Cyanid ist nicht nur der letzte Ausweg für die gefangenen Spione des Hollywood-Films. Es ist auch ein entscheidender Bestandteil der frühen Chemie des Lebens. Und jetzt haben neue Forschungen ergeben, dass Cyanid auf Meteoriten zur Erde geritten sein könnte.
Proben einer bestimmten Gruppe primitiver Meteoriten - einschließlich einer großen, die 1969 in der Nähe von Murchison, Australien, fiel - enthalten alle Cyanid, das in einer stabilen Konfiguration mit Eisen und Kohlenmonoxid gebunden ist. Dieselben Arten von Strukturen finden sich in Enzymen, die in modernen Bakterien und Archaeen als Hydrogenasen bezeichnet werden. Dies könnte darauf hindeuten, dass das frühe Leben entweder von Meteoriten entlehnt wurde oder dass die Geologie der frühen Erde die gleiche Art von Cyanidverbindungen bildete, sagte der Co-Autor der Studie, Michael Callahan, ein Analytiker Chemiker Boise State University.
"Wenn Sie diese primitiven Meteoriten studieren, ist es, als würden Sie in eine Zeitmaschine springen und zurückgehen und diese alten Materialien studieren", sagte Callahan gegenüber Live Science. "Und dann finden Sie diese Verbindungen zum Leben und zur alten Biologie."
Ich suche Cyanid
Callahan und seine Kollegen begannen mit der Suche nach Cyanid in Weltraumgesteinen, nachdem sie 2011 eine Veröffentlichung veröffentlicht hatten, in der sie Nukleobasen in Meteoriten entdeckten. Nukleobasen wie Guanin oder Adenin gehören zu den Bausteinen der DNA. Die Chemie der Nukleobasen und ihrer Eltern-Asteroiden sah so aus, als hänge sie von Cyanid als Reaktant ab, sagte Callahan. Aber er war nicht sicher, ob sie auf Meteoriten Zyanid finden würden, selbst wenn es einmal existiert hätte. Cyanid ist äußerst reaktiv, sagte Callahan, und er erwartete, dass es lange vor seiner Landung auf der Erde verbraucht und umgewandelt worden wäre.
Die Co-Autorin der Studie, Karen Smith, ebenfalls eine analytische Chemikerin aus Boise State, hatte einen Hintergrund in der Cyanidanalyse. Daher sammelten und testeten die Forscher Proben von Meteoriten, von denen die meisten in der Antarktis entdeckt worden waren. Fünf der Meteoriten waren eine bestimmte Art von kohlenstoffhaltigem Chondrit, CM-Chondriten genannt, die Nukleobasen sowie andere biologische Bausteine wie Aminosäuren enthalten. Einer dieser CM-Chondriten war der Murchison-Meteorit, der 1969 in Australien landete und die Einheimischen mit einem großen Feuerball beeindruckte.
Um Cyanid zu finden und zu extrahieren, liehen sich die Forscher Techniken aus, mit denen normalerweise die giftigen Stoffe in Abwässern aus industriellen Prozessen gefunden werden, sagte Callahan. Sie verwendeten Säure, um Verbindungen aus den Meteoriten zu extrahieren, und unterwarfen sie dann einer Reihe von Analysen, einschließlich Massenspektrometrie und Flüssigkeitschromatographie, die es ihnen ermöglichten, die Bestandteile des extrahierten Materials zu identifizieren.
Cyanid überrascht
Zu ihrer Überraschung fanden die Forscher Cyanid. Jeder der CM-Chondrite enthielt die Chemikalie, während keiner der anderen Arten von Meteoriten dies tat. (Die Forscher testeten sogar einen berühmten Mars-Meteoriten, von dem einst behauptet wurde, er habe Hinweise auf außerirdisches Leben - dort kein Zyanid.)
Das Cyanid scheint Milliarden von Jahren im Weltraum und eine feurige Reise in die eisige Antarktis überstanden zu haben, da es in einer stabilen Konfiguration mit Kohlenmonoxid und Eisen gebunden war. "Es ist diese wirklich klassische anorganische Chemie", sagte Callahan.
So stabil es auch ist, das Cyanid kann auch aus dem Meteoriten freigesetzt werden, fügte Callahan hinzu, und das macht es zu einem faszinierenden möglichen Spieler bei der Entstehung des Lebens. Eine Kombination aus Wasser und ultraviolettem Licht hätte Cyanid von Meteoriten auf der frühen Erde freisetzen können, als ein Beschuss durch Weltraumgesteine üblich war. Auf diese Weise hätten Meteoriten das verfügbare Cyanid für chemische Reaktionen erhöhen können, die schließlich zu lebenden Zellen führten, sagte Callahan.
Alternativ könnte das Cyanid der frühen Erde aus eigenem Anbau stammen, sagte Callahan. In diesem Fall könnte es sich jedoch auf sehr ähnliche Weise gebildet haben wie bei Meteoriten. Meteoriten bestehen aus demselben Weltraumstaub und Eis, aus dem die Planeten entstanden sind, aber sie wurden durch geochemische Prozesse nicht verändert.
Die andere faszinierende Überraschung, sagte Callahan, waren die seltsamen Ähnlichkeiten zwischen den Bündeln von Kohlenmonoxid, Eisen und Cyanid des Meteoriten und Teilen der Enzyme einiger der ältesten Gruppen von Leben, Archaeen und Bakterien. Alle Bakterien und Archaeen haben Enzyme, die als Hydrogenasen bezeichnet werden, sagte Callahan, und das aktive Zentrum dieser Enzyme, an dem die Bindung stattfindet, ist das gleiche wie die Cyanidstrukturen, die in den Meteoriten zu sehen sind.
"Vielleicht sind dies die Vorläufer dieser aktiven Zentren", sagte Callahan.
Das ist noch nicht bewiesen, sagte Callahan, aber das Forschungsteam plant weitere Arbeiten zur Meteoritenchemie. Eine zukünftige Richtung könnte mit freundlicher Genehmigung der laufenden NASA-Mission OSIRIS-Rex kommen, die eine Probe vom Asteroiden Bennu sammeln und 2023 auf die Erde bringen wird. Bennu könnte ein CM-Chondrit sein, sagte Callahan, was eine aufregende Gelegenheit zum Studieren bieten würde eine makellose Probe eines Asteroiden-Elternkörpers.
Callahan und seine Kollegen berichteten über ihre Arbeit am 25. Juni in der Open-Access-Zeitschrift Nature Communications.
