Ein internationales Team unter Leitung des spanischen Zentrums für Astrobiologie hat mit den Radioteleskopen Yebes (40 Meter) und IRAM (30 Meter) erstmals Erythrulose im interstellaren Medium nachgewiesen, und zwar in der Molekülwolke G+0.693−0.027 nahe dem galaktischen Zentrum. Dieses Monosaccharid mit vier Kohlenstoffatomen kann auf kaltem interstellarem Staub aus einfacheren Molekülen entstehen. Der Fund stützt die Annahme, dass Zucker durch Asteroiden oder Kometen auf junge Planeten gelangen könnten, beweist aber nicht, dass das irdische Leben aus dem All stammt.
Das Wichtigste
- Dies ist der erste bestätigte Zucker im interstellaren Medium und zugleich der erste dort nachgewiesene Vier-Kohlenstoff-Zucker Erythrulose.
- Das Team identifizierte 17 Übergänge in 12 Gruppen von Spektrallinien. Sechs Gruppen waren weitgehend frei von Störungen durch andere Moleküle; die geschätzte Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Übereinstimmung betrug 0,2 %.
- Erythrulose war mindestens 8- bis 17-mal häufiger als die Obergrenzen der nicht nachgewiesenen Drei-Kohlenstoff-Zucker. Interstellare Zucker entstehen demnach womöglich nicht einfach durch schrittweises Anfügen einzelner Kohlenstoffatome.
- Chemische Modelle zeigen, dass Erythrulose aus einfacheren Aldehyden und Alkoholen mit zwei Kohlenstoffatomen auf kalten interstellaren Staubkörnern entstehen kann.
- Die Studie stützt die Möglichkeit, dass Himmelskörper präbiotische Ausgangsstoffe liefern. Sie beweist jedoch nicht, dass Leben oder das irdische Leben direkt aus dem All stammt.
In einer Gas- und Staubwolke nahe dem galaktischen Zentrum, rund 8,2 Kiloparsec (etwa 26.700 Lichtjahre) von der Erde entfernt, haben Astronomen erstmals ein echtes Zuckermolekül im interstellaren Medium bestätigt. Das Team fand in der Molekülwolke G+0.693−0.027 den radiospektroskopischen Fingerabdruck von Erythrulose. Erythrulose ist eine Ketose mit vier Kohlenstoffatomen, kommt in Spuren auch in Früchten wie Himbeeren vor und wird in manchen Selbstbräunungskosmetika eingesetzt.
Wie lässt sich ein Zucker aus Zehntausenden Lichtjahren Entfernung erkennen?
Rotierende Moleküle senden oder absorbieren Radiowellen bei bestimmten Frequenzen und erzeugen dadurch einen charakteristischen spektralen Fingerabdruck. Das Team gewann mit dem 40-Meter-Teleskop des spanischen Yebes-Observatoriums und dem 30-Meter-Teleskop von IRAM ein hochempfindliches Spektrum über mehr als 91 GHz und verglich es mit Labormessungen des Rotationsspektrums von Erythrulose. In 12 Liniengruppen wurden insgesamt 17 Übergänge identifiziert. Sechs Gruppen waren weitgehend frei von Verunreinigungen durch andere Moleküle. Laut statistischer Analyse lag die Wahrscheinlichkeit, dass alle Signale zufällig an der richtigen Stelle lagen, bei etwa 0,2 %.
Die gemessene Anregungstemperatur betrug 11,3 ± 1,8 K; die Häufigkeit von Erythrulose relativ zu molekularem Wasserstoff lag bei etwa (6,4 ± 0,6) × 10⁻¹⁰. Überraschenderweise fand das Team in derselben Molekülwolke keine strukturell einfacheren Drei-Kohlenstoff-Zucker. Die geschätzte Erythrulosehäufigkeit lag mindestens um den Faktor 8 bis 17 über deren Beobachtungsobergrenzen. Diese Reihenfolge widerspricht der naheliegenden Vorstellung, Moleküle würden ausschließlich durch schrittweises Anfügen einzelner Kohlenstoffatome wachsen.
Auch kalter Staub kann komplexe Zucker erzeugen
Quantenchemische Berechnungen und astrochemische Simulationen deuten darauf hin, dass Erythrulose entstehen kann, wenn einfachere Moleküle mit zwei Kohlenstoffatomen – darunter Glykolaldehyd und Ethylenglykol – bei Temperaturen von etwa 20 bis 30 K in Eisschichten auf interstellarem Staub reagieren. Zucker müssen also nicht erst nach Sternen, Planeten oder Leben entstehen. Bereits die Molekülwolken, aus denen Sterne und Planeten hervorgehen, können eine recht komplexe abiotische Chemie beherbergen.
Was hat das mit dem Ursprung des Lebens zu tun?
Erythrulose ist weder Leben noch Ribose, der Zucker der RNA. In wässriger Umgebung können Ketosen jedoch in entsprechende Aldosen wie Threose und Erythrose übergehen. Solche Reaktionen sind für die Forschung zur Bildung früher Nukleinsäurebausteine relevant. Wenn Zucker oder ihre Vorläufer zunächst in Molekülwolken entstanden und später in Asteroiden, Kometen oder andere Kleinkörper eingebaut wurden, könnten Einschläge auf jungen Planeten Rohstoffe der präbiotischen Chemie an deren Oberfläche geliefert haben.
Aus der beobachteten Häufigkeit, dem Wassergehalt von Meteoriten und Schätzungen der insgesamt zur frühen Erde gelangten organischen Materie berechnet die Studie, dass während des späten schweren Bombardements vor etwa 4,1 bis 3,9 Milliarden Jahren ungefähr 500 Millionen bis 50 Milliarden Kilogramm Erythrulose die Erde erreicht haben könnten. Diese Größenordnungsschätzung beruht jedoch auf mehreren Annahmen; auch Stärke und Zeitraum des späten schweren Bombardements sind weiterhin umstritten. Sie darf daher nicht als direkte Messung verstanden werden.
Der eigentliche Durchbruch – und die offenen Fragen
Das zentrale Ergebnis lautet: Ein komplexer, chiraler Zucker mit vier Kohlenstoffatomen kann unter interstellaren Bedingungen abiotisch entstehen und erhalten bleiben. Das gibt Forschenden mehr Anlass, nach Zuckerarten zu suchen, die wie Ribose direkter mit RNA zusammenhängen, und die Reaktionsnetzwerke auf interstellarem Staub neu zu bewerten. Die derzeit präziseste Schlussfolgerung ist, dass das Universum einige chemische Bausteine des Lebens schon vor der Planetenbildung erzeugen kann. Ob und wie aus diesen Stoffen Leben entsteht, bleibt eine eigene, unbeantwortete Frage.