Chemie im Weltraum - fruchtbare Beiträge zur Lebensentstehung?

Jüngst wurde auf den Wissenschaftsseiten der Tagespresse der spektroskopische Nachweis von Vinylalkohol im interstellaren Raum (Sagittarius B2N, Sternbild: Schütze) zitiert. Der Befund von TURNER & APPONI (2001) wurde in den populären Darstellungen im Gegensatz zur Originalarbeit mit Spekulationen über die Beteiligung dieses Stoffes am Aufbau biologisch wichtiger Moleküle verknüpft und damit in Zusammenhang mit der Entstehung des Lebens gebracht. Den Wissenschaftlern geht es in der erwähnten Arbeit jedoch nur darum, die durch die spektralen Daten repräsentierten Stoffe in ihrer chemischen Synthese und Häufigkeitsverteilung nachvollziehen zu können.

Die chemischen Vorgänge im Weltall unterscheiden sich von gängigen Synthesereaktionen im Labor dadurch, dass die Konzentration der Ausgangsstoffe um viele Größenordnungen geringer ist, d.h. es kommt viel seltener zu einem Zusammenstoß, der eine chemische Reaktion zur Folge haben könnte. Außerdem kommen im Weltraum die einzelnen Moleküle typischerweise völlig isoliert vor, d.h. sie sind nicht von einem anderen Medium, z.B. dem Lösungsmittel, umgeben. Lösungsmittelmoleküle nehmen bei Reaktionen durch verschiedenste Formen der Energieübertragung teil, diese Prozesse entfallen also im Kosmos.

TURNER & APPONI haben mit Hilfe eines 12 m-Teleskops in einer bestimmten Region des Weltalls im Sternbild Schütze (Sagittarius B2N) durch die Analyse von Radiowellen Hinweise auf das Vorhandensein von Vinylalkohol gefunden. Durch Vergleiche mit den Isomeren Acetaldehyd und Ethylenoxid, welche bereits in früheren Arbeit im Weltall nachgewiesen wurden, diskutieren sie verschiedene Modelle der Synthese. Vinylalkohol, Acetaldehyd und Ethylenoxid werden als Isomere bezeichnet, weil sie alle dieselbe Summenformel C2H4O aufweisen, sich aber in der Verknüpfung der Atome unterscheiden. Die am häufigsten diskutierten Modelle sind Reaktionen in der Gasphase oder an der Oberfläche von kleinsten Partikeln. Die bisher vorliegenden Daten reichen aber für eine Klärung noch nicht aus.

Vinylalkohol ist aufgrund der darin enthaltenen C=C-Doppelbindung für den Aufbau von komplexeren Molekülen interessant. Eine erhöhte Reaktivität gilt aber nicht nur für den Aufbau gewünschter Verbindungen, sondern ist unspezifisch, d.h. Reaktionen führen auch zu biologisch nicht erwünschten Produkten. Vinylalkohol ist im Labor gar nicht beständig, sondern isomerisiert unter katalytischer Beteiligung eines Wassermoleküls zu Acetaldehyd. Der Nachweis von Vinylalkohol ist somit zwar eine chemisch durchaus interessante Entdeckung, diese eröffnet aber noch lange nicht die Tür zu einem Syntheselabor, welches im Weltall die erwünschten Bausteine für biochemische Systeme erzeugen könnte.

Entsprechendes gilt auch für den Nachweis von Glycolaldehyd (C2H4O2) im interstellaren Raum, der von HOLLIS et al. (2000) veröffentlicht worden ist. In dieser Arbeit weisen die Autoren auf die Bedeutung von Glycolaldehyd für die Synthese von Kohlenhydraten und in Verbindung damit auf die biologische Relevanz hin. Sie deuten aber auch an, dass bisher kein chemisch plausibles Modell zur Synthese von Kohlenhydraten auf der Basis der Formose-Reaktion (in deren Verlauf Glycolaldehyd als Zwischenstufe auftritt) vorliegt.

Die hier dargestellten Entdeckungen sind also durchaus von Interesse und könnten sich als hilfreich erweisen für ein besseres Verständnis von chemischen Vorgängen im Kosmos. Bei Spekulationen über Synthese von biologisch bedeutsamen Verbindungen im Weltall sollten aber alle chemisch-physikalischen Gegebenheiten (Konzentration, Energie, Reaktionsmöglichkeiten, u.a.) Berücksichtigung finden. Vor allem sollte nicht vergessen werden, dass selbst unter Nutzung aller chemischen Erkenntnisse und Techniken bisher kein plausibles geschlossenes Modell vorliegt für die Synthese von biologisch bedeutsamen Makromolekülen, ganz zu schweigen von der Genese lebender Systeme.

[TURNER BE & APPONI AJ (2001) Microwave detection of interstellar vinyl alcohol, CH2=CHOH. The Astrophys. J. 561, L207-L210; HOLLIS JM, LOVAS FJ & JEWELL PR (2000) Interstellar glycolaldehyde: the first sugar. Astrophys. J. 540, L107-L110.]

HB