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Vor Milliarden von Jahren haben Kometen möglicherweise lebensnotwendiges Wasser auf die Oberfläche unseres Planeten gebracht, aber das ist vielleicht nicht alles, wofür wir diesen schmutzigen Schneebällen danken sollten. Forscher simulieren Kometeneinschläge, um zu sehen, ob sie helfen könnten, die Linkshändigkeit in Molekülen zu verstärken, von denen das Leben auf der Erde abhängt.

Es gibt Beweise aus Meteoritenstudien, dass Aminosäuren aus dem Weltall an die Erde abgegeben wurden.

"Es gibt Interesse daran, wie diese Bausteine ​​auf der Ur-Erde entstanden sind", sagt Jennifer Blank vom SETI-Institut.

Sie und ihre Kollegen untersuchen Kometen als zweite Möglichkeit, diese biologischen Verbindungen auf der Erde abzuscheiden. Ihre aktuelle Arbeit, die vom Exobiology and Evolutionary Biology Program der NASA unterstützt wird, untersucht, wie das Feuer und der Schwefel eines Kometeneinflusses die Bildung komplexer Moleküle einer bestimmten Händigkeit fördern können.

Urlabor

Das Leben auf der Erde verwendet 20 Aminosäuren, um Tausende und Abertausende verschiedener Proteine ​​aufzubauen, die eine Vielzahl von Zellfunktionen ausführen. Astrobiologen konzentrieren sich oft auf die Herkunft von Aminosäuren, um zu verstehen, woher das Leben kommen könnte.

Eines der ersten Experimente zur Reproduktion der ursprünglichen Erde und ihrer Chemie wurde 1953 von Stanley Miller unternommen. Er war in der Lage, Aminosäuren durch blitzähnliche Entladungen in einer reduzierenden Atmosphäre aus Methan, Ammoniak und Wasser zu synthetisieren. ähnlich wie auf Jupiter.

Seit dieser Pionierarbeit sind Forscher zu der Überzeugung gelangt, dass die frühe Atmosphäre der Erde tatsächlich oxidativer ist und hauptsächlich Stickstoff und Kohlendioxid enthält.

"Ohne die reduzierende Atmosphäre wird der Miller-Mechanismus bei der Herstellung von Aminosäuren viel weniger effizient", sagt Blank.

Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, besteht darin, die Aminosäuren im Weltraum zu erzeugen und sie an Bord von Meteoriten und Kometen zum Einsturz bringen zu lassen. Es gibt reichlich Beweise dafür, dass Meteoriten Aminosäuren tragen. Kürzlich wurde eine Aminosäure in Kometenmaterial entdeckt, das von der NASA-Raumsonde Stardust zurückgebracht wurde.

Blank und ihre Kollegen waren neugierig, was mit diesen Biomolekülen passiert, wenn die "Raumkapsel", in der sie reiten, in die Erde schmilzt.

Das Team hat sich auf Kometen anstatt auf Meteore konzentriert. Obwohl Kometen im inneren Sonnensystem weniger verbreitet sind, haben sie einige mögliche Vorteile gegenüber ihren trockenen felsigen Gegenstücken, wenn es darum geht, biologisch relevantes Material an die Oberfläche eines Planeten zu liefern.

Zunächst wird angenommen, dass ein Kometeneinschlag weniger hart ist als der eines Meteoriten, weil Kometen weniger dicht sind, was bedeutet, dass ihre Auswirkungen niedrigere Temperaturen und Drücke erzeugen. Blank sagt, dass der Schlag auf einem Kometen, der in einem schrägen Winkel eintrifft, noch weicher werden würde.

Der zweite Vorteil von Kometen ist, dass sie Wasser transportieren, was für die chemischen Reaktionen, die Leben hervorbringen, entscheidend ist. Wenn der Komet landet, schmilzt sein Eis und bildet eine kleine Pfütze in der Nähe der Absturzstelle.

"Kometen geben dir alle Zutaten, wie ein kompaktes Evolutionskit", sagt Blank.

Natürlich war die ursprüngliche Erde mit ihrem eigenen Wasser gefüllt, aber "wenn ein Komet oder Meteor im Ozean landen würde, würde jede interessante Chemie schnell verwässert", sagt Co-Forscher George Cooper von NASA Ames. Ein Kometeneinschlag auf trockenes Land würde den organischen Molekülen an Bord die Chance geben, ihre Anzahl in der lokalisierten Pfütze zu verstärken.

Wie Schießen Kometen in einem Fass

Um einen Kometen zu simulieren, der auf Lohnschmutz trifft, feuern Blank und ihre Kollegen eine Kugel in einen Metallbehälter von der Größe einer Dose Bohnen. In diesem Szenario ist der Container der Kometen und die Kugel ist der harte Boden. Im Inneren des Containers befindet sich eine kleine Kammer von etwa einem Viertel, in die die Wissenschaftler eine flüssige Probe organischer Moleküle legen.

"Es ist nicht Super-High-Tech, aber es ist ziemlich kompliziert, was die strukturelle Komplexität betrifft", erklärt Blank.

Sie und ihre Kollegen achten besonders darauf, dass der Metallbehälter nicht durch den Aufprall austritt. Danach bohren sie vorsichtig in die Kammer und ziehen ihre "geschockte" Flüssigkeitsprobe heraus.

Im Jahr 2001 berichtete das Team, dass Aminosäuren, die im Kometensimulator platziert wurden, nach dem Aufprall noch intakt waren, was andere Wissenschaftler überraschte.

"Es ist das Coolste", erzählt Blank. "Die Leute haben uns gesagt, 'Nichts wird überleben, also warum sollten wir Sie finanzieren?'"

Normalerweise würden die Temperaturen von 1.000 Grad innerhalb des zertrümmerten "Kometen" jegliche Aminosäuren zerstören. Aber Blank glaubt, dass die Temperatur zu schnell ansteigt und fällt, damit die Moleküle reagieren. Es gibt auch einen enormen Druck von 10.000 Atmosphären, der den Abbau von Verbindungen verhindern kann.

Allerdings haben die Aminosäuren den Crash nicht nur überlebt. Sie begannen auch miteinander zu binden, um kurze Ketten mit bis zu 5 Aminosäuren zu bilden.

Diese kometeninduzierte Bindung könnte eine Rolle bei der Entstehung des Lebens gespielt haben. Typischerweise gibt es eine Energiebarriere, die verhindert, dass Aminosäuren zusammenrasten. Tatsächlich benötigen Organismen Enzyme, um diese Barriere zu überwinden, wenn sie ihre Proteine ​​zusammensetzen. Aber Enzyme selbst sind Proteine, daher gibt es ein kleines Problem mit Hühnchen und Eiern: Wie baut man Proteine ​​auf, bevor man Proteine ​​hat, um sie aufzubauen?

Es ist vielleicht denkbar, dass ein Kometeneinschlag die ersten rudimentären Proteinstücke (sogenannte "Peptide") verschmolzen und dadurch den ganzen Ball zum Rollen gebracht hat.

Blanks Gruppe führt jetzt Simulationen durch, um zu sehen, ob sie modellieren können, wie sich die Energiebarriere für Aminosäure-Bindungen unter der hohen Temperatur und dem hohen Druck eines Kometeneinflusses verändert.

Molekulare Crashtest-Dummies

Die Wissenschaftler planen auch mehr Kometencrashtests. Sie werden auf Zucker achten, die eine wichtige Rolle in der Struktur von DNA und RNA spielen.Und sie werden wieder auf Aminosäuren schauen und dieses Mal untersuchen, ob die Händigkeit der Kometenpassagiere durch den Aufprall beeinflusst werden könnte.

In Bezug auf die Händigkeit denkt Blank, dass es einen Unterschied geben könnte, wie sich die Aminosäuren während des Aufpralls zusammenschließen. Linkshändige Aminosäuren können mit anderen linkshändigen Aminosäuren eher Ketten bilden als mit rechtshändigen.

Eine solche Präferenz könnte, wenn sie existiert, einen leichten Überfluss einer Hand (einen sogenannten Enantiomerenüberschuss) im ursprünglichen Kometenmaterial verstärken. Dies könnte erklären, warum Organismen nur linkshändige Aminosäuren verwenden, um Proteine ​​zu bilden.

"Es ist eine große Entdeckung, wenn sie eindeutige Beweise für die Bildung von Zuckern, Peptiden oder Enantiomerenüberschuss erhalten", sagt Yoshihiro Furukawa von der Tohoku-Universität in Japan, der nicht an dieser Arbeit beteiligt war.

Er sagt, das einzige Problem wird die Kontamination der Probe mit der uns bekannten linkshändigen Biologie sein. Er schlägt vor, mit Kohlenstoff-13 hergestellte Aminosäuren zu verwenden, so dass jede nachfolgende Kontamination mit normalen Aminosäuren auf Kohlenstoff-12-Basis leicht zu erkennen sein wird.

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