieses Molekül (Glycerinsäure) ist wichtig, weil es eine dieser Stufen auf der Leiter ist.“