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Originalveröffentlichung

1.
V. M. Rivilla, F. Fontani, M. T. Beltrán, A. Vasyunin, P. Caselli, J. Martín-Pintado, and R. Cesaroni
First detections of the key prebiotic molecule PO in star-forming regions

MPE Pressemeldung

Erster Nachweis des wichtigen präbiotischen Moleküls PO in Sternentstehungsgebieten

31. Mai 2016

Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern vom Arcetri Astrophysical Observatory in Florenz, dem Zentrum für Astrobiologie in Madrid und dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik hat zum ersten Mal das präbiotische Molekül PO in Sternentstehungsgebieten nachgewiesen. Dieses Molekül spielt eine Schlüsselrolle in der Doppelhelix-Struktur der DNS, und hängt daher direkt mit der Entstehung des Lebens im Universum zusammen.

In den letzten Jahren erlaubte die neuste Teleskopgeneration den Astronomen im interstellaren Raum Moleküle nachzuweisen, die eine wichtige Rolle in der präbiotischen Chemie spielen. Diese Moleküle sind die Bausteine der ersten lebenden Organismen; ihre Erforschung kann damit Aufschluss über den Ursprung des Lebens im Universum geben.

<p>Mehrere molekulare Spezies (Methanol, Methylformiat ...) wurden bereits von Astronomen in Gaswolken im All identifiziert. Nun konnte zum ersten Mal das präbiotische Molekül PO in den Sternentstehungsgebieten W51 e1/e2 und W3 (OH) nachgewiesen werden.</p> Bild vergrößern

Mehrere molekulare Spezies (Methanol, Methylformiat ...) wurden bereits von Astronomen in Gaswolken im All identifiziert. Nun konnte zum ersten Mal das präbiotische Molekül PO in den Sternentstehungsgebieten W51 e1/e2 und W3 (OH) nachgewiesen werden.

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Eines der wichtigsten Elemente für die Entwicklung des Lebens ist Phosphor (P). Chemische Verbindungen, die Phosphor enthalten, sind von wesentlicher Bedeutung für die Struktur und Energieübertragung in Zellen. Besonders wichtig ist die chemische Bindung zwischen Phosphor und Sauerstoff, PO, die für das Grundgerüst der Desoxyribonukleinsäure DNS notwendig ist – dem Makromolekül, das die genetische Information lebender Organismen speichert.

"Trotz seiner astrobiologischen Relevanz konnte man bisher das PO-Molekül nicht in den Regionen nachweisen, in denen Sterne gebildet werden", sagt Víctor M. Rivilla, Astronom an der Sternwarte Arcetri in Florenz (INAF-OAA). "Wir waren sehr daran interessiert, dieses Molekül in der Wiege der Sterne zu finden, denn dies würde bedeuten, dass ein Grundbaustein der DNS bereits in dem Gas enthalten ist, aus dem sich die Planeten bilden, die Leben hervorbringen könnten. Wir starteten daher ein Projekt um gezielt nach PO in Sternentstehungsgebieten zu suchen.“

Tatsächlich entdeckten die Astronomen nun zum ersten Mal das präbiotische Molekül PO in zwei Sternentstehungsregionen in unserer Galaxis: W51 e1/e2 und W3 (OH). Diese wichtige Entdeckung wird in Kürze im Astrophysical Journal veröffentlicht. Die Beobachtungen wurden mit dem 30m-Radioteleskop des Instituts für Radioastronomie im Millimeterbereich (IRAM) auf dem Pico Veleta (Granada, Spanien) durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Häufigkeit von Phosphor in Sternentstehungsregionen mehr als zehnmal höher ist als bisher angenommen.

<p>Mit dem IRAM-30m-Radioteleskop auf dem Pico Veleta (Granada, Spanien) beobachtetes Spektrum in Richtung des Sternentstehungsgebietes W51 e1/e2 Die spektralen Fingerabdrücke vieler organischer Moleküle können identifiziert werden, insbesondere von PO.</p> Bild vergrößern

Mit dem IRAM-30m-Radioteleskop auf dem Pico Veleta (Granada, Spanien) beobachtetes Spektrum in Richtung des Sternentstehungsgebietes W51 e1/e2 Die spektralen Fingerabdrücke vieler organischer Moleküle können identifiziert werden, insbesondere von PO.

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„Große organische Moleküle erhalten viel Aufmerksamkeit als Bausteine des Lebens – aber es gibt ein einfaches Molekül, das für die Gerüststruktur des genetischen Erbgutträgers DNS eine wichtige Rolle spielt: PO. Tatsächlich sind es Zucker-Phosphat-Gruppen mit PO-Bindungen, die die Wendeltreppe in der DNS zusammen halten", erklärt Anton Vasyunin vom Zentrum für astrochemische Studien (CAS) am MPE. In der CAS-Gruppe versuchen die Wissenschaftler zu verstehen, wie sich sowohl einfache als auch komplexe Moleküle - die Bausteine des Lebens - im interstellaren Medium bilden und entwickeln. "Unsere chemischen Modelle sind entscheidend dafür, die Beobachtungen zu interpretieren; deshalb haben wir sie auf diese neue Entdeckung von PO angewendet", betont Vasyunin. "Wir stellten fest, dass die Produktion von PO in der Nähe neugeborener Sterne effizienter ist, da diese die sie umgebende Wolke erwärmen. Unsere Modelle passen sehr gut zu den Beobachtungen.“

Paola Caselli, Co-Autorin der Studie und Direktorin des Zentrums für astrochemische Studien am MPE ist begeistert: "Diese Entdeckung ist ein bahnbrechendes Ergebnis. Die Suche nach präbiotischen Molekülen in Sternentstehungsgebieten steckt noch in den Kinderschuhen, aber ein weiterer Baustein des Lebens wurde nun gefunden - das bringt mehr Spannung in das Feld der Astrochemie. Die Zukunft ist rosig, dank großartiger Instrumente wie den IRAM-Teleskopen oder dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), die uns heute zur Verfügung stehen.“

"Diese Studie zeigt uns, dass Phosphor eine wichtige und reichlich vorhandene Zutat beim ‚Kochen‘ von Sternen, Planeten und vielleicht auch dem Leben ist", sagt Francesco Fontani (INAF-OAA), Co-Autor der Arbeit. "Vor einigen Jahren entdeckten wir bereits den einfachsten Zucker, Glykolaldehyd, in einem Sternentstehungsgebiet. Zucker und Phosphorverbindungen sind die Bausteine der Doppelhelix der DNS", fügt Maite Beltrán (INAF-OAA), Co-Autor der Arbeit, hinzu. "Deshalb helfen uns unsere Ergebnisse Schritt für Schritt zu verstehen, wie das Leben im Weltraum entstanden sein könnte.“

Dieser erste Nachweis der chemischen Bindung PO in Sternentstehungsgebieten haben grundlegende Implikationen für die präbiotische Chemie. "Bisher sind nur Moleküle, die Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthalten, detailliert in Sternbildungsregionen untersucht worden. Im Anschluss an unsere Entdeckung können wir nun auch anfangen, die Chemie des Phosphors im interstellaren Medium zu untersuchen, was uns wichtige Hinweise geben wird, wie die chemische Komplexität wachsen kann um komplexere, astrobiologische Moleküle zu bilden,“ sagt Jesús Martín-Pintado (CAB-CSIC ), Co-Autor der Arbeit.

 
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