Ein internationales Astronomenteam unter der Leitung von Izaskun Jiménez-Serra vom spanischen Zentrum für Astrobiologie (CAB) hat eine beispiellose Entdeckung bekannt gegeben: Im interstellaren Medium wurde erstmals ein echter Zucker entdeckt – Erythrulose, ein Vierfachzucker (Ketoza), der den Erdbewohnern als Bestandteil von Himbeeren und Bräunungsmitteln bekannt ist. Die Entdeckung wurde im Journal "Nature Astronomy" veröffentlicht und ist als Preprint auf arXiv.org unter der Nummer 2606.03313 verfügbar.
Die Astronomen richteten zwei Radioteleskope – das 40-Meter-Teleskop der Sternwarte Yebes (Spanien) und das 30-Meter-Teleskop des IRAM (internationale Sternwarte) – auf die Molekülwolke G+0.693-0.027, die sich in der zentralen Molekülzone unserer Galaxie in einer Entfernung von etwa 26.700 Lichtjahren von der Sonne befindet. Die Beobachtungen wurden zwischen März 2021 und April 2024 durchgeführt und umfassten mehr als 91 GHz in den 7-mm-, 3-mm- und 2-mm-Bändern. Das Team entdeckte 12 Spektrallinien, die exakt mit dem Laborspektrum von Erythrulose übereinstimmen, das an der Universität des Baskenlandes gemessen wurde. Die Zuverlässigkeit der Entdeckung wird durch eine geringe Wahrscheinlichkeit zufälliger Übereinstimmung (nur 0,2%) bestätigt.
Es mag wie eine Kuriosität erscheinen, aber ist es wichtig? Ja, und hier ist der Grund. Zucker sind fundamentale Biomoleküle, die für das Leben notwendig sind. Sie dienen als Energiequelle, sind Bestandteil von DNA und RNA und an Stoffwechselprozessen beteiligt. Die Frage, wie einfachste Zucker in der frühen Erde ankamen, bleibt eine der zentralen Fragen in der Erforschung der Entstehung des Lebens.
Zuvor wurden Ribose, Glukose und andere Monosaccharide in Meteoriten und Asteroiden (einschließlich des Gesteins des Asteroiden Bennu) entdeckt, was auf einen möglichen exogenen Ursprung hindeutete. Im interstellaren Medium wurde jedoch bisher kein echter Zucker gefunden. Die einzige bekannte verwandte Verbindung war Glykolaldehyd – die einfachste Diose, die zu den Hydroxyaldehyden und nicht zu den echten Sacchariden zählt.
Das klassische Modell der Bildung komplexer Moleküle im Weltraum geht von einer schrittweisen Vergrößerung aus: Zuerst bildet sich ein Molekül mit einem Kohlenstoffatom, dann mit zweien, dann mit dreien – und so weiter. Aber bei Erythrulose war es anders. Forscher, darunter Jiménez-Serra, schlugen eine unerwartete Erklärung vor: Erythrulose bildet sich nicht schrittweise, sondern durch die Vereinigung zweier Zweikohlenstofffragmente – Moleküle von Glykolaldehyd und Ethylenglykol – direkt auf der eisigen Oberfläche kosmischer Staubkörner. Diese Moleküle stoßen zusammen, kleben unter dem Einfluss kosmischer Strahlung aneinander, und so entsteht ein Vierfachzucker (Ketoza).
Quantenchemische Berechnungen und computergestützte astrochemische Modellierungen bestätigten, dass ein solcher Mechanismus bei Temperaturen von etwa 20-30 K (das sind ungefähr minus 250 Grad Celsius) funktioniert, typisch für eisige Staubkörner im Zentrum der Galaxie – der Region, in der der Fund gemacht wurde.
Erythrulose erwies sich als mindestens 8-17 Mal häufiger als die Dreikohlenstoffzucker Glycerinaldehyd und Dihydroxyaceton, die in der Wolke G+0.693-0.027 überhaupt nicht nachgewiesen wurden. Sie weist mehrere einzigartige Eigenschaften auf:
- Der erste im interstellaren Raum entdeckte Zucker
- Das zweite chirale Molekül im interstellaren Raum (mit einer asymmetrischen Struktur, wie eine linke und eine rechte Hand)
- Das größte acyclische (nicht-zyklische) Molekül aus 14 Atomen, das im interstellaren Raum identifiziert wurde.
Die Entdeckung stellt die Vorstellung davon, wie das Leben entstanden sein könnte, auf den Kopf. Ketozen wie Erythrulose wandeln sich in wässriger Umgebung leicht in Aldosen um – insbesondere in Threose, die zu den einfachen Pentosen (Fünfkohlenstoffzucker) gehört. Threose wiederum wird als möglicher Vorläufer von RNA betrachtet – dem Molekül, das nach Ansicht vieler Wissenschaftler das erste genetische Material des Lebens auf der Erde war.
Die Forscher stellen folgendes Szenario vor: Die Zucker bildeten sich in unserem solaren Urnebel (der Gas- und Staubwolke, aus der Sonne und Planeten entstanden sind), gelangten dann in kleine Körper – Kometen und Asteroiden – und wurden durch Meteoritenbombardements zur jungen Erde transportiert. Schätzungen zufolge könnten während des späten schweren Bombardements (vor etwa 4,1-3,8 Milliarden Jahren) zwischen 0,5 und 50 Millionen Tonnen dieses Zuckers auf die Oberfläche unseres Planeten gefallen sein. Diese riesigen Mengen organischer Substanz könnten zur Bildung präbiotischer Brühen beigetragen haben – chemischer Bäder, in denen die ersten Moleküle des Lebens entstanden sind.
Die Entdeckung von Erythrulose eröffnet eine neue Front in der Astrochemie und Astrobiologie. Nun werden Wissenschaftler gezielt nach anderen Zuckern in interstellaren Wolken und protoplanetaren Scheiben suchen – vor allem nach Ribose und Desoxyribose, die die Grundlage der modernen DNA und RNA bilden. Diese Forschung könnte zeigen, wie universell die Prozesse der Bildung von Schlüsselbiomolekülen im Weltraum sind.
Die Entdeckung bestätigt auch, dass komplexe präbiotische Moleküle nicht nur entstehen, sondern auch unter den extremen Bedingungen des interstellaren Raums überleben – in kaltem, verdünntem Gas, unter Beschuss durch kosmische Strahlung. Das bedeutet, dass solche Moleküle überall in unserer Galaxie und darüber hinaus verbreitet sein können. Und das wiederum erweitert unsere Vorstellung davon, auf wie vielen Welten im Universum Leben entstehen könnte, das dem irdischen ähnelt.
