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Wie das Lebenselement Phosphor zur Erde kam

Astronomen haben die Reise des Phosphors von den Sternentstehungsgebieten bis zu den Kometen verfolgt, indem sie Daten von ALMA und der Sonde Rosetta kombiniert haben. (Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.; ESO/L. Calçada; ESA/Rosetta/NAVCAM; Mario Weigand, www.SkyTrip.de)

Wie gelangte der lebenswichtige Phosphor einst auf unseren Planeten? Astronomen haben nun den Weg des Elements nachgezeichnet. Demnach entstanden phosphorhaltige Moleküle in den Kinderstuben der Sterne und wurden später durch Kometen auf die Erde gebracht. Konkret hat offenbar die Verbindung Phosphormonoxid eine entscheidende Rolle als Transportsubstanz gespielt und damit zum Beginn des Lebens auf unserem Planeten beigetragen.

Fünf Elemente bilden die Grundlage des irdischen Lebens: Neben Kohlen-, Wasser-, Sauer- und Stickstoff läuft auch ohne Phosphor buchstäblich nichts: Neben seiner Bedeutung für die Struktur der DNA bildet es ein zentrales Element für die Verbindung Adenosintriphosphat (ATP), die den Lebewesen die Speicherung und Übertragung von Energie ermöglicht. Im Gegensatz zu den anderen Lebenselementen ist Phosphor allerdings auf der Erde vergleichsweise selten und liegt in oft schwer verfügbaren Verbindungen vor. Man nimmt bereits an, dass es in leichter verfügbaren Formen durch Kometen auf die junge Erde gelangt ist und dadurch zu einem Baustein des Lebens werden konnte. Ein internationales Forscherteam hat nun mehr Licht in diese Geschichte gebracht.

Ursprung in den Kinderstuben der Sterne

Wie und wo die phosphorhaltigen Moleküle entstanden sind, konnten die Wissenschaftler durch Daten des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) beleuchten. Durch den detaillierten Blick in die Sternentstehungsregion AFGL 5142 verdeutlichten sie, dass sich phosphorhaltige Moleküle in den Kinderstuben der Sterne bilden. „Gasflüsse von jungen massereichen Sternen öffnen dort Hohlräume in den interstellaren Wolken, und entlang der Wände dieser Hohlräume entstehen dank photochemischer Prozesse phosphorhaltige Moleküle“, erklärt Co-Autorin Maria Drozdovskaya von der Universität Bern. Aus den Daten geht den Forschern zufolge zudem hervor, dass Phosphormonoxid das am häufigsten vorkommende phosphorhaltige Molekül in den Hohlraumwänden ist, berichten die Wissenschaftler.

Ihrer Erklärung zufolge kann das Phosphormonoxid anschließend ausfrieren,
wenn die Gaswolken zu Sternen zusammenfallen – insbesondere im Fall eines weniger massereichen Sterns wie der Sonne. Das phosphorhaltige Molekül sammelt sich dabei in eisigen Staubkörnern an, sagen die Wissenschaftler. Noch bevor der Stern vollständig gebildet ist, vereinigen sich diese Partikel in der ihn umgebenden Staub- und Gasscheibe zu immer größeren Brocken und formen schließlich Kometen, die dadurch zu Transportern des Phosphormonoxids werden können.

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Kometen als Boten

Dass diese Verbindung tatsächlich mit Kometen unterwegs ist, konnten die Wissenschaftler durch Untersuchungsergebnisse der Rosetta-Mission am Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko untermauern. Während Rosetta den Himmelskörper umkreiste, erfasste das Instrument „ROSINA“ (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) zwei Jahre lang Daten von „Tschuri“. Dabei ergaben sich Hinweise auf Phosphor – es blieb allerdings lange unklar, welches Molekül das Element enthielt. Nun konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass es sich um Phosphormonoxid handelt. So zeichnete sich schließlich die Verbindung zwischen den Sternentstehungsgebieten, in denen das Molekül entsteht, über die Kometen als Transporteure bis hin zur Erde deutlich ab.

„Die Kombination der ALMA- und ROSINA-Daten hat eine Art chemischen Strang während des gesamten Prozesses der Sternentstehung aufgedeckt, bei dem Phosphormonoxid die dominierende Rolle spielt“, resümiert der Erstautor der Studie Víctor Rivilla vom
INAF Arcetri Astrophysical Observatory in Florenz. „Das Leben erschien auf der Erde vor etwa vier Milliarden Jahren, aber wir wissen immer noch nicht, welche Prozesse es hervorbrachten“, betont der Wissenschaftler. Die neuen Ergebnisse liefern dazu also nun neue Hinweise: Phosphormonoxid könnte demnach eine Schlüsselrolle in der geheimnisvollen Entstehungsgeschichte des Lebens gespielt haben.

Quelle: ESO, Fachartikel: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

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