Chemische Reaktionen: Wie kosmischer Staub das Leben auf der Erde schuf

Kosmischer Staub könnte chemische Reaktionen auf der jungen Erde vorangetrieben haben. Dadurch seien organische Moleküle entstanden, erklärt eine internationale Forschungsgruppe.

Artikel veröffentlicht am 8. März 2024, 10:15 Uhr, Patrick Klapetz

Ein Asteroid zerbricht und produziert dabei Staub, der auch auf die Erde gelangt. (Bild: Nasa, JPL-Caltech)

Hat Staub aus dem Weltall die präbiotische Chemie während der Frühzeit der Erde in Gang gesetzt und am Laufen gehalten? Mit einem Computermodell hat eine Forschungsgruppe der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) und der Universität Cambridge dies überprüft.

Bevor das Leben auf der Erde entstehen konnte, brauchte es Chemie. Organische Moleküle bildeten sich aus den chemischen Elementen Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und Phosphor. Doch diese Elemente musste es zur Frühzeit der Erde im Überfluss geben, damit sie chemische Reaktionen starten und auch fortführen konnten. Zudem durfte der Nachschub nicht fehlen.

Jedoch waren und sind sie auf der Erde Mangelware. Trotzdem entwickelte sich in den ersten 500 Millionen Jahren unserer Erdgeschichte eine präbiotische Chemie, auf der alles Leben auf unserem Planeten beruht: organische Moleküle wie RNA, DNA, Fettsäuren oder Proteine.

Wie der kosmische Staub zu chemischen Reaktionen führte

Die Forschungsgruppe nimmt an, dass die benötigten Elemente durch kosmischen Staub auf die Erde gelangten. Diese wurden dann wohl über Transportsysteme wie Wind, Regen und Flüsse großräumig eingesammelt. An bestimmten Orten kam es zu konzentrierten Ablagerungen.

Mittels Computermodell konnte das Team simulieren, wie viel Staub in den ersten 500 Millionen Jahren auf der Erde niederging. Sie konnten auch zeigen, an welchen Orten er sich abgelagert haben könnte. In der Simulation flossen aktuelle Theorien ein. Etwa, dass sich die Erdoberfläche sehr rasch abkühlte, verfestigte und sich große Schmelzlöcher auf der Gletscheroberfläche (Eisschilde) bildeten. Diese Schmelzlöcher sollen die beste Umgebung für die Ansammlung von kosmischem Staub gewesen sein.

Anschließend könnten sich die Elemente aus dem Staub gelöst haben. Die chemische Reaktion könnte im Schmelzwasser eingesetzt sein, nachdem die Konzentration einen kritischen Schwellenwert erreicht hatte. Dies führte zur Bildung von organischen Molekülen. Als Nächstes will die Forschungsgruppe die Theorie experimentell im Labor überprüfen.

Zur Studie

Die Forschungsarbeit wurde am 19. Februar 2024 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy publiziert: Cosmic dust fertilization of glacial prebiotic chemistry on early Earth (Die Befruchtung der glazialen präbiotischen Chemie auf der frühen Erde durch kosmischen Staub).