Kometen brachten die Bausteine des Lebens womöglich gar nicht auf die Erde

Vor rund vier Milliarden Jahren prallten Kometen mit Geschwindigkeiten von durchschnittlich mehr als 100.000 Kilometern pro Stunde auf die junge Erde. An Bord hatten sie Moleküle, aus denen später die ersten Bausteine des Lebens entstanden sein könnten. Seit mehr als 100 Jahren gilt diese Lieferung aus dem All als mögliche Erklärung für den Ursprung des Lebens auf der Erde. Doch ausgerechnet die gewaltige Energie der Einschläge könnte verhindert haben, dass die wertvolle Fracht ihr Ziel erreichte.

Wissenschaftler der University of Cambridge haben diese alte Vorstellung nun überprüft – mit einem ernüchternden Ergebnis. In 54 Prozent von 100.000 Computersimulationen gab es keinen einzigen Kometeneinschlag, der ausreichend Cyanwasserstoff an einen geeigneten Ort auf der Erde brachte. Der Stoff gilt als wichtiger Ausgangspunkt für die Bildung von Bestandteilen lebender Zellen. Wie die Forscher im Fachjournal Scientific Reports berichten, wurden die Moleküle beim Aufprall meist zerstört oder anschließend durch Wasser verdünnt. Selbst ein erfolgreicher Einschlag hätte der Entstehung komplexerer chemischer Verbindungen vermutlich nur wenige Tage bis Wochen Zeit gelassen.

Warum Kometen für den Ursprung des Lebens kaum geeignet waren

Cyanwasserstoff besteht aus Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff. Aus diesem Molekül können unter geeigneten Bedingungen Vorstufen von Erbmaterial, Zucker und Bestandteilen der Zellmembran entstehen. Allerdings braucht es dafür ausreichend hohe Konzentrationen. In Laborversuchen sind dafür mindestens zehn Millimol pro Liter relevant. Das entspricht rund 270 Milligramm Cyanwasserstoff in einem Liter Wasser.

In Kometen kommt Cyanwasserstoff in einer Menge von etwa 0,1 Prozent im Verhältnis zu ihrem Wassergehalt vor. Das könnte theoretisch ausreichen, um an einzelnen Orten die notwendigen chemischen Reaktionen zu ermöglichen. Allerdings überstehen nur wenige Moleküle die enormen Belastungen beim Aufprall. Besonders günstig wären langsame Einschläge unter einem flachen Winkel.

Die Erdatmosphäre zerstörte viele Kometen schon vor dem Aufprall

Bereits beim Eintritt in die Atmosphäre zerbrechen zahlreiche Kometen. Kleinere Himmelskörper verglühen oder zerplatzen in großer Höhe. Ihre organische Fracht verteilt sich anschließend über weite Gebiete. Größere Exemplare erreichen eher die Oberfläche, setzen beim Einschlag aber gewaltige Energiemengen frei.

Drei Bedingungen mussten gleichzeitig erfüllt sein, damit genügend Cyanwasserstoff einen geeigneten Ort erreichte:

• Niedrige Geschwindigkeit: Nur bei vergleichsweise langsamen Einschlägen konnte ausreichend Cyanwasserstoff überleben.
• Flacher Einschlagwinkel: Ein flacher Aufprall begünstigte die Moleküle, erhöhte jedoch das Risiko, dass der Komet bereits in der Atmosphäre zerbrach.
• Trockener Untergrund: Der Einschlag musste auf freiliegendem Land erfolgen. In einem Ozean hätte sich der Cyanwasserstoff sofort stark verdünnt.

Auf der jungen Erde gab es kaum trockenes Land

Vor mehr als vier Milliarden Jahren existierten noch keine ausgedehnten Kontinente wie heute. Große Teile der Erdoberfläche könnten unter Wasser gelegen haben. Die wenigen Inseln und Landflächen boten nur begrenzte Möglichkeiten für die Anreicherung organischer Moleküle. Gleichzeitig nahm die Zahl der Kometeneinschläge während der ersten 500 Millionen Jahre der Erdgeschichte rapide ab.

Die günstigen Gelegenheiten konzentrierten sich deshalb auf einen kurzen Abschnitt der frühen Erdgeschichte. Nach dem Zeitpunkt vor 4,03 Milliarden Jahren kam es in weniger als fünf Prozent der 100.000 Simulationen noch zu einer ausreichenden Cyanwasserstofflieferung. Zu diesem Zeitpunkt waren seit der Entstehung der Erde bereits rund 500 Millionen Jahre vergangen.

Wasser verdünnte die Lebensbausteine innerhalb weniger Wochen

Selbst ein günstiger Einschlag hätte erhebliche Probleme verursacht. Die Wucht des Aufpralls zertrümmerte Gestein und konnte unterirdische Wasservorräte freilegen. Grundwasser strömte in den entstandenen Krater, dazu kamen Regen und oberflächlich abfließendes Wasser. Innerhalb weniger Tage bis Wochen konnte die Cyanwasserstoffkonzentration unter den für die untersuchten chemischen Reaktionen notwendigen Wert fallen.

Studienleiter Richard Anslow hält deshalb einen erfolgreichen Beitrag von Kometen zur Entstehung des Lebens für äußerst unwahrscheinlich. In der Mitteilung der University of Cambridge erklärt er: „Wir können nicht mit Sicherheit ausschließen, dass es so passiert ist.“ Allerdings wäre dafür ein außergewöhnlich günstiger Zufall nötig gewesen. Nach dem Einschlag hätte sich die notwendige Chemie zudem innerhalb kürzester Zeit entwickeln müssen.

Auf dem Mars hatten Kometen deutlich bessere Chancen

Auf dem Mars waren die Bedingungen für eine solche Lieferung günstiger. Seine geringere Schwerkraft führte zu niedrigeren Einschlaggeschwindigkeiten. Durch die dünnere Atmosphäre gelangten außerdem mehr Kometen unbeschädigt bis zur Oberfläche. Selbst bei einem angenommenen früheren Luftdruck von einem Bar ergaben die Berechnungen mehr als fünfmal so viele geeignete Einschläge wie auf der Erde.

Ob daraus tatsächlich lebenswichtige chemische Verbindungen entstanden, bleibt offen. Vor Milliarden Jahren könnte der Mars deutlich mehr Wasser besessen haben als heute. Große Wassermengen hätten den angelieferten Cyanwasserstoff ebenso verdünnen können wie auf der jungen Erde. Bislang gibt es keinen Nachweis für Leben auf dem Mars.

Asteroiden könnten die entscheidenden Moleküle geliefert haben

Als alternative Lieferanten kommen Asteroiden infrage. Sie schlugen wesentlich häufiger auf der frühen Erde ein als Kometen. Bei ihren Einschlägen könnten chemische Ausgangsstoffe entstanden sein, die anschließend an der Bildung komplexerer organischer Moleküle beteiligt waren.

Daneben könnte die Erde selbst einen Teil der notwendigen Substanzen hervorgebracht haben. Chemische Reaktionen in der frühen Atmosphäre und geologische Prozesse boten dafür verschiedene Möglichkeiten. Anders als einzelne Kometeneinschläge hätten solche Vorgänge über längere Zeiträume immer wieder neue Ausgangsstoffe bereitstellen können.

Kurz zusammengefasst:

• Kometen als Ursprung des Lebens unwahrscheinlich: In 54 Prozent von 100.000 Simulationen gelangte durch keinen einzigen Kometeneinschlag genügend Cyanwasserstoff an einen geeigneten Ort auf der jungen Erde.
• Einschläge zerstörten wichtige Moleküle: Hohe Geschwindigkeiten und extreme Temperaturen vernichteten einen Großteil der Fracht, während Wasser überlebende Stoffe rasch verdünnte.
• Andere Quellen kommen infrage: Asteroiden und chemische Prozesse auf der Erde könnten wichtige Lebensbausteine geliefert haben, während Kometen auf dem Mars bessere Bedingungen vorfanden.

Übrigens: Forscher haben erstmals einen Zucker in einer interstellaren Molekülwolke nachgewiesen. Das Molekül könnte bereits vor der Entstehung der Erde existiert haben. Mehr über den überraschenden Fund im Weltall.

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