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ASTROCHEMIE
Zutat des Lebens in Sternentstehungsgebiet
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
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2. Juni 2016

Astronomen ist es erstmals gelungen, eine Verbindung aus Phosphor und Sauerstoff in einem Sternentstehungsgebiet nachzuweisen. Das Molekül ist entscheidend zum Aufbau der Doppelhelix-Struktur der DNS. Seine Entdeckung deutet somit darauf hin, dass diese wichtige Zutat des Lebens in beträchtlichen Mengen im Universum zur Verfügung steht.

W51

Zum ersten Mal konnte jetzt das präbiotische Molekül PO in den Sternentstehungsgebieten W51 e1/e2 und W3 (OH) nachgewiesen werden. Bild: INAF /MPE /  Víctor M. Rivilla / Adam Ginsburg / Richard Wheeler [Großansicht]

Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern vom Osservatorio Astrofisico di Arcetri in Florenz, dem Zentrum für Astrobiologie in Madrid und dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik hat zum ersten Mal das präbiotische Molekül PO in Sternentstehungsgebieten nachgewiesen. Dieses Molekül spielt eine Schlüsselrolle in der Doppelhelix-Struktur der DNS, und hängt daher direkt mit der Entstehung des Lebens im Universum zusammen.

In den letzten Jahren erlaubte die neuste Teleskopgeneration den Astronomen im interstellaren Raum Moleküle nachzuweisen, die eine wichtige Rolle in der präbiotischen Chemie spielen. Diese Moleküle sind die Bausteine der ersten lebenden Organismen; ihre Erforschung kann damit Aufschluss über den Ursprung des Lebens im Universum geben.

Eines der wichtigsten Elemente für die Entwicklung des Lebens ist Phosphor (P). Chemische Verbindungen, die Phosphor enthalten, sind von wesentlicher Bedeutung für die Struktur und Energieübertragung in Zellen. Besonders wichtig ist die chemische Bindung zwischen Phosphor und Sauerstoff, PO, die für das Grundgerüst der Desoxyribonukleinsäure DNS notwendig ist - dem Makromolekül, das die generische Information lebender Organismen speichert.

"Trotz seiner astrobiologischen Relevanz konnte man bisher das PO-Molekül nicht in den Regionen nachweisen, in denen Sterne gebildet werden", erläutert Víctor M. Rivilla von der Sternwarte in Florenz. "Wir waren sehr daran interessiert, dieses Molekül in der Wiege der Sterne zu finden, denn dies würde bedeuten, dass ein Grundbaustein der DNS bereits in dem Gas enthalten ist, aus dem sich die Planeten bilden, die Leben hervorbringen könnten. Wir starteten daher ein Projekt, um gezielt nach PO in Sternentstehungsgebieten zu suchen."

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Und das mit Erfolg: Die Astronomen entdeckten zum ersten Mal das präbiotische Molekül PO in zwei Sternentstehungsregionen in unserer Galaxis, nämlich in W51 e1/e2 und W3 (OH). Die Beobachtungen wurden mit dem 30-Meter-Radioteleskop des Instituts für Radioastronomie im Millimeterbereich (IRAM) auf dem Pico Veleta in Spanien durchgeführt. Die Ergebnisse dieser jetzt vorgestellten Studie zeigen, dass die Häufigkeit von Phosphor in Sternentstehungsregionen mehr als zehnmal höher ist als bisher angenommen.

"Große organische Moleküle erhalten viel Aufmerksamkeit als Bausteine des Lebens – aber es gibt ein einfaches Molekül, das für die Gerüststruktur des genetischen Erbgutträgers DNS eine wichtige Rolle spielt: PO. Tatsächlich sind es Zucker-Phosphat-Gruppen mit PO-Bindungen, die die Wendeltreppe in der DNS zusammenhalten", erklärt Anton Vasyunin vom Zentrum für astrochemische Studien (CAS) am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik.

In der CAS-Gruppe versuchen die Wissenschaftler zu verstehen, wie sich sowohl einfache als auch komplexe Moleküle - die Bausteine des Lebens - im interstellaren Medium bilden und entwickeln. "Unsere chemischen Modelle sind entscheidend dafür, die Beobachtungen zu interpretieren; deshalb haben wir sie auf diese neue Entdeckung von PO angewendet", so Vasyunin. "Wir stellten fest, dass die Produktion von PO in der Nähe neugeborener Sterne effizienter ist, da diese die sie umgebende Wolke erwärmen. Unsere Modelle passen sehr gut zu den Beobachtungen."

Auch Paola Caselli, Direktorin des Zentrums für astrochemische Studien am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, und selbst an der Untersuchung beteiligt, zeigt isch begeistert: "Diese Entdeckung ist ein bahnbrechendes Ergebnis. Die Suche nach präbiotischen Molekülen in Sternentstehungsgebieten steckt noch in den Kinderschuhen, aber ein weiterer Baustein des Lebens wurde nun gefunden - das bringt mehr Spannung in das Feld der Astrochemie. Die Zukunft ist rosig, dank großartiger Instrumente wie den IRAM-Teleskopen oder dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), die uns heute zur Verfügung stehen."

"Diese Studie zeigt uns, dass Phosphor eine wichtige und reichlich vorhandene Zutat beim 'Kochen' von Sternen, Planeten und vielleicht auch dem Leben ist", gibt Teammitglied Francesco Fontani aus Florenz zu bedenken. Sein Kollege Maite Beltrán ergänzt: "Vor einigen Jahren entdeckten wir bereits den einfachsten Zucker, Glykolaldehyd, in einem Sternentstehungsgebiet. Zucker und Phosphorverbindungen sind die Bausteine der Doppelhelix der DNS. Deshalb helfen uns unsere Ergebnisse Schritt für Schritt zu verstehen, wie das Leben im Weltraum entstanden sein könnte.“

Der erste Nachweis der chemischen Bindung PO in Sternentstehungsgebieten hat, so die Wissenschaftler, grundlegende Implikationen für die präbiotische Chemie. "Bisher sind nur Moleküle, die Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthalten, detailliert in Sternbildungsregionen untersucht worden. Im Anschluss an unsere Entdeckung können wir nun auch anfangen, die Chemie des Phosphors im interstellaren Medium zu untersuchen, was uns wichtige Hinweise geben wird, wie die chemische Komplexität wachsen kann, um komplexere, astrobiologische Moleküle zu bilden," so Jesús Martín-Pintado vom Zentrum für Astrobiologie in Madrid.

Über ihre Untersuchung berichten die Astronomen jetzt in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erscheint.

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siehe auch
Extrasolare Planeten: Bausteine für Leben um HR 4796A? - 4. Januar 2008
Zuckermoleküle: Lebensbausteine aus dem All - 24. September 2004
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
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