Meteoriten: Elektronenmikroskop hilft bei der Suche nach dem Ursprung des Lebens

Meteoriten sind nicht nur ein ungeheures Naturschauspiel, wenn sie auf der Erde einschlagen, wie wir erst kürzlich in der Nähe von Berlin erleben durften. Sie sind zudem äußerst aufschlussreich für die Wissenschaft, denn viele Experten vermuten, dass auf diese Weise das Leben auf die Erde gelangt ist. Ein Forschungsteam hat nun den sogenannten Winchcombe-Meteoriten mithilfe eines neuartigen Detektordesigns untersucht. Das Team konnte erstmals stickstoffhaltige Verbindungen wie Aminosäuren und heterocyclische Kohlenwasserstoffe ohne chemische Behandlung in diesem Meteoriten nachweisen.

Wie ist das Leben auf der Erde entstanden?

Es sind die großen Fragen unserer Existenz, die uns interessieren: die Entstehung des Universums, der Erde und des Lebens. Existiert Leben außerhalb der Erde oder sind wir allein im Universum? Wissenschaftler untersuchen diese Fragen und finden Teillösungen. Eine Theorie besagt, dass lebenswichtige Bausteine aus dem All auf die Erde kamen. In Meteoriten fand man Nukleinbasen (Adenin, Guanin, Uracil), Aminosäuren und Kohlenwasserstoffe.

Sie bilden sich aus Cyanwasserstoff, Kohlenmonoxid und Ammoniak bei Wasseranwesenheit. Auch das Mineral Schreibersit, welches in Wasser Phosphorgruppen für die RNA-Synthese freisetzt, wurde in Meteoriten entdeckt. Diese Stoffe existieren in Staubscheiben, aus denen Planeten entstehen, wie astronomische Beobachtungen zeigen. Sie waren auch in der Wolke vorhanden, aus der vor 4,6 Milliarden Jahren das Sonnensystem entstand. Doch wie und wann kamen diese organischen Bausteine auf die Erde?

Über die Frühphase der Erde, als sie von einem Glutball zu einem Gesteinsplaneten erkaltete, gibt es kaum Überreste. Nur winzige, bis zu 4,4 Milliarden Jahre alte Zirkonkristalle deuten auf eine frühe feste Kruste hin. Damals war die Erde stärkerem Meteoritenbeschuss ausgesetzt, wie die Kraterstatistik des Mondes zeigt. Diese Meteoriten brachten wahrscheinlich Wasser und organische Moleküle auf die Erde.

Kosmische Bausteine des Lebens im Elektronenmikroskop entdeckt

Meteoriten, die Bruchstücke von Asteroiden sind, spielen vermutlich eine entscheidende Rolle bei der Entstehung des Lebens auf der Erde. Diese kosmischen Fragmente, die als Sternschnuppen auf die Erde gelangen, konservieren die ursprünglichen Bestandteile unseres Sonnensystems und erlauben Wissenschaftlern, den Ursprung unserer Materie und des Lebens zu erforschen.

Ein Beispiel hierfür ist der Winchcombe-Meteorit, den Dr. Christian Vollmer von der Universität Münster zusammen mit britischen Kollegen untersuchte. Dieses Team konnte erstmals stickstoffhaltige Verbindungen wie Aminosäuren und heterocyclische Kohlenwasserstoffe in diesem Meteoriten ohne chemische Behandlung und mit hoher Präzision identifizieren, dank eines neuartigen Detektordesigns. Ihre Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Winchcombe-Meteorit ein Glücksfall für die Wissenschaft

Der Winchcombe-Meteorit, der im Februar 2021 von einem Kameranetzwerk in England entdeckt wurde, konnte dank schneller Bergung innerhalb weniger Tage gesichert werden. Gewöhnlich findet man Meteorite in den heißen und kalten Wüsten der Welt, wo sie trotz langsamer Verwitterung in trockenem Klima durch Feuchtigkeit beeinflusst werden.

Bei einem so zeitnahen Fund und raschen Einsammeln, wie im Falle von Winchcombe, sind Meteorite wertvolle Zeugnisse für die Entstehung unseres Sonnensystems und daher von großer wissenschaftlicher Bedeutung. Dies unterstreicht Christian Vollmer, allerdings lassen sich die Bausteine des Lebens nicht so einfach in den Meteoriten identifizieren.

Aminosäuren und Kohlenwasserstoffe machen sich äußerst rar

Wie bereits geschrieben, enthalten Meteoriten Aminosäuren und Kohlenwasserstoffe, welche unabdingbar für die Entstehung von Leben sind. Normalerweise sind diese Moleküle in sehr geringen Konzentrationen vorhanden und müssen üblicherweise durch Säuren oder Lösungsmittel extrahiert und für Analysen angereichert werden.

Jetzt gelang es dem Team von Christian Vollmer, diese biologisch relevanten, stickstoffhaltigen Verbindungen im Winchcombe-Meteoriten erstmals ohne vorherige chemische Behandlung nachzuweisen. Das Forschungsteam verwendete hierfür ein fortschrittliches, hochauflösendes Elektronenmikroskop, das weltweit nur an wenigen Orten verfügbar ist.

Elektronenmikroskop entdeckt organische Verbindungen und kann sie chemisch analysieren

Das „Supermikroskop“ ermöglichte am „SuperSTEM“-Labor im englischen Daresbury die Abbildung kohlenstoffreicher Verbindungen in atomarer Auflösung. Zudem erlaubt ein innovativer Detektor die chemische Analyse dieser Proben. Christian Vollmer hebt hervor, dass das Gerät biorelevante organische Verbindungen in unbehandelten Meteoriten nachweisen kann. Dies ist ein wichtiger Fortschritt, da es zeigt, dass Lebensbausteine in kosmischen Sedimenten ohne chemische Extraktion charakterisiert werden können.

Die chemische Behandlung solcher Proben birgt das Risiko, dass die empfindlichen Stoffe verändert werden. Daher sind die am „SuperSTEM“-Labor angewandten Analysemethoden an festem Material auch für die Untersuchung kleiner, wertvoller Proben von Raummissionen bedeutend. Dies gilt zum Beispiel für Staubpartikel, die von Asteroiden durch die japanische Raumfahrtbehörde Hayabusa2 und die NASA-Mission OSIRIS-REx zur Erde zurückgebracht wurden. Oder vielleicht auch für die Meteoritenteile, die kürzlich in der Nähe von Berlin auf die Erde gelangten und teilweise bereits gefunden wurden.