Donnerstag, 6. Juni 2013

Weitere Studie stützt Theorie: Irdische Lebensbausteine kamen aus dem All


Schaubild zur Synthetisierung von präbiotischen Kohlenwasserstoffen im Innern von auf die junge Erde treffenden eisigen Kometen (Illu.).
| Copyright: DOE/Lawrence Livermore National Laboratory)


Oshawa (Kanada) - Während die junge Erde selbst wohl noch kein wirklich lebensfreundlicher Ort war, lieferte erst das schwere Bombardement der Erde mit Asteroiden und Kometen die notwendigen Grundbausteine des Lebens. Zu dieser - wenn auch nicht ganz neuen - Schlussfolgerungen kommt nun auch eine aktuelle Studie kanadischer Wissenschaftler, die die chemischen Vorgänge im Innern von Kometen simulierte.

Wie Nir Goldman und Isaac Tamblyn vom University of Ontario Institute of Technology aktuell in der Fachzeitschrift "The Journal of Physical Chemistry A" (DOI: 10.1021/jp402976n) berichten, waren es wahrscheinlich erst eishaltige Kometen, die die Grundbausteine von Proteinen und Nukleinbasen von DNA und RNA zur Erde brachten.


Kometen, so die Forscher, beinhalten eine Vielzahl einfacher Moleküle wie Wasser, Ammoniak, Methanol und Kohlendioxid. Bei einem Einschlag auf einer erdartigen Planetenoberfläche werde genügend Energie freigesetzt, um chemische Reaktionen zwischen diesen Molekülen in Gang zu bringen.


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"Die Menge der durch Kometen während des sogenannten Große Bombardements durch Kometen auf die noch junge Erde gelangten organischen Materie betrug möglicherweise bis zu 10 Trillionen Kilogramm pro Jahr", erläutert Goldman. "Damit gelangte das Vielfache der - wenn überhaupt schon zuvor - möglicherweise vorhandenen Masse an organischen Stoffen mittels Kometen auf die Erde."

Schon in früheren Arbeiten konnte Goldman mittels Computermodellen die ersten 10-30 Pikosekunden (1 ps = 0,000 000 000 001 Sekunden) von Kometeneinschlägen simulieren. Mit Hilfe neuer Supercomputer konnte der Wissenschaftler diese Zeitspanne nun auf einige hundert Pikosekunden nach dem Einschlag ausdehnen.


"Das Ergebnis erlaubt uns eine deutlich differenziertere und weitere Spanne von chemischen Kohlenwasserstoff-Produkten zu beobachten, wie sie beim Einschlag organische Materie, die dann möglicherweise zur Entstehung von Leben führte, entstanden sein kann", so Goldmann weiter.


Kometen können Durchmesser von 1,6 bis zu fast 60 Kilometer erreichen. Treten sie in die Erdatmosphäre ein, werden sie extrem aufgehitzt, bleiben jedoch im Kern kühl. Beim Einschlag auf der Planetenoberfläche entsteht durch die plötzliche Kompression eine Schockwelle, die zu plötzlichen immensen Druckverhältnissen und hohen Temperaturen, die dann wiederum zu chemischen Reaktionen im Kometeninneren führen können, noch bevor dieses mit der Umwelt des Einschlagortes reagieren kann. Diese Prozesse, so die Wissenschaftler, können dann in bedeutenden Konzentrationen organischen Materials führen, das auf diese Weise auf die Erde kam.


Schon eine moderate Schockwelle, das zeigen die Simulationen, von einem Druck von 360.000 Atmosphären und einer Temperatur von 4.600 Grad Fahrenheit könnten in einer kohendioxid-reichen Mischung eine Anzahl von stickstoffhaltigen sogenannten Heterocyclen (cyclische chemische Verbindungen mit ringbildenden Atomen aus mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen) bilden, sie sich dann wiederum trennen, um durch Ausdehnungen und Abkühlung aromatische Kohlenwasserstoffe zu bilden, die Wissenschaftler als präbiotischer Vorgänger der Basenpaare von DNA und RNA ansehen.


Im Gegensatz dazu kommt es bei Schockbedingungen von rund 480.000 bis 600.000 Atmosphären und 6.200 bis 8.180 Grad Fahrenheit direkt zur Synthese von Methan und Formaldehyd, sowie zur Bildung einiger langkettiger Kohlenstoffmoleküle. Diese Stoffe sind bekannt dafür, dass sie als Vorgänger von Aminosäuren und komplexer organischer Synthese fungieren können.


"Alle unsere Simulationen der von den Schockwellen ausgelösten Bedingungen im Innern der Kometen haben bedeutende Mengen an neuen, einfachen kohlen-stickstoff-gebundenen Stoffen ergebeben, die als präbiotische Vorgänger bekannt sind", so die Wissenschaftler abschließend.


"Kometeneinschläge könnten also sehr gut zur Synthese präbiotischer Moleküle geführt haben ohne, dass weitere besondere Umstände - etwa die Anwesenheit von chemischen Katalysatoren, UV-Strahlung oder besondere bereits vorhandene Bedingungen auf einem Planeten - zu Hilfe gezogen werden müssten", so Goldmann. "Unsere Daten sind wichtig, wenn man die Rolle von derartigen Einschlagsereignissen bei der Bildung der Zutaten verstehen will, die letztlich zur Entstehung des Lebens auf der Erde führten und sich derartig also auch auf anderen Himmelskörpern abgespielt haben könnten."


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