Osaka (Japan) – Bei der Suche nach außerirdischem Leben erhoffen sich japanische Forschende von einer neu entwickelten Methode eine neue Möglichkeit zur Unterscheidung von Aminosäuremolekülen biologischen und nichtbiologischen Ursprungs.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Aminosäuren als mögliche Biosignaturen
Im Mittelpunkt der Suche nach außerirdischem Leben stehen sogenannte Biosignaturen. Dabei handelt es sich um chemische oder physikalische Merkmale, die auf biologische Prozesse hindeuten oder diese sogar nachweisen. Eine wichtige Rolle spielen dabei Aminosäuren, also die Grundbausteine von Proteinen.
Besonders interessant ist deren sogenannte Chiralität: Aminosäuren können in zwei spiegelbildlichen Formen vorkommen, der L- und der D-Form. Obwohl beide Formen chemisch dieselbe Zusammensetzung besitzen, unterscheiden sie sich räumlich.
Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Takahito Oshiro und Masateru Taniguchi von der University of Osaka aktuell im Fachjournal „Nature Communications“ (DOI: 10.1038/s41467-026-77947-6) berichten, findet man bei lebenden Organismen nahezu ausschließlich Aminosäuren in der L-Form. Zucker kommen hingegen überwiegend in der D-Form vor. Bei nichtbiologischen chemischen und physikalischen Prozessen entstehen dagegen grundsätzlich beide Formen in vergleichbaren Mengen. Das Verhältnis von L- und D-Formen kann deshalb Hinweise darauf liefern, ob eine Probe biologischen Ursprungs ist oder eben nicht.
Einzelne Moleküle elektrisch unterscheiden
Bisherige Verfahren zur Analyse solcher Proben untersuchen größere Molekülgruppen und sind meist entsprechend aufwendig. In Ihrer Arbeit verfolgten die Forschenden nun einen neuen, elektrischen Ansatz, der ohne chemische Analysen auskommen.
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Dafür nutzte das Team eine nanotechnologische Anordnung aus zwei Golddrähten mit einem winzigen Spalt. Passieren nun einzelne Moleküle diesen sogenannten Nanospalt, entsteht ein elektrischer Tunnelstrom, dessen charakteristische Signalform sich abhängig davon, welche Aminosäureform den Spalt durchquert, unterscheidet.
Auf diese Weise konnten die Forschenden einzelne Moleküle elektrisch erfassen und anschließend mithilfe künstlicher Intelligenz zwischen deren L- und D-Form unterscheiden. Nach Angaben von Oshiro, Kolleginnen und Kollegen erreichte das Verfahren dabei eine Genauigkeit von über 80 Prozent.
Tests mit Meteoriten- und Bodenproben
Eine besondere Herausforderung für mögliche Anwendungen in der Astrobiologie besteht laut den Autoren darin, dass natürliche Proben nicht nur aus einzelnen, isolierten Molekülen bestehen. Um zu überprüfen, ob das Verfahren auch unter realistischeren Bedingungen funktioniert, testete das Team deshalb natürliche Proben und untersuchten unter anderem Material des bekannten Murchison-Meteoriten sowie Bodenproben aus der Atacama-Wüste in Chile. Letztere gilt aufgrund ihrer extrem trockenen Umweltbedingungen als irdischen Gegenstück der Bedingungen auf dem Mars.
Laut Studie konnte die elektrische Methode in diesen komplexen Mischungen die wesentlichen Merkmale der Aminosäurezusammensetzung ähnlich gut erfassen wie traditionelle Analyseverfahren.
Perspektive für die Suche nach Leben
Die Forschenden sehen in der Kombination aus Einzelmolekülmessung, Nanotechnologie und künstlicher Intelligenz deshalb einen möglichen Weg zu kompakteren Analyseinstrumenten. Langfristig könnten derartige Systeme für astrobiologische Missionen interessant werden, bei denen Proben direkt vor Ort untersucht werden müssen. Insbesondere die Möglichkeit, einzelne Moleküle ohne klassische chemische Reagenzien zu analysieren, könnte dabei von Bedeutung sein.
Die vorgestellte Methode stelle allerdings zunächst lediglich einen technologischen Ansatz zur Erkennung einer möglichen Biosignatur dar. Ein Nachweis unterschiedlicher Aminosäureformen allein wäre noch kein unmittelbarer Beleg für außerirdisches Leben. Entscheidend wäre vielmehr die Interpretation der gefundenen Zusammensetzung im jeweiligen geologischen und chemischen Kontext.
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Recherchequelle: University of Osaka, Nature
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