Wie ist das Leben entstanden? Hochenergetische Teilchen der Sonne könnten der Schlüssel sein

Wie begann das Leben auf der Erde? Dies ist eines der größten Mysterien der modernen Wissenschaft. Jüngste Studien haben ergeben, dass hochenergetische Teilchen der Sonne der Schlüssel sein könnten.

Frühe Theorien über den Ursprung des Lebens

Als die Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstand, war sie eine kahle Felskugel, die häufig von Meteoriten getroffen wurde und übersät war mit ausbrechenden Vulkanen. Auf Grundlage geophysikalischer Daten und vorhandener Fossilienfunde gehen Wissenschaftler davon aus, dass sich auf der Erde bereits während der Hadäischen Periode vor 4,5 bis 3,8 Milliarden Jahren lebensfreundliche Bedingungen entwickelt haben. Was wir jedoch nie wissen konnten, ist, welche Umweltbedingungen damals zur Entstehung komplexer chemischer Eigenschaften führten.

Künstlerische Darstellung der frühen Erde. (Foto/NASA)

Auf der Suche nach dem Ursprung des Lebens ist eines der bekanntesten Experimente das sogenannte Miller-Urey-Experiment. Im Jahr 1952 führten Stanley Miller von der Universität Chicago und der Nobelpreisträger Harold Urey ein Experiment durch, bei dem sie Wasser, Ammoniak, Wasserstoff und Methan in einen geschlossenen Glasbehälter injizierten, um die Atmosphäre zu simulieren, die man für die frühe Erde hielt. Anschließend simulierten sie einen Blitz, indem sie wiederholt elektrische Funken in den Behälter schickten.

Nach einer Woche stellten sie fest, dass sich im Behälter Glycin, Alanin und Asparaginsäure gebildet hatten. Und wir wissen, dass Aminosäuren die Rohstoffe für Proteine ​​und alles zelluläre Leben sind. Im Jahr 1953 veröffentlichten Miller und Urey offiziell die Ergebnisse dieses Experiments, das nach seiner Veröffentlichung enorme Auswirkungen hatte. Es lässt darauf schließen, dass die komplexen organischen Moleküle, die für die Entstehung des Lebens notwendig waren, aus einigen der Grundbestandteile der Atmosphäre der frühen Erde entstanden sein könnten. Viele Wissenschaftler glauben daher, dass das Leben aus einer solchen „Ursuppe“ entstand, die reich an den Grundmolekülen des Lebens ist und die der von Darwin beschriebene „warme kleine Teich“ darstellt.

Allerdings ist die Antwort auf die Frage nach dem Ursprung des Lebens nicht so einfach. In den letzten 70 Jahren hat eine Reihe neuer Entdeckungen diese Erklärung noch verwirrender gemacht. Eines der Hauptprobleme besteht darin, dass Wissenschaftler herausgefunden haben, dass Ammoniak und Methan in der frühen Erdatmosphäre nicht so häufig vorkamen wie bisher angenommen. Stattdessen war die Atmosphäre der frühen Erde voller Kohlendioxid und Stickstoff. Obwohl Kohlendioxid und Stickstoff ebenfalls Aminosäuren produzieren können, erfordert der Abbau dieser beiden Moleküle mehr Energie und die Menge der produzierten Aminosäuren wird stark reduziert.

Eine effizientere Energiequelle

Welche anderen Ereignisse könnten also die Energie für den Abbau dieser Moleküle liefern? Am 28. April 2023 entdeckten Wissenschaftler in einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Life veröffentlicht wurde, bei der Analyse von Daten, die vom Kepler-Projekt der NASA gesammelt wurden, eine neue Quelle für Aminosäuren: hochenergetische Teilchen von der Sonne!

Wir wissen, dass die Sonne, wie alle anderen Sterne, einen Lebenszyklus hat. Im Laufe seiner Lebensdauer variieren Helligkeit und Größe. Eine Studie aus dem Jahr 2016 deutete darauf hin, dass die Sonne vor etwa 4 Milliarden Jahren nur etwa drei Viertel so hell war wie heute. Obwohl die junge Sonne schwächer leuchtete als heute, wurde ihre Oberfläche von gewaltigen Eruptionen erschüttert, die häufig starke „Superflares“, gewaltige Licht- und Strahlungsausbrüche, erzeugten. Solche Superflares werden oft von riesigen koronalen Massenauswürfen begleitet, die in den Weltraum schießen.

Explosive Sonnenereignisse, zu denen Sonneneruptionen, koronale Massenauswürfe und energiereiche Sonnenpartikelereignisse gehören. (Foto/NASA Goddard Space Flight Center) (GIF: https://www.nasa.gov/science-research/heliophysics/a-stormy-active-sun-may-have-kickstarted-life-on-earth/)

Heute kommt es nur etwa alle hundert Jahre zu Superflares dieser Stärke. Doch wenn es passiert, wird es erhebliche Auswirkungen auf moderne Technologien wie Stromnetze, Satelliten, Kommunikation und Navigation haben. Vor vier Milliarden Jahren kam es jedoch alle paar Tage zu Superflares, die große Mengen an Partikeln ausstießen, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegten. Diese energiereichen Teilchen dringen in die Erdatmosphäre ein und lösen chemische Reaktionen aus.

Um zu testen, ob diese energiereichen Teilchen der Sonne die Energiequelle für die Produktion von Aminosäuren waren, erzeugten die Forscher in der neuen Studie eine Gasmischung, die unserem heutigen Verständnis der Atmosphäre der frühen Erde entsprach. Da jedoch die Menge an Methan in der Atmosphäre der frühen Erde noch nicht bekannt ist und nur davon ausgegangen werden kann, dass sie sehr gering war, mischten sie eine unbestimmte Menge Methan mit Kohlendioxid, molekularem Stickstoff und Wasser.

Anschließend schossen sie im Experiment Protonen in das Gasgemisch, um die hochenergetischen Teilchen der Sonne zu simulieren. Gleichzeitig simulierten sie einen Blitz, indem sie eine elektrische Funkenentladung einschalteten, um das Gasgemisch zu entzünden.

Die Ergebnisse zeigten, dass bei einem Methananteil von über 0,5 % das mit Protonen (einer simulierten Form von Sonnenpartikeln) bombardierte Gasgemisch nachweisbare Mengen an Aminosäuren produzieren konnte. Zur Bildung von Aminosäuren durch elektrische Funkenentladungen, analog zu Blitzen, sind jedoch Methankonzentrationen von etwa 15 % erforderlich.

Und selbst wenn der Methangehalt 15 % erreicht, beträgt die Rate, mit der durch Funkenentladung Aminosäuren produziert werden, nur ein Millionstel der Rate von Protonen. Darüber hinaus neigen Protoneneinschläge dazu, mehr Carbonsäuren, die Vorläufer von Aminosäuren, zu produzieren als Funkenentladungen. Es scheint, dass Sonnenpartikel unter sonst gleichen Bedingungen eine effizientere Energiequelle darstellen als Blitze.

Natürlich ist das Rätsel um den Ursprung des Lebens durch diese Forschung nicht gelöst. Der Ursprung des Lebens ist eine großartige und komplexe Angelegenheit. Es fällt uns schwer, genau zu beschreiben, wo und wie das alles passiert ist. Wir können nur weiter forschen und nach der geeignetsten Möglichkeit suchen, den Ausgangspunkt wiederherzustellen, der Billionen von Arten auf der Erde hervorgebracht hat.

Link zum Artikel:

https://www.mdpi.com/2075-1729/13/5/1103

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Prinzip

Gutachter: Tao Ning, Assoziierter Forscher, Institut für Biophysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

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