Wenn Sie jemals eine Sternschnuppe gesehen haben, haben Sie vielleicht tatsächlich einen Meteor auf seinem Weg zur Erde gesehen. Diejenigen, die hier landen, werden Meteoriten genannt und können verwendet werden, um in die Vergangenheit, in die entlegensten Ecken des Weltraums oder zu den frühesten Bausteinen des Lebens zu blicken. Heute berichten Wissenschaftler über einige der bisher detailliertesten Analysen des organischen Materials von zwei Meteoriten. Sie haben Zehntausende molekularer „Puzzleteile“ identifiziert, darunter eine größere Menge an Sauerstoffatomen als erwartet.
Die Forscher stellen ihre Ergebnisse auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society (ACS) vor. ACS Spring 2023 ist ein Hybrid-Meeting, das vom 26. bis 30. März virtuell und persönlich abgehalten wird.
Zuvor untersuchte das Team unter der Leitung von Alan Marshall, Ph.D., komplexe Mischungen organischer Materialien, die auf der Erde gefunden wurden, einschließlich Erdöl. Aber jetzt richten sie ihre Aufmerksamkeit auf den Himmel – oder die Dinge, die von ihnen gefallen sind. Ihre ultrahochauflösende Massenspektrometrie (MS)-Technik beginnt, neue Informationen über das Universum zu enthüllen und könnte letztendlich einen Einblick in den Ursprung des Lebens selbst geben.
„Diese Analyse gibt uns eine Vorstellung davon, was da draußen ist, worauf wir stoßen werden, wenn wir uns als ‚raumfahrende‘ Spezies weiterentwickeln“, sagt Joseph Frye-Jones, ein Doktorand, der die Arbeit bei dem Treffen vorstellt. Sowohl Marshall als auch Frye-Jones sind an der Florida State University und am National High Magnetic Field Laboratory.
Tausende von Meteoriten fallen jedes Jahr auf die Erde, aber nur wenige sind „kohlenstoffhaltige Chondrite“, die Kategorie von Weltraumgestein, die das meiste organische oder kohlenstoffhaltige Material enthält. Einer der berühmtesten ist der „Murchison“-Meteorit, der 1969 in Australien niederging und seitdem ausgiebig untersucht wird. Ein neuerer Eintrag ist der relativ unerforschte „Aguas Zarcas“, der 2019 in Costa Rica fiel und durch Hinterhöfe und sogar eine Hundehütte brach, als seine Teile zu Boden fielen. Durch das Verständnis der organischen Zusammensetzung dieser Meteoriten können Forscher Informationen darüber erhalten, wo und wann sich die Gesteine gebildet haben und worauf sie auf ihrer Reise durch den Weltraum gestoßen sind.
Um das komplizierte Durcheinander von Molekülen auf den Meteoriten zu verstehen, wandten sich die Wissenschaftler an MS. Diese Technik sprengt eine Probe in winzige Partikel und gibt dann im Wesentlichen die Masse jedes einzelnen an, die als Peak dargestellt wird. Durch die Analyse der Sammlung von Peaks oder des Spektrums können Wissenschaftler erfahren, was sich in der ursprünglichen Probe befand. Aber in vielen Fällen reicht die Auflösung des Spektrums nur aus, um das Vorhandensein einer bereits vermuteten Verbindung zu bestätigen, anstatt Informationen über unbekannte Komponenten zu liefern.
Hier kommt die Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz (FT-ICR)-MS ins Spiel, die auch als „ultrahochauflösende“ MS bekannt ist. Es kann unglaublich komplexe Mischungen mit sehr hoher Auflösung und Genauigkeit analysieren. Es eignet sich besonders gut für die Analyse von Mischungen wie Erdöl oder dem komplexen organischen Material, das aus einem Meteoriten extrahiert wird. „Mit diesem Instrument haben wir wirklich die Auflösung, um alles in vielen Arten von Proben zu betrachten“, sagt Frye-Jones.
Die Forscher extrahierten das organische Material aus Proben sowohl des Murchison- als auch des Aguas-Zarcas-Meteoriten und analysierten es dann mit ultrahochauflösender MS. Anstatt jeweils nur eine bestimmte Klasse von Molekülen wie Aminosäuren zu analysieren, entschieden sie sich dafür, alle löslichen organischen Materialien auf einmal zu betrachten. Dies lieferte dem Team mehr als 30.000 Peaks für jeden zu analysierenden Meteoriten, und über 60 % von ihnen konnte eine einzigartige Molekülformel gegeben werden. Laut Frye-Jones stellen diese Ergebnisse die erste Analyse dieser Art des Aguas-Zarcas-Meteoriten und die Analyse mit der höchsten Auflösung des Murchison-Meteoriten dar. Tatsächlich identifizierte dieses Team fast doppelt so viele Summenformeln wie zuvor für den älteren Meteoriten berichtet.
Nach der Bestimmung wurden die Daten anhand verschiedener Merkmale in eindeutige Gruppen sortiert, z. B. ob sie Sauerstoff oder Schwefel enthielten oder ob sie möglicherweise eine Ringstruktur oder Doppelbindungen enthielten. Sie waren überrascht, einen großen Sauerstoffgehalt unter den Verbindungen zu finden. „Sie denken nicht, dass sauerstoffhaltige organische Stoffe einen großen Teil von Meteoriten ausmachen“, erklärte Marshall.
Als nächstes werden sich die Forscher zwei weitaus wertvolleren Proben zuwenden: ein paar Gramm Mondstaub von den Missionen Apollo 12 und 14 von 1969 bzw. 1971. Diese Proben stammen aus der Zeit vor Marshalls Erfindung der FT-ICR MS in den frühen 1970er Jahren. Die Instrumentierung hat sich in den Jahrzehnten seitdem weit entwickelt und ist nun perfekt darauf vorbereitet, diese Pulver zu analysieren. Das Team wird bald ihre Ergebnisse aus den Meteoritenanalysen mit den Daten vergleichen, die sie aus den Mondproben erhalten, in der Hoffnung, mehr Informationen darüber zu erhalten, woher die Mondoberfläche stammt. „War es von Meteoriten? Sonnenstrahlung? Wir sollten bald in der Lage sein, etwas Licht ins Dunkel zu bringen“, sagt Marshall.
Mehr Informationen:
ACS Frühjahr 2023: Molekulare Charakterisierung von löslichem organischem Material aus Meteoriten durch 21T FT-ICR MS