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Entstehung des Lebens: Peptide können auch im Weltall entstehen

Ein neuer Typ von Reaktion lässt im interstellaren Raum Ketten von Aminosäuren entstehen. Solche Peptide, Bausteine des Lebens, könnten deswegen im frühen Sonnensystem reichlich vorhanden gewesen sein.
Kohlenstoff, Kohlenmonoxid, Ammoniak und Aminoketen als Ball-and-Stick-Modelle vor Sternenhintergrund.

Ein ungewöhnlicher Typ von chemischer Reaktion kann im Weltall Peptide entstehen lassen. Das sind kurze Ketten von Aminosäuren, aus denen auch Proteine aufgebaut sind. Die in »Nature Astronomy« veröffentlichte Studie zeigt einen neuen Weg, wie auf kosmischen Staubkörnern bei sehr niedrigen Temperaturen relativ komplexe Vorläufer von Biomolekülen für den Ursprung des Lebens entstehen können. Wie das Team um Serge Krasnokutski vom Max-Planck-Institut für Astronomie berichtet, dienen einzelne Kohlenstoffatome als »molekularer Klebstoff« zwischen Kohlenmonoxid und Ammoniak, zwei der in interstellaren Molekülwolken häufigsten Moleküle. Dabei entsteht das Molekül Aminoketen – das sich nur durch ein fehlendes Wassermolekül von der Aminosäure Glycin unterscheidet. Aus diesem Molekül bildeten sich dann im Experiment der Fachleute direkt einfache Peptide aus mehreren Glycinmolekülen.

Die neue Reaktion löst vor allem das Problem, dass sich Aminosäuren nicht leicht zu Peptiden zusammenfinden. Dazu muss ein Wassermolekül abgespalten werden, was Energie erfordert, die in der Kälte des Weltalls nicht zur Verfügung steht. Diese Hürde fällt weg, wenn der Vorläufer, hier das Aminoketen, das Wassermolekül erst gar nicht enthält. Mit Hilfe quantenchemischer Rechnungen zeigte die Arbeitsgruppe, dass Aminoketen unter den Bedingungen an der Oberfläche von Staubkörnern ebenfalls ohne zusätzliche Energiezufuhr in zwei Schritten entsteht. Zuerst reagiert das vereinzelte, sehr aggressive Kohlenstoffatom mit Ammoniak zum seinerseits reaktiven Zwischenprodukt H2NCH, das sich mit Kohlenmonoxid spontan zum Aminoketen H2NCH=CO verbindet.

In einem Experiment dampfte das Team um Krasnokutski anschließend die drei Reaktionspartner auf eine auf zehn Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlte Testoberfläche, die ein Staubkorn im interstellaren Raum simuliert. Mit einem Infrarotspektrografen, der Moleküle anhand des von ihnen absorbierten Lichts identifiziert, zeigte es, dass unter diesen Bedingungen tatsächlich Aminoketen entsteht. Allerdings ist es, wie sich zeigte, dann noch zu kalt, dass sich die Moleküle zu Peptiden weiter verbinden. Erst als die Arbeitsgruppe die Probe langsam auf 110 Kelvin erwärmt hatten, zeigten sich im Instrument die typischen Signale von Peptiden. Diese Erwärmung könnte zum Beispiel durch einen sich in der Nähe bildenden Stern zu Stande kommen.

Die neue Reaktion verlängert die Liste der bekannten Mechanismen, die komplexe Moleküle für den Ursprung des Lebens im interstellaren Raum entstehen lassen können. Daneben zeigt sie, dass auch bekannte Bausteine des Lebens möglicherweise in großen Mengen auf interstellaren Staubkörnern vorhanden sein könnten und dass nicht erst Aminosäuren entstehen müssen, damit Peptide entstehen. Die Arbeit des Teams fügt sich außerdem in eine wachsende Reihe von Indizien, dass die Abspaltung von Wasser beim Verbinden kleinerer Vorläuferbausteine nicht das große Hindernis für die Bildung größerer Biomoleküle beim Ursprung des Lebens ist, als die sie lange galt. Auch bei den Nukleinsäuren, den Bausteinen der Erbsubstanz, gibt es seit einer Weile Konzepte, wie sie ohne Abspaltung von Wasser entstanden sein könnten. Allerdings beantwortet die Studie nicht die ebenfalls bislang offene Frage nach der »Händigkeit« von Aminosäuren und Proteinen – die Aminosäure Glycin kommt nicht in zwei spiegelbildlichen Formen vor.

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