Bildnachweis: Universität von Arizona
Wissenschaftler der Universität von Arizona haben entdeckt, dass Meteoriten, insbesondere Eisenmeteoriten, für die Entwicklung des Lebens auf der Erde von entscheidender Bedeutung gewesen sein könnten.
Ihre Forschung zeigt, dass Meteoriten leicht mehr Phosphor hätten liefern können, als auf der Erde natürlich vorkommt - genug Phosphor, um Biomoleküle hervorzubringen, die sich schließlich zu lebenden, replizierenden Organismen zusammensetzen.
Phosphor spielt eine zentrale Rolle im Leben. Es bildet das Rückgrat von DNA und RNA, da es die genetischen Basen dieser Moleküle zu langen Ketten verbindet. Es ist wichtig für den Stoffwechsel, da es mit dem Grundbrennstoff des Lebens, Adenosintriphosphat (ATP), der Energie, die Wachstum und Bewegung antreibt, verbunden ist. Und Phosphor gehört zur lebendigen Architektur? Es ist in den Phospholipiden, die Zellwände bilden, und in den Knochen von Wirbeltieren.
"In Bezug auf die Masse ist Phosphor nach Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff das fünftwichtigste biologische Element", sagte Matthew A. Pasek, Doktorand in der Abteilung für Planetenwissenschaften der UA und im Lunar and Planetary Laboratory.
Aber woher das irdische Leben seinen Phosphor hat, sei ein Rätsel gewesen, fügte er hinzu.
Phosphor ist in der Natur viel seltener als Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff.
Pasek zitiert neuere Studien, die zeigen, dass es ungefähr ein Phosphoratom pro 2,8 Millionen Wasserstoffatome im Kosmos, alle 49 Millionen Wasserstoffatome in den Ozeanen und alle 203 Wasserstoffatome in Bakterien gibt. In ähnlicher Weise gibt es ein einziges Phosphoratom pro 1.400 Sauerstoffatome im Kosmos, alle 25 Millionen Sauerstoffatome in den Ozeanen und 72 Sauerstoffatome in Bakterien. Die Zahlen für Kohlenstoffatome bzw. Stickstoffatome pro einzelnem Phosphoratom betragen 680 und 230 im Kosmos, 974 und 633 in den Ozeanen und 116 und 15 in Bakterien.
"Da Phosphor in der Umwelt viel seltener ist als im Leben, gibt das Verständnis des Verhaltens von Phosphor auf der frühen Erde Hinweise auf die Entstehung des Lebens", sagte Pasek.
Die häufigste terrestrische Form des Elements ist ein Mineral namens Apatit. Apatit setzt beim Mischen mit Wasser nur sehr geringe Mengen Phosphat frei. Wissenschaftler haben versucht, Apatit auf hohe Temperaturen zu erhitzen, indem sie ihn mit verschiedenen seltsamen, superenergetischen Verbindungen kombinierten und sogar mit auf der Erde unbekannten Phosphorverbindungen experimentierten. Diese Forschung hat nicht erklärt, woher der Phosphor des Lebens kommt, bemerkte Pasek.
Pasek begann mit Dante Lauretta, UA-Assistenzprofessor für Planetenwissenschaften, an der Idee zu arbeiten, dass Meteoriten die Quelle des Phosphors lebender Erde sind. Die Arbeit wurde von Laurettas früheren Experimenten inspiriert, die zeigten, dass sich Phosphor an Metalloberflächen konzentrierte, die im frühen Sonnensystem korrodierten.
"Dieser natürliche Mechanismus der Phosphorkonzentration in Gegenwart eines bekannten organischen Katalysators (wie Metall auf Eisenbasis) ließ mich glauben, dass die wässrige Korrosion meteoritischer Mineralien zur Bildung wichtiger phosphortragender Biomoleküle führen könnte", sagte Lauretta.
"Meteoriten haben verschiedene Mineralien, die Phosphor enthalten", sagte Pasek. "Das wichtigste, mit dem wir zuletzt gearbeitet haben, ist Eisen-Nickel-Phosphid, bekannt als Schreibersit."
Schreibersit ist eine metallische Verbindung, die auf der Erde äußerst selten ist. Aber es ist allgegenwärtig in Meteoriten, insbesondere Eisenmeteoriten, die mit Schreibersitkörnern gespickt oder mit rosa gefärbten Schreibersitvenen zersplittert sind.
Im April letzten Jahres mischten Pasek, UA-Studentin Virginia Smith, und Lauretta Schreibersite mit frischem, entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur. Anschließend analysierten sie das flüssige Gemisch mittels NMR und Kernspinresonanz.
"Wir haben gesehen, wie eine ganze Reihe verschiedener Phosphorverbindungen gebildet wurden", sagte Pasek. "Eine der interessantesten, die wir gefunden haben, war P2-O7 (zwei Phorphoratome mit sieben Sauerstoffatomen), eine der biochemisch nützlicheren Formen von Phosphat, ähnlich wie in ATP."
Frühere Experimente haben P2-07 gebildet, jedoch bei hoher Temperatur oder unter anderen extremen Bedingungen, nicht durch einfaches Auflösen eines Minerals in Wasser mit Raumtemperatur, sagte Pasek.
"Dies ermöglicht es uns, etwas einzuschränken, wo die Ursprünge des Lebens aufgetreten sein könnten", sagte er. „Wenn Sie ein Leben auf Phosphatbasis haben wollen, müsste es wahrscheinlich in der Nähe einer Süßwasserregion auftreten, in der kürzlich ein Meteorit gefallen ist. Wir können vielleicht so weit gehen, um zu sagen, dass es ein Eisenmeteorit war. Eisenmeteoriten haben etwa 10 bis 100 Mal so viel Schreibersit wie andere Meteoriten.
„Ich denke, Meteoriten waren aufgrund einiger Mineralien, insbesondere der P2-07-Verbindung, die in ATP, bei der Photosynthese, bei der Bildung neuer Phosphatbindungen mit organischen Stoffen (kohlenstoffhaltige Verbindungen) und in eine Vielzahl anderer biochemischer Prozesse “, sagte Pasek.
"Ich denke, einer der aufregendsten Aspekte dieser Entdeckung ist die Tatsache, dass sich Eisenmeteoriten durch den Prozess der planetesimalen Differenzierung bilden", sagte Lauretta. Das heißt, die Bausteine von Planeten, Planestesmals genannt, bilden sowohl einen metallischen Kern als auch einen Silikatmantel. Eisenmeteoriten repräsentieren den metallischen Kern, und andere Arten von Meteoriten, Achondriten genannt, repräsentieren den Mantel.
"Niemand hat jemals realisiert, dass eine solch kritische Phase in der planetaren Evolution mit dem Ursprung des Lebens verbunden sein kann", fügte er hinzu. „Dieses Ergebnis schränkt ein, wo in unserem Sonnensystem und anderen das Leben entstehen könnte. Es erfordert einen Asteroidengürtel, in dem Planetesimale zu einer kritischen Größe wachsen können? rund 500 Kilometer im Durchmesser? und ein Mechanismus, um diese Körper zu zerstören und an das innere Sonnensystem abzugeben. “
Jupiter treibt die Lieferung von Planetesimalen an unser inneres Sonnensystem voran, sagte Lauretta, wodurch die Wahrscheinlichkeit begrenzt wird, dass Planeten und Monde des äußeren Sonnensystems mit den reaktiven Formen von Phosphor versorgt werden, die von Biomolekülen verwendet werden, die für das Leben auf der Erde wesentlich sind.
Solarsysteme, denen ein Jupiter-großes Objekt fehlt, das mineralstoffreiche Asteroiden nach innen in Richtung terrestrischer Planeten stören kann, haben ebenfalls schlechte Aussichten für die Entwicklung des Lebens, fügte Lauretta hinzu.
Pasek spricht heute (24. August) auf dem 228. Nationalen Treffen der American Chemical Society in Philadelphia über die Forschung. Die Arbeit wird vom NASA-Programm Astrobiology: Exobiology and Evolutionary Biology finanziert.
Originalquelle: UA-Pressemitteilung
