Phosphor: Vom interstellaren Raum zur irdischen Biochemie

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Erforschung der kosmischen Evolution von Phosphor, einem Schlüsselelement für das Leben auf der Erde, eröffnet neue Perspektiven auf die Entstehung und Verteilung von Molekülen im Universum.

Phosphor ist ein essentielles Element für das Leben, wie wir es kennen, und spielt eine zentrale Rolle in der Biochemie der Erde. Doch seine Reise von den Weiten des interstellaren Raums bis hin zu seiner Integration in irdische Lebensformen ist ein faszinierendes Rätsel, das Wissenschaftler weltweit beschäftigt. Die chemische Vielfalt astronomischer Objekte, von Planeten über Kometen bis hin zu galaktischen Gaswolken, stellt eine große Herausforderung für die Astrochemie dar. Wie entstehen diese vielfältigen chemischen Zusammensetzungen aus dem kosmischen Kreislauf von Sterngeburt und -zerstörung?

Trivalenter Phosphor, der mit anaeroben Bedingungen auf der Erde in Verbindung gebracht wird, wurde auch in den Atmosphären von Gasriesen und im fernen interstellaren Medium entdeckt. Phosphate sind in bestimmten Meteoriten und auf dem Saturnmond Enceladus vorhanden. Die Frage, wie Phosphor zwischen diesen Umgebungen wandert und schließlich zentral für das Leben auf der Erde wird, ist Gegenstand intensiver Forschung. Wissenschaftler des Instituts für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften untersuchen in Labors auf der Erde die Eigenschaften unbekannter Moleküle, die möglicherweise durch den interstellaren Raum wandern.

Die Beobachtung von Molekülen, die den harschen Bedingungen des interstellaren Mediums standhalten oder in dichten planetaren Atmosphären Schutz finden, ist eine der Herausforderungen der modernen Astronomie. Unsättigte organische Nitrile, wie Wasserstoffcyanid (HCN) und Cyanoacetylen (HCCCN), spielen eine wichtige Rolle in der Chemie des interstellaren Mediums und könnten zur Bildung von Aminosäuren und Proteinen beitragen. Im Vergleich dazu ist die Häufigkeit von Phosphor in unserer Galaxie etwa 200 Mal geringer als die von Stickstoff, was sich in der geringen Anzahl von bisher identifizierten P-haltigen Verbindungen widerspiegelt.

Dennoch ist Phosphor auf der Erde häufiger als im Universum insgesamt und findet sich in Nukleotiden, Phospholipiden und Nukleinsäuren, die für das Leben unerlässlich sind. Die Identifizierung von Phosphorträgern im interstellaren Medium und deren Umwandlung in die auf der Erde beobachteten Substanzen bleibt eine der großen Herausforderungen der Wissenschaft. Ein Team um Prof. Robert Kołos vom Institut für Physikalische Chemie in Warschau hat sich dieser Herausforderung angenommen und untersucht die Photochemie von Phosphabutyne, einem potenziellen Phosphorträger.

In ihren Experimenten wurde Phosphabutyne in inertem Eis eingebettet und ultraviolettem Licht ausgesetzt, was zu einer Isomerisierung und dem Verlust von Wasserstoff führte. Die dabei entstandenen Produkte, Phosphabutadiyn und Vinylphosphaethyn, sind sehr reaktiv und daher unter normalen Laborbedingungen instabil. Durch den Einsatz kryogener Techniken konnten diese Moleküle jedoch stabilisiert und spektroskopisch charakterisiert werden. Die Ergebnisse dieser Forschung könnten helfen, die Reaktionen im interstellaren Medium besser zu verstehen und neue Wege zur Identifizierung von Phosphorträgern zu eröffnen.

Die Fortschritte in der Instrumentierung ermöglichen es, Moleküle in immer geringeren Konzentrationen zu identifizieren. HC3P, das Phosphor-Analogon des bekannten Astromoleküls HC3N, könnte ein Kandidat für die Detektion mit dem James Webb Space Telescope sein. Mit der Zeit hoffen die Forscher, mehr über die Rolle solcher Phosphorträger im Universum und ihre Bedeutung für den Ursprung des Lebens zu erfahren.

Unseren KI-Morning-Newsletter «Der KI News Espresso» mit den besten KI-News des letzten Tages gratis per eMail - ohne Werbung: Hier kostenlos eintragen!