Süßer Fund in den Tiefen des Alls

Jahrzehntelang haben Astronomen Aminosäuren, Alkohole und sogar zuckerähnliche Moleküle in den riesigen Gas- und Staubwolken zwischen den Sternen gefunden. Doch ein echter Zucker – ein Monosaccharid mit vollständiger Zuckerstruktur – blieb unerreichbar. Das hat sich nun geändert.

In einer Studie, die in Nature Astronomy veröffentlicht wurde und von der Astrochemikerin Izaskun Jiménez-Serra vom spanischen Zentrum für Astrobiologie (CAB-CSIC/INTA) geleitet wird, berichten Forscher über den ersten Nachweis von Erythrulose (C₄H₈O₄) im interstellaren Raum . Der Fund schließt eine anhaltende Lücke in der präbiotischen Chemie und liefert den bislang stärksten Beweis dafür, dass die Rohstoffe für Leben auf natürliche Weise im kalten Vakuum zwischen den Sternen entstehen können.

Was die Astronomen fanden

Erythrulose ist ein chiraler Ketozucker mit vier Kohlenstoffatomen. Auf der Erde kommt er natürlicherweise in Himbeeren vor und ist ein häufiger Bestandteil von Selbstbräunungscremes. Im Weltraum wurde er in einer berühmt-berüchtigten, besonders molekülreichen Wolke namens G+0.693-0.027 nachgewiesen, die sich nahe des Zentrums der Milchstraße befindet, etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt .

Was diese Entdeckung so bedeutsam macht, ist nicht nur die Identität des Moleküls, sondern auch seine Häufigkeit. Erythrulose ist in derselben Region mindestens achtmal häufiger als einfachere Drei-Kohlenstoff-Zucker (wie Glykolaldehyd) und damit die dominierende Zuckerart im interstellaren Raum .

Wie die Entdeckung gelang

Das Team nutzte zwei der empfindlichsten Radioteleskope Spaniens – das 40-Meter-Teleskop in Yebes und das 30-Meter-Teleskop des IRAM – für hochempfindliche, breitbandige Spektraldurchmusterungen der Molekülwolke G+0.693-0.027 .

Jedes Molekül hat eine einzigartige Rotationssignatur, eine Art chemischen Fingerabdruck, der im Radioteleskop als spezifische Spektrallinien erscheint. Die Forscher gleichen die schwachen Radiosignale aus der Wolke mit den im Labor gemessenen Spektren von Erythrulose ab und bestätigten so dessen Anwesenheit zweifelsfrei .

Die Suche wurde durch jahrelange, akribische Laborarbeit ermöglicht. Bereits 2021 hatten Forscher der Universität des Baskenlandes (UPV/EHU) die hyperpräzise Molekülstruktur von Erythrulose bestimmt und damit die spektroskopische Landkarte erstellt, die für einen eindeutigen Nachweis im All nötig war .

Wie ein Zucker in der Kälte des Alls entsteht

Der Raum zwischen den Sternen ist unvorstellbar kalt und größtenteils leer. Wie kann dort ein Zuckermolekül entstehen?

Das führende Modell, gestützt durch quantenchemische Simulationen, geht davon aus, dass Erythrulose auf der Oberfläche von eisigen Staubkörnern entsteht . Energiereiche Prozesse – angetrieben durch Beschuss mit kosmischer Strahlung und ultravioletter Strahlung – treiben chemische Reaktionen zwischen einfacheren Zwei-Kohlenstoff-Aldehyden und Alkoholen an, die an den Körnern haften . Sind die Moleküle erst einmal gebildet, werden sie durch Sputtern in die Gasphase freigesetzt – ein Prozess, der an Sandstrahlen erinnert und durch Schockwellen verursacht wird.

Die Wolke G+0.693-0.027 ist dafür besonders geeignet. Es handelt sich um eine Region, in der es zu einer Kollision von Wolken kommt, die starke Schocks erzeugt und Moleküle von den Kornoberflächen löst, sodass sie in der Gasphase nachweisbar werden . Dieselbe Wolke hat bereits mehr als 20 erstmalige Nachweise interstellarer Moleküle hervorgebracht .

Warum dies für den Ursprung des Lebens wichtig ist

Die Entdeckung hat unmittelbare Auswirkungen auf eines der tiefsten Rätsel der Biologie: Woher kamen die ersten genetischen Moleküle?

Die am weitesten verbreitete Hypothese für den Ursprung des Lebens geht von einer „RNA-Welt“ aus, in der Ribonukleinsäure (RNA) sowohl als Informationsspeicher als auch als Katalysator diente, bevor sich die DNA entwickelte. Doch RNA selbst ist extrem komplex. Einige Forscher vermuten, dass ihr einfachere genetische Systeme vorausgingen.

Erythrulose fügt sich nahtlos in dieses Bild ein. Das Molekül kann chemisch in Threose umgewandelt werden, den Vier-Kohlenstoff-Zucker, der das Rückgrat der Threose-Nukleinsäure (TNA) bildet – ein potenzielles prä-RNA-genetisches Material . Da Erythrulose in so hoher Konzentration in derselben Wolke nachgewiesen wurde, die bereits viele andere RNA-Vorläufer (darunter Hydroxylamin, Glycolamid und Kohlensäure) hervorgebracht hat, zeigt die Entdeckung, dass die Natur die Bausteine für alternative genetische Systeme ohne jedes biologische Zutun hervorbringen kann .

Die Zutaten des Lebens auf die frühe Erde gebracht

Der Fund untermauert zudem eine seit langem diskutierte Hypothese darüber, wie die Erde zu ihrem präbiotischen Inventar kam. Komplexe organische Moleküle, darunter Zucker, die für genetische Vorläufer benötigt werden, waren offenbar bereits in dem Material vorhanden, aus dem unser Sonnensystem entstand .

Während des Großen Bombardements – einer Phase vor etwa 4,1 bis 3,8 Milliarden Jahren, als Kometen, Asteroiden und Meteoriten die inneren Planeten trafen – könnten diese Moleküle unversehrt auf die frühe Erde gelangt sein und einen fertigen Vorrat an präbiotischen Zutaten geliefert haben . Der Nachweis eines echten Zuckers im interstellaren Raum macht diese Lieferhypothese deutlich plausibler.

Fazit

Der Nachweis von Erythrulose beweist nicht, dass es anderswo im Universum Leben gibt. Aber er beweist, dass eine der wichtigsten Klassen biologischer Moleküle – echte Zucker – auf natürliche Weise und in Hülle und Fülle im interstellaren Raum entstehen kann. Dieselbe Chemie, die heute in der Molekülwolke G+0.693-0.027 abläuft, fand höchstwahrscheinlich vor 4,6 Milliarden Jahren in der Wolke statt, aus der unsere Sonne und ihre Planeten hervorgingen. Die Zucker waren von Anfang an da.