24.01.2020

Baustein des Lebens mit langer Reise

Phosphormonoxid zeigt interstellare Herkunft von Sternentstehungsregion über Kometen bis zur Erde.

Phosphor gehört zu den Grundbausteinen des Lebens und ist unter anderem in der DNA und in den Zellmembranen vorhanden. Nicht geklärt war bis jetzt jedoch, wie Phosphor auf die Erde gelangte, als hier vor vier Milliarden Jahren Leben entstand. Erstmals konnten nun Forscher unter Beteiligung der Universität Bern nun zeigen, dass phosphor­haltige Moleküle sich in den Entstehungs­gebieten von Sternen bilden und wohl mit Kometen auf die Erde gelangten.
 

Abb.: Phosphorhaltige Moleküle aus dem All waren wichtig für die Entstehung...
Abb.: Phosphorhaltige Moleküle aus dem All waren wichtig für die Entstehung des Lebens. (Bild: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / Rivilla et al. / ESO / L. Calçada / ESA / Rosetta / NAVCAM / Mario Weigand / www.SkyTrip.de)

Neue Sterne und Planetensysteme entstehen in wolkenähnlichen Regionen aus Gas und Staub zwischen Sternen. So sind diese interstellaren Wolken der ideale Ort, um mit der Suche nach den Bausteinen des Lebens zu beginnen. „Leben entstand vor etwa vier Milliarden Jahren auf der Erde, aber wir wissen immer noch nicht, welche Prozesse dies überhaupt möglich gemacht haben“, sagt Víctor Rivilla vom Nationalen Institut für Astrophysik INAF in Florenz. Wie die neue Studie der Wissenschaftler zeigt, ist Phosphormonoxid ein Schlüsselteil im Puzzle der Entstehung des Lebens. Beteiligt an der Studie waren auch Forscher der Universität Bern, unter anderen die emeritierte Professorin Kathrin Altwegg vom Physikalischen Institut und Maria Drozdovskaya vom Center for Space and Habitability (CSH).

Auf der Hochebene Chajnantor in der chilenischen Atacama-Wüste betreibt die Europäische Südstern­warte ESO gemeinsam mit internationalen Partnern das Riesen­teleskop Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array ALMA. Die Beobachtungs­station besteht aus 66 Präzisions­antennen, die zu einem Interferometer-Radioteleskop zusammengeschaltet werden. ALMA erlaubt einen detaillierten Blick in die Stern­entstehungsregion AFGL 5142.

Die ALMA-Beobachtungen zeigten nun erstmals, wie sich phosphorhaltige Moleküle wie etwa Phosphor­monoxid bilden, wenn neue Sterne entstehen. Maria Drozdovskaya erklärt: „Gasflüsse von jungen massereichen Sternen öffnen Hohlräume in den interstellaren Wolken, und entlang der Wände dieser Hohlräume entstehen dank fotochemischer Prozesse phosphor­haltige Moleküle“. Die Forscher konnten auch zeigen, dass Phosphormonoxid das dort am häufigsten vorkommende phosphor­haltige Molekül ist.

In den Regionen, wo neue Sterne entstehen, kann das Phosphormonoxid ausfrieren und im Eis, das die Staubkörner in der interstellaren Wolke umgibt, gefangen werden. Noch bevor sonnenähnliche Sterne voll ausgewachsen sind, verbinden sich die eisigen Staubkörner zu Kieselsteinen, zu Bausteinen von Planeten als auch zu Kometen.

Um die interstellare Reise von Phosphormonoxid zu verfolgen, kombinierten die Forscher die ALMA-Daten mit Daten des Berner Massenspektrometers Rosina, das an Bord der ESA-Raumsonde Rosetta Daten des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko gesammelt hatte. Kathrin Altwegg erklärt: „Wir hatten zuvor in den Rosina-Daten Hinweise auf Phosphor gefunden, wussten aber nicht, welches Molekül den Phosphor zum Kometen gebracht hatte.“ Auf einer Konferenz sei sie von einer Astronomin, die mit ALMA Entstehungs­gebiete von Sternen untersucht, angesprochen worden: „Die Forscherin sagte, dass Phosphor­monoxid ein sehr wahrscheinlicher Kandidat wäre; also ging ich zurück zu unseren Rosina-Daten, und da war es!“

„Phosphor ist essenziell für das Leben, wie wir es kennen“, fügt Altwegg hinzu. „Kometen haben höchst­wahrscheinlich große Mengen an organischen Verbindungen zur Erde gebracht. Die Dokumentation der Reise von Phosphor­monoxid stärkt diese Verbindung zwischen Kometen und dem Leben auf der Erde.“

Die interstellare Reise des Phosphormonoxids aus den Stern­entstehungs­gebieten bis zur Erde konnte dank inter­disziplinärer Zusammenarbeit dokumentiert werden, wie Altwegg betont: „Der Nachweis von Phosphor­monoxid war nur möglich dank der Kombination von ESO-Daten vom Teleskop ALMA am Boden mit solchen von ESA-Daten vom Rosina-Instrument im Weltraum.“

U. Bern / DE
 

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