Wie Wissenschaftler die Chemie des tiefen Weltraums nachahmen und den Ursprung des ersten Stoffwechsels auf der Erde entschlüsseln

Die Frage, wie das Leben auf der Erde entstanden ist, gehört zu den größten und faszinierendsten Rätseln der Wissenschaft. Lange Zeit ging man davon aus, dass die ersten Bausteine des Lebens ausschließlich auf der Erde selbst entstanden sind. Neue Forschungsergebnisse aus der Abteilung für Chemie der University of Hawaiʻi in Mānoa liefern jedoch überzeugende Belege dafür, dass wichtige molekulare Vorstufen des Lebens bereits im tiefen Weltraum gebildet wurden. Diese Entdeckungen verändern unser Verständnis von der Entstehung des Lebens grundlegend und könnten auch Hinweise darauf geben, wie Leben anderswo im Universum beginnen könnte.Im Fokus der Studie steht die Untersuchung von Organischen Säuren, die eine zentrale Rolle im sogenannten Krebs-Zyklus spielen.

Der Krebs-Zyklus ist ein fundamentales Stoffwechselverfahren, das beinahe alle lebenden Organismen nutzen, um Nährstoffe in Energie umzuwandeln. Bislang war nicht eindeutig geklärt, wie diese komplexen Moleküle in vorbiotischen Zeiten entstehen konnten. Die neue Forschung demonstriert, dass eine komplette Reihe von Carbonsäuren, von Mono- über Di- bis zu Tricarbonsäuren, unter den Bedingungen, die in dichten interstellaren Wolken herrschen, gebildet werden kann. Diese Bedingungen sind geprägt von extrem niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, gefrorenen Gasen und einer konstanten Bestrahlung durch galaktische kosmische Strahlen.Durch die Nachahmung dieser tiefen Weltraumbedingungen in einem Labor auf der Erde, konnten die Wissenschaftler eine Umgebung schaffen, in der einfache Gase zunächst auf nahezu minus 270 Grad Celsius heruntergekühlt wurden.

Anschließend wurden sie kosmischer Strahlung ausgesetzt, um natürliche chemische Reaktionen anzustoßen. Ein allmähliches Erwärmen simulierte schließlich die Prozesse, die im Weltraum bei der Entstehung neuer Sterne auftreten. Unter diesen simulierten Bedingungen bildeten sich aus einfachen Molekülen die komplexen organischen Säuren, die für die Biochemie des Lebens unverzichtbar sind. Die Erkenntnisse wurden im renommierten Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.Besonders spannend ist, dass dieselben organischen Säuren bereits in gefundenen Meteoriten und Asteroiden wie Ryugu und Murchison nachgewiesen wurden.

Diese Himmelskörper gelten als Zeitkapseln aus der Frühzeit des Sonnensystems und dokumentieren die chemischen Bedingungen, die zur Zeit der Entstehung der Erde herrschten. Die Forschungsergebnisse legen nahe, dass die Erde mit einem „Starter-Kit“ dieser lebenswichtigen molekularen Bausteine aus dem Weltraum versorgt wurde, noch bevor eigene biologische Prozesse in Gang gesetzt wurden.Das Konzept, dass essentielle chemische Bausteine des Lebens schon im Weltraum entstanden sind, wird als eine Erweiterung der Panspermie-Hypothese verstanden. Dabei wird angenommen, dass nicht das Leben selbst, sondern dessen molekulare Voraussetzungen durch Kometen, Asteroiden und Meteoriten auf junge Planeten übertragen werden. Diese „vorgefertigten“ Moleküle ermöglichten möglicherweise erst die relativ rasche Entwicklung komplexer biologischer Stoffwechselwege auf der Erde.

Die Ergebnisse der Untersuchung tragen dazu bei, grundlegende Fragen der Astrobiologie zu beantworten. Sollte sich das frühe Leben auf unserer Erde auf im Weltraum entstandene Moleküle stützen, so bedeutet dies, dass ähnliche Prozesse auch anderswo im Universum stattfinden können, wo vergleichbare Umweltbedingungen bestehen. Dies stärkt die Hypothese, dass Leben nicht einzigartig auf der Erde ist, sondern in anderen Planetensystemen unter passenden Voraussetzungen ebenfalls entstehen könnte.Auch technisch stellt die Methode von Professor Ralf I. Kaiser und seinem Team am W.

M. Keck Research Laboratory eine innovative Errungenschaft dar. Die exakte Nachbildung interstellarer Bedingungen in einem Labor ist äußerst anspruchsvoll und erfordert die Kombination von Tiefkühltechnik, Bestrahlungssimulation und präziser Temperaturkontrolle. Die dadurch erhaltenen Daten bieten einen fundamentalen Einblick in die abiotischen chemischen Prozesse, die lange vor der Entstehung von Leben stattfanden.Die Forschungen an der University of Hawaiʻi festigen die Position des Instituts als führendes Zentrum für Astrochemie und Astrobiologie.

Für das Gebiet der Weltraumforschung bedeutet dies neue Impulse für die Suche nach Leben im Kosmos sowie für unsere Vorstellungen von der Entwicklung des Lebens auf der Erde. Die Tatsache, dass großartige Fortschritte in den Inseln Hawaiʻi gemacht werden, unterstreicht auch die globale Bedeutung regionaler Forschungseinrichtungen in der Wissenschaft.Insgesamt zeichnet sich ab, dass das Universum mehr als nur ein leerer Raum ist. Stattdessen findet dort eine faszinierende Chemie statt, die die Grundlagen des Lebens bilden kann. Die Erkenntnisse der simulierten interstellaren Chemie zeigen, dass Lebensbausteine lange vor der Geburt der Erde in den kalten, dunklen Winkeln des Alls vorhanden waren.

Diese Moleküle wurden durch kosmische Prozesse herangebildet und überliefert, um auf jungen Planeten wie der Erde biologisches Leben zu ermöglichen und zu fördern.Die Entdeckung dieser universellen, vorbiotischen Chemie bringt auch neue Perspektiven in der Erforschung von Exoplaneten und deren potenzieller Bewohnbarkeit. Werden diese lebenswichtigen organischen Stoffe durch Kometen und Asteroiden ausgeliefert, könnte sich in zahlreichen anderen Sternensystemen ähnlich wie auf der Erde Leben entwickeln. Dies öffnet Türen zu zukünftiger Forschung im Bereich der Weltraumchemie, der Planetenwissenschaften und der Suche nach außerirdischem Leben.Zudem hilft das Verständnis der chemischen Vorgänge in den Sternentstehungsgebieten, die Entwicklung von komplexen organischen Molekülen im Universum besser einzuordnen.

Da diese Moleküle in der Frühphase von Planetensystemen gebildet werden, können sie als „chemische Samen“ beschrieben werden, die später im Laufe von Millionen Jahren in lebensfreundlichen Welten zu biologischer Komplexität führen.Der Weg vom interstellaren Molekül zum lebenden Organismus ist zwar noch lang und komplex, doch die Replikation der tiefen Weltraumchemie im Labor legt den ersten Schritt auf dieser Reise offen. Professor Kaiser bringt es auf den Punkt: Die Grundzutaten für das Leben könnten buchstäblich im Weltraum gekocht worden sein. Wenn dem so ist, dann besitzt unser Universum eine noch spannendere Geschichte von Leben, Ursprung und Verbundenheit als bisher angenommen.Diese Erkenntnisse erweitern unsere Vorstellungen darüber, wie universale Prozesse in unbelebten Umgebungen zur Entstehung von Leben führen können.

Einerseits betonen sie die Bedeutung kosmischer Ereignisse für die Evolution des Lebens, andererseits ermöglichen sie einen wissenschaftlich fundierten Blick auf die „Chemie vor dem Leben“ – ein Feld, das erst in den letzten Jahrzehnten langsam an Bedeutung gewonnen hat.Der interdisziplinäre Ansatz dieser Forschung verbindet Astrochemie, Biochemie, Planetologie und Astrobiologie. Die dabei generierten Erkenntnisse fördern nicht nur das Verständnis von der Entstehung des Lebens auf der Erde, sondern stärken auch die Suche nach vergleichbaren Vorgängen und möglicherweise Lebensformen im gesamten Kosmos. Ein faszinierender Gedanke, der Überlegungen zu unserer eigenen Herkunft, aber auch zur Zukunft der menschlichen Forschung im All inspiriert.Es bleibt spannend, in welchen weiteren Studien die Vorgänge der abiotischen Entstehung organischer Moleküle aufgeklärt werden und welche neuen Geheimnisse des Universums noch entdeckt werden.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt werden die Simulationen und Experimente der University of Hawaiʻi mit großem Interesse verfolgen, um den nächsten Schritt auf der Suche nach der Antwort auf die Frage nach dem Ursprung des Lebens zu gehen.