Ribose und Xylose: Forscher finden erstmals außerirdische Zucker in Innern von Meteoriten

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Künstlerische Darstellung von Meteoriteneinschlägen auf der jungen Erde. Einige Wissenschaftler glauben, dass mit diesen Einschlägen auch die für das Leben notwendigen Moleküle überhaupt erst zur Erde gelangten (Illu.). Copyright: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Künstlerische Darstellung von Meteoriteneinschlägen auf der jungen Erde. Einige Wissenschaftler glauben, dass mit diesen Einschlägen auch die für das Leben notwendigen Moleküle überhaupt erst zur Erde gelangten (Illu.).
Copyright: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Sendai (Japan) – Im Innern zweier kohlenstoffhaltiger Meteoriten haben Wissenschaftler die Zucker Ribose und Xylose sowie zwei andere Zuckerarten nachgewiesen, die ein wichtiger Bestandteil irdischen Erbguts sind. Die Forscher schlussfolgern, dass Ribose selbst also möglicherweise einst aus dem Weltall zur Erde gelangte und fügen damit auch die Zucker zur stets wachsenden Liste jener biologisch wichtigen Komponenten hinzu, die einst erstmals aus dem All zur Erde gelangt sein und hier die Grundlage des Lebens gebildet haben könnten.

Wie das internationale Team um Prof. Yoshihiro Furukawa von der Tohoku University aktuell im Fachjournal “Proceedings of the National Academy of Sciences”(PNAS; DOI: 10.1073/pnas.1907169116) berichtet, haben sie die Zucker Ribose und Xylose, sowie Arabinose und Lyxose gleich in zwei unterschiedlichen kohlenstoffreichen Meteoriten (sog. Chondriten) entdeckt. Zum einen in dem Meteoriten “NWA 801” vom Meteoritentyp CR2 und im sogenannten Murchison-Meteoriten, der der Meteoritenkategorie CM2 angehört.

Ein Model der Molekülstruktur von Ribose neben einem Fragment des Murchison-Meteoriten. Copyright: Yoshihiro Furukawa

Ein Model der Molekülstruktur von Ribose neben einem Fragment des Murchison-Meteoriten.
Copyright: Yoshihiro Furukawa

Ribose ist ein entscheidender Bestandteil der RNA (Ribonukleinsäure). Innerhalb der meisten heute lebenden Organismen dient die RNA als Botenmolekül. Sie kopiert genetische Anweisungen aus dem DNA-Molekül (Desoxyribonukleinsäure) und liefert diese an die molekulare Fabriken in der Zelle, sogenannte Ribosomen, die die RNA lesen, um so spezifische Proteine zu bilden, die für die Durchführung von Lebensprozessen notwendig sind.
„Schon zuvor konnten andere wichtige Bausteine des Lebens im Innern von Meteoriten gefunden werden, etwa Aminosäuren und damit die Bausteine von Proteinen und Nukleinbasen als Bausteine von RNA und DNA“, erläutert Yoshihiro Furukawa und führt dazu weiter aus: „Unsere Forschungsergebnisse stellen nun aber den ersten direkten Nachweis von außerirdischer Ribose dar, eines Zuckers also, der aus dem All zur Erde gelangte und hier vielleicht überhaupt erst zur Entstehung der RNA auf der präbiotischen Erde und damit zur Entstehung des (irdischen) Lebens überhaupt beigetragen haben könnte.“

Bis heute ist die Frage, wie einst die Biologie aus nichtbiologischen chemischen Prozessen entstanden sein könnte eines der größten wissenschaftlichen Rätsel überhaupt. Während die DNA die Vorlage für das Leben und Anweisungen zum Aufbau und Betrieb eines lebenden Organismus liefert, enthält aber auch die RNA Erbinformationen. Viele Forscher glauben, dass sich die RNA zuerst entwickelt hatte und später durch die DNA ersetzt wurde. Gründe für diese Schlussfolgerung sind Fähigkeiten der RNA-Moleküle, die denen der DNA fehlen. So kann die RNA auch ohne Hilfe anderer Moleküle Kopien von sich selbst erstellen und chemische Reaktionen als Katalysator auslösen oder beschleunigen. Die aktuelle Studie von  Furukawa und Kollegen liefert nun weitere Belege für die Möglichkeit, dass RNA die ‚Maschinerie des Lebens‘ schon vor der DNA koordiniert hatte.

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“Der Zucker in der DNA (2-Desoxyribose) wurde in keinem der in dieser Studie analysierten Meteoriten nachgewiesen“, erläutert  Danny Glavin, Mitautor der Studie vom Goddard Space Flight Center der NASA. “Das ist wichtig, da es möglicherweise eine Tendenz zur Abgabe von außeriridscher Ribose an die frühe Erde gegeben hat, was mit der Hypothese übereinstimmt, dass sich RNA zuerst entwickelt hat.”

Das Team entdeckte die Zuckerarten durch die Analyse von Pulverproben der Meteoriten mittels der sogenannten Gaschromatographie-Massenspektrometrie, bei der Moleküle nach Masse und elektrischer Ladung sortiert und identifiziert werden können. Diese zeigte, dass die Häufigkeit von Ribose und anderen Zuckern in NWA 801 zwischen 2,3 und 11 Anteilen pro Milliarde (ppm) und im Murchison zwischen 6,7 und 180 ppm lag.

Mosaikaufnahme des Asteroiden Bennu, aufgenommen von der NASA-Sonde „OSIRIS-Rex“. Die Entdeckung von Zuckerarten im Innern von Meteoriten, stützt erneut die Vorstellung davon, dass chemische Reaktionen im Innern solcher Asteroiden – der Mutterkörper von Meteoriten – zur Entstehung der Zutaten des uns bekannten Lebens führen Copyright: NASA/Goddard/University of Arizona

Mosaikaufnahme des Asteroiden Bennu, aufgenommen von der NASA-Sonde „OSIRIS-Rex“. Die Entdeckung von Zuckerarten im Innern von Meteoriten, stützt erneut die Vorstellung davon, dass chemische Reaktionen im Innern solcher Asteroiden – der Mutterkörper von Meteoriten – zur Entstehung der Zutaten des uns bekannten Lebens führen
Copyright: NASA/Goddard/University of Arizona

Anhand einer Isotopenanalyse glauben die Forscher eine Kontamination der Proben mit irdischem Leben als Erklärung für die anwesenden Zucker ausschließen zu können. So bevorzugt das Leben auf der Erde die Verwendung der leichteren Kohlenstoffsorte (C12) gegenüber der schwereren Version (C13). Der Kohlenstoff in den Zuckern aus den Meteoriten war nun jedoch deutlich jenseits aller bekannter irdischer Biologie mit dem schweren C13 angereichert, was die Schlussfolgerung stützt, dass der Zucker aus dem Weltall stammt.

In nächsten Schritten planen die Wissenschaftler nun, noch mehr Meteoriten zu untersuchen, um so eine bessere Vorstellung von der Fülle der außerirdischen Zucker zu erhalten. Zudem wollen sie untersuchen, ob die außerirdischen Zuckermoleküle eine links- oder rechtshändige Tendenz haben: „Einige Moleküle kommen in zwei Varianten vor, die sich spiegeln, wie Ihre Hände. Auf der Erde verwendet das Leben linkshändige Aminosäuren und rechtshändige Zucker. Da es möglich ist, dass auch das Gegenteil gut funktioniert – rechtshändige Aminosäuren und linkshändige Zucker – wollen wir herausfinden, woher diese Präferenz auf der Erde stammt“, so die Autoren der Studie. „Wenn einige Prozesse im Innern von Asteroiden die Erzeugung einer Sorte gegenüber der anderen begünstigen, so könnte die Zufuhr aus dem Weltraum über Meteoriteneinschläge diese Sorte auf der urzeitlichen Erde vielleicht häufiger gemacht haben, was dann wiederum die Wahrscheinlichkeit erhöht hätte, dass das irdische Leben sie letztendlich genutzt hat.“

Schließlich zeige die aktuelle Entdeckung, dass lebensnotwendige Biomoleküle nicht nur im All entstehen, sondern Zucker wie Ribose auch aus dem Weltall auf die Erde – und so vielleicht auch auf den Mars und andere junge Planeten und Monde im Sonnensystem – gelangt sein und vielleicht überall zur Entstehung der Biomoleküle und damit der Grundlagen des Lebens beigetragen haben könnten.

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Quelle: NASA, “Proceedings of the National Academy of Sciences”

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