Biologische Asymmetrie aus dem Weltraum

Forscher aus Bremen und Frankreich analysierten bestrahlte Aminosäuren unter Weltraumbedingungen

Ein internationales Wissenschaftler-Team hat jetzt einen weiteren Beleg für die These vorgelegt, dass der Ursprung des irdischen Lebens aus dem Weltraum stammt. Der Bremer Chemiker Dr. Uwe Meierhenrich (Universität Bremen und Nizza) hat gemeinsam mit Dr. André Brack (Orléans) und Dr. Laurent Nahon (Orsay) in einem Experiment mit Aminosäuren herausgefunden, dass die biologische Asymmetrie bereits im interstellaren Raum entstehen kann.

Biologie ist nicht symmetrisch. Fußballspieler bevorzugen den rechten oder linken Fuß zum Schießen und auch beim Schreiben wird die rechte oder die linke Hand bevorzugt eingesetzt. Eine weitere grundlegende Asymmetrie finden wir in unserem Körper: Das Herz befindet sich an der linken Seite, wohingegen die Leber rechts angeordnet ist. Hier ist die Symmetrie gebrochen. Aber: Gibt es dieses bekannte Phänomen auch auf molekularem Niveau? „Ja“! Biologische Moleküle wie Aminosäuren werden in Proteine nur in der linken Form eingebaut. Zuckermoleküle finden nur in ihrer rechten Form Verwendung in der Desoxyribonukleinsäure DNS. Auch Geschmacks- und Geruchstoffe sind typische Beispiele zur unterschiedlichen Wahrnehmung von rechten und linken Molekülen. In den Naturwissenschaften wird dieses weit verbreitete Phänomen, das im Jahre 1847 von dem französischen Chemiker Louis Pasteur entdeckt worden war, als biomolekulare Asymmetrie bezeichnet.

Warum wählt die Biologie linksförmige Aminosäuren?

Zahlreiche Beispiele einer biomolekularen Asymmetrie wurden intensiv und detailliert studiert. Jedoch ist die grundlegende Frage bis heute nicht verstanden. Wie hat die Biologie die linksförmigen Aminosäuren zur Konstruktion von Proteinen ausgewählt? Warum nutzte die Biologie nicht etwa die rechtshändigen Aminosäuren? Beide Formen können im Labor einfach in gleichen Mengen (als so genanntes razemisches Gemisch) hergestellt werden. War dies eine zufällige oder determinierte, d.h. vorherbestimmte Auswahl?

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter deutsch-französischer Leitung hat den Ursprung dieser Asymmetrie nun bis in den Weltraum zurückverfolgt. Dr. Uwe Meierhenrich (Universität Bremen und Universität Nizza), Dr. Laurent Nahon (Synchrotron-Zentrum Soleil) und Dr. André Brack (CNRS-Orléans) vertreten die Meinung, dass der Ursprung der biomolekularen Asymmetrie infolge der Bestrahlung von Aminosäuren bereits im Weltraum stattfand. Während dieser Bestrahlung werden – so die Vermutung – symmetrische Aminosäuren (razemische Mischungen) asymmetrisch. Um diese Hypothese zu testen, wurde die symmetrische Aminosäure Leucin zirkular polarisierter Strahlung im ultravioletten Bereich unterzogen. Zum ersten Mal wurde damit eine Aminosäure in fester Phase dieser Strahlung im Labor ausgesetzt, um Weltraumbedingungen zu simulieren.

Uwe Meierhenrich sagte, dass „der Durchbruch unserer intensiven Studien, an denen wir jahrelang oft Tag und Nacht arbeiteten, mit der Idee kam, Aminosäuren in fester Phase zu bestrahlen. Vorherige Experimente in Laboratorien der U.S.A. setzten Aminosäuren in flüssiger Phase ein, also als wässrige Lösung, was unter interstellaren Gesichtspunkten nicht als repräsentativ angesehen werden kann.“ Laurent Nahon, verantwortlich für den Lichtkanal SU5 im Synchrotron-Zentrum LURE (Orsay, Frankreich), wo das spezielle Licht generiert worden war, ist stolz auf die benutzten Instrumente: „Der Lichtkanal SU5 bietet uns weltweit die einzige Möglichkeit, zirkular polarisierte Strahlung im Vakuum-UV-Bereich mit hohem Strahlungsfluss unter kontrollierter Polarisation einzusetzen. Wir sind insbesondere froh, dass wir diese einzigartige Technik auch im Synchrotron-Zentrum SOLEIL benutzen können, welches sich derzeit in St Aubin, Frankreich, im Bau befindet und wohin das Herzstück des SU5-Lichtkanals bereits transferiert wurde, um dort unter neuem Namen DESIRS zur wissenschaftlichen Verfügung zu stehen.“

These: Ursprung des Lebens liegt im All

Meierhenrichs und Nahons Arbeitsgruppen setzten eine neue analytische Methode ein, die es ihnen überraschenderweise erlaubte, den selektiven Abbau der Linksform der Aminosäure Leucin nach Bestrahlung mit rechts zirkular polarisierter Strahlung zu beobachten. Ein hoher Enantiomerenüberschuss von 2,6 % der Aminosäure Leucin wurde gemessen. Die Ergebnisse werden in der internationalen Ausgabe der Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.

Die Ergebnisse haben weitreichende und faszinierende Konsequenzen zum Verständnis des Ursprungs des Lebens und dessen Evolution auf der Erde. Die Ergebnisse legen nahe, dass die biomolekulare Asymmetrie von Aminosäuren bereits im interstellaren Weltraum erzeugt worden war, lange vor dem Ursprung und der biologischen Evolution des Lebens auf der Erde. Später wurden die asymmetrischen Aminosäuren vermutlich via (Mikro-) Meteoriten und Kometen auf die Erde geliefert, wo sie den Ursprung des Lebens auslösten.