Erstmals Zucker im Weltall entdeckt – der Fund könnte eine große Frage des Lebens klären

In einer dunklen Molekülwolke nahe dem Zentrum der Milchstraße haben Forscher erstmals echten Zucker im Weltall nachgewiesen. Das Molekül heißt Erythrulose und besitzt vier Kohlenstoffatome. Auf der Erde kommt der Zucker unter anderem in Himbeeren vor und wird für Selbstbräuner genutzt. Im All könnte er jedoch eine ganz andere Geschichte erzählen: Solche Moleküle könnten schon existiert haben, lange bevor sich die Erde bildete.

Ein internationales Team um Izaskun Jiménez-Serra vom Centro de Astrobiología entdeckte die Erythrulose in der Molekülwolke G+0.693−0.027. Darüber berichtet der Spanish National Research Council (CSIC). Die Wolke liegt nahe dem galaktischen Zentrum, rund 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Für den Nachweis nutzten die Forscher das 40-Meter-Radioteleskop im spanischen Yebes und das 30-Meter-Teleskop des Instituts IRAM in Granada. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Nature Astronomy.

Zucker im Weltall lässt sich erstmals eindeutig nachweisen

Die Teleskope fingen charakteristische Radiosignale aus der Molekülwolke auf. Insgesamt ordnete das Team zwölf Gruppen von Spektrallinien der Erythrulose zu. Sie umfassen 17 einzelne Übergänge des Moleküls. Sechs Signalgruppen waren kaum durch andere Moleküle überlagert. Für diese sechs berechneten die Forscher eine Wahrscheinlichkeit von nur 0,2 Prozent, dass die Übereinstimmung zufällig entstand.

„Diese Entdeckung kam unerwartet, da in der Astrochemie die Vorstellung vorherrscht, dass interstellare Moleküle durch die schrittweise Anlagerung von Kohlenstoffatomen größer werden“, sagt Studienleiterin Jiménez-Serra. Tatsächlich fanden die Forscher ausgerechnet kleinere Zucker mit drei Kohlenstoffatomen nicht. Nach ihren Berechnungen kommt Erythrulose in der untersuchten Wolke mindestens acht- bis 17-mal häufiger vor als diese vergleichbaren C3-Zucker.

Ein größerer Zucker kommt überraschend häufiger vor

Bisher kannten Forscher Zucker bereits aus Meteoriten und Asteroidenproben. Ribose und Glucose wurden etwa in außerirdischem Material gefunden. Auch Proben des Asteroiden Bennu enthalten für die Biochemie wichtige Zucker. Ein direkter Nachweis eines echten Zuckers im interstellaren Medium war jedoch bislang nicht gelungen. Glykolaldehyd wurde zwar schon im All beobachtet, gilt chemisch aber nicht als echter Zucker.

Erythrulose ist auch wegen ihrer Größe bemerkenswert. Das Molekül besteht aus 14 Atomen und ist laut der Forschungsarbeit die bislang größte nicht ringförmige Molekülstruktur, die im interstellaren Medium identifiziert wurde. Zudem enthält erstmals ein dort gefundenes Molekül vier Sauerstoffatome. Erythrulose ist außerdem chiral. Solche Moleküle können in zwei spiegelbildlichen Formen vorkommen, ähnlich wie eine linke und eine rechte Hand.

Eisige Staubkörner lassen komplexe Moleküle entstehen

Die Forscher untersuchten auch, wie ein vergleichsweise komplexer Zucker unter den kalten Bedingungen des Weltraums entstehen kann. Ihren Berechnungen zufolge bilden eisüberzogene Staubkörner eine mögliche chemische Werkstatt. Dort können kleinere Moleküle miteinander reagieren. Als Ausgangsstoffe kommen Glykolaldehyd und Ethylenglykol infrage. Beide besitzen jeweils zwei Kohlenstoffatome und wurden in der untersuchten Molekülwolke bereits in größeren Mengen gefunden.

Quantenchemische Berechnungen und astrochemische Simulationen stützen diesen Entstehungsweg. Reaktive Fragmente der beiden kleineren Moleküle können sich auf der Eisoberfläche verbinden und Erythrulose bilden. Die Modelle ergeben zudem, dass der Vier-Kohlenstoff-Zucker unter bestimmten Bedingungen sogar effizienter entsteht als kleinere Zucker. Energiereiche kosmische Strahlung könnte die chemischen Reaktionen zusätzlich antreiben.

Bis zu 50 Millionen Tonnen könnten die frühe Erde erreicht haben

Der Fund könnte helfen, eine der großen Fragen zur Entstehung des Lebens besser zu verstehen: Woher kamen die organischen Ausgangsstoffe, aus denen auf der jungen Erde die erste komplexe Chemie entstand? Zucker sind dafür wichtig. Einige bilden Bestandteile von Nukleinsäuren wie RNA und DNA. Erythrulose selbst gehört allerdings nicht zu den Zuckern, aus denen RNA oder DNA aufgebaut sind. Unter wässrigen Bedingungen kann sie sich jedoch in andere Zucker umwandeln, darunter Threose.

Threose gehört zur sogenannten Threose-Nukleinsäure, kurz TNA. Diese einfachere Nukleinsäure wird als mögliches chemisches System diskutiert, das vor der heutigen RNA existiert haben könnte. Präbiotische Laborexperimente nutzen Erythrulose zudem als Ausgangsstoff bei Reaktionen, aus denen Bausteine für Nukleinsäuren entstehen können. Der Fund belegt deshalb keinen außerirdischen Ursprung des Lebens. Er liefert aber einen möglichen Weg, auf dem wichtige Ausgangsstoffe bereits im All entstanden sein könnten.

Aus der gemessenen Häufigkeit von Erythrulose leiteten die Forscher eine weitreichende Schätzung ab. Demnach könnten während der frühen Phase heftiger Einschläge etwa 0,5 bis 50 Millionen Tonnen dieses Zuckers auf die Erde gelangt sein. Die große Spannbreite beruht auf Modellrechnungen und Annahmen über die Menge organischen Materials, das Meteoriten auf die junge Erde brachten.

„Der Nachweis von Erythrulose ist sehr aufregend, weil er die Möglichkeit eröffnet, im Weltraum weitere Zucker wie Ribose, einen Bestandteil der RNA, und andere für den Ursprung des Lebens wichtige Moleküle zu entdecken“, sagt Mitautor Carlos Briones. Künftige Teleskopbeobachtungen könnten nun gezielt nach solchen Molekülen suchen.

Kurz zusammengefasst:

• Forscher haben erstmals einen echten Zucker im interstellaren Raum nachgewiesen: Erythrulose in einer Molekülwolke nahe dem Zentrum der Milchstraße.
• Der Vier-Kohlenstoff-Zucker könnte auf eisigen Staubkörnern aus kleineren Molekülen entstanden sein und ist dort häufiger als vergleichbare kleinere Zucker.
• Solche Zucker könnten schon vor der Entstehung der Erde im All vorhanden gewesen und später mit Meteoriten auf die junge Erde gelangt sein.

Übrigens: Auch in einem jungen Sternsystem haben Forscher komplexe organische Moleküle entdeckt, die möglicherweise schon vor der Entstehung von Sternen gebildet wurden und später in Planetensysteme gelangten. Wie solche chemischen Bausteine kosmische Umbrüche überstehen, mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Joshua Tree National Park via Wikimedia unter CC BY 2.0