- Wissenschaftler untersuchten die organische Chemie in Meteoriten und identifizierten Zehntausende kohlenstoffbasierter Moleküle.
- Der Murchison-Meteorit ist ein kohliger Chondrit, der reich an organischen Verbindungen ist.
- Die Studie zeigt, dass sich die molekularen Fingerabdrücke des Murchison- und des Aguas-Zarcas-Meteoriten deutlich unterscheiden.
- Die neue Technik enthüllt nicht nur die molekulare Zusammensetzung, sondern ermöglicht auch die Abbildung einzelner Molekülstrukturen.
Wissenschaftler haben die in zwei Meteoriten erhaltene organische Chemie außergewöhnlich detailliert untersucht und dabei Zehntausende kohlenstoffbasierter Moleküle freigelegt sowie erstmals Strukturbilder einzelner Moleküle vorgelegt. An dem Forschungsvorhaben waren Wissenschaftler des National High Magnetic Field Laboratory (MagLab), der Florida State University und des Brookhaven National Laboratory beteiligt. Das Forschungsteam setzte das hochauflösende Massenspektrometer des MagLab sowie das atomar auflösende Mikroskop von Brookhaven ein, um Fragmente des 1969 in Australien eingeschlagenen Murchison-Meteoriten und des 2019 in Costa Rica niedergegangenen Aguas-Zarcas-Meteoriten zu untersuchen.
Die Ergebnisse wurden im The Planetary Science Journal veröffentlicht.
Meteoriten als chemische Zeitkapseln
Meteoriten können als chemische Zeitkapseln fungieren und Material aus der Entstehungsphase des Sonnensystems konservieren. Der Murchison-Meteorit ist besonders wertvoll, da er als kohliger Chondrit große Mengen an organischen Stoffen enthält und seit seinem Fall intensiv erforscht wird. Für die neue Analyse wurde das 21-Tesla-Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometer (FT-ICR) des MagLab verwendet, das in der Lage ist, in äußerst komplexen Mischungen eine Vielzahl von Verbindungen zu unterscheiden. Vor der Analyse lösten die Forscher winzige Fragmente der Meteoriten in organischen Lösungsmitteln. Dieses Verfahren offenbarte Zehntausende kohlenstoffbasierter Molekülbestandteile in jedem der beiden Meteoriten.
Diese Zahl bedeutet nicht, dass die Wissenschaftler Zehntausende völlig eigenständige Molekülstrukturen identifiziert hätten. Die massenspektrometrische Analyse liefert vor allem die vorhandenen Summenformeln, wobei unterschiedliche Molekülstrukturen dieselbe Summenformel aufweisen können.
Der Brookhaven-Wissenschaftler Percy Zahl untersuchte mit einem hochauflösenden, berührungslosen Rasterkraftmikroskop einzelne Moleküle im Meteoritenmaterial. Bei dieser Technik schwebt eine extrem feine Spitze über der Oberfläche. Das Mikroskop berührt die Moleküle nicht physisch, sondern misst die Wechselwirkungen zwischen Spitze und Material, um deren Struktur abzubilden. Die Kenntnis der elementaren Zusammensetzung eines Moleküls verrät nicht zwangsläufig, wie dessen Atome miteinander verknüpft sind. Unterschiedliche Anordnungen können Moleküle mit identischer Summenformel, aber verschiedener Struktur ergeben. Den Forschern zufolge kann die erfolgreiche Abbildung einzelner Moleküle in einer derart komplexen Mischung mühselige Arbeit von wenigen Tagen bis zu mehreren Monaten erfordern.
Das Forschungsteam wies darauf hin, dass dies der dritte dokumentierte Einsatz eines solchen Mikroskops an Meteoritenmaterial ist.
Chemische Profile unterschiedlicher Meteoriten
Diese Kombination lieferte den Wissenschaftlern zwei komplementäre Perspektiven: Die Massenspektrometrie lieferte einen umfassenden Überblick über das chemische Inventar, während die Mikroskopie die Strukturen ausgewählter Moleküle sichtbar machen konnte. Der Vergleich zwischen Murchison und Aguas Zarcas erbrachte ein weiteres wichtiges Ergebnis. Obwohl beide Meteoriten derselben Klasse kohlenstoffreicher Meteoriten angehören und äußerlich ähnlich sind, unterscheiden sich ihre molekularen Fingerabdrücke erheblich. Nur ein relativ kleiner Teil der komplexen Molekülbestandteile überschneidet sich. Dies deutet darauf hin, dass die Mutterkörper dieser Materialien während ihrer Entstehung und anschließenden Entwicklung unterschiedlichen chemischen Umgebungen ausgesetzt waren. Das Ergebnis erhärtet die Belege dafür, dass das frühe Sonnensystem chemisch nicht einheitlich war.
Asteroiden können unterschiedlichen Kombinationen aus Erhitzung, Umwandlung, wassergesteuerten Reaktionen und weiteren Prozessen ausgesetzt sein, die jeweils eigene chemische Merkmale hinterlassen, die schließlich zur Erde gelangen. Murchison selbst ist besonders alt. Die Forscher beschreiben ihn als mindestens 5,5 Milliarden Jahre alt und damit älter als die Erde, was ihn zu einem Fenster in die Materialien vor der Entstehung unseres Planeten macht.
Der Befund zeigt nicht, dass Leben oder gar unmittelbare Vorläufer des Lebens aus diesen Meteoriten stammen. Vielmehr verdeutlicht er den chemischen Reichtum extraterrestrischer Stoffe. Organische Verbindungen sind in Meteoriten weit verbreitet, und einige Exemplare bewahren Material, das vor oder während der frühesten Phase der Entstehung des Sonnensystems existierte. Der Murchison-Meteorit hatte zuvor bereits Belege für präsolare Körner geliefert – winzige Partikel, die vor der Entstehung der Sonne gebildet wurden und im Inneren des Meteoriten überdauert haben. Das Field Museum in Chicago, das den Großteil des Murchison-Meteoriten besitzt, bezeichnet ihn als einen der am umfassendsten untersuchten kohligen Chondriten.
Die neue Arbeit verlagert diese Untersuchung in eine präzisere Richtung: Nicht mehr nur die Frage, welche Elemente und Moleküle überdauert haben, sondern nun auch die Frage, wie einzelne extraterrestrische Moleküle tatsächlich aussehen. Die Kombination aus chemischer Kartierung und molekularer Bildgebung könnte den Forschern ein detaillierteres Bild des organischen Inventars im frühen Sonnensystem liefern und ihnen helfen, die chemischen Ausgangsbedingungen für die Entstehung von Planeten und letztlich von Leben besser zu verstehen.
Erkenntnisse der Meteoritenforschung für das frühe Sonnensystem
Die Erforschung von Meteoriten liefert tiefgreifende Einblicke in die chemischen Bedingungen des frühen Sonnensystems. Die besonderen Eigenschaften des Murchison-Meteoriten zeigen, dass Meteoriten nicht nur Material aus der Entstehungszeit konservieren, sondern auch die chemische Entwicklung unterschiedlicher Asteroiden widerspiegeln. Diese Befunde unterstreichen die chemische Vielfalt des frühen Sonnensystems und liefern wichtige Hinweise auf die Bedingungen, die für die Entstehung von Leben maßgeblich waren. Organische Verbindungen in Meteoriten könnten Vorläufer des Lebens darstellen, was die Suche nach außerirdischem Leben weiter vorantreibt.