Asteroid Bennu: Ein Trümmerhaufen mit organischen Verbindungen

Ein Überrest des frühen Sonnensystems

Ein erhaltener Zeuge der ersten Milliarden Jahre

Der Asteroid Bennu ist ein kohlenstoffhaltiger Asteroid (kohlenstoffreicher Asteroid mit primitiven organischen Verbindungen) vom Typ B, der aus den ersten Millionen Jahren der Entstehung des Sonnensystems stammt. Sein Alter wird auf etwa 4,5 Milliarden Jahre geschätzt, was ihn zu einem praktisch unveränderten Zeugen der physikalisch-chemischen Bedingungen macht, die im Sonnennebel herrschten. Bennu selbst ist ein Trümmerhaufen der zweiten Generation, der vor weniger als 65 Millionen Jahren aus den Trümmern eines älteren Mutterkörpers entstand, der heute verschwunden ist und die meiste der in diesem Artikel beschriebenen wässrigen Veränderung erfuhr.

Mit einem mittleren Durchmesser von etwa 490 m hat Bennu eine sogenannte "Trümmerhaufen"-Struktur, bei der die Eigengravitation schwach ist, in der Größenordnung von \( g \approx 10^{-5} \, \text{m·s}^{-2} \). Diese geringe Schwerkraft ermöglicht die Erhaltung von zerbrechlichen Materialien, darunter hydratisierte Minerale und flüchtige organische Verbindungen.

Die OSIRIS-REx-Mission

Eine direkte Probenahme im Herzen des Asteroiden

Die NASA-Raumsonde OSIRIS-REx, die 2016 gestartet wurde, ermöglichte die direkte Probenahme von Bennu, die am 24. September 2023 in der Wüste von Utah zur Erde zurückkehrte. Etwa 121,6 g Regolith wurden geborgen und anschließend unter hochreinem Stickstoff am Johnson Space Center der NASA kuratiert. Diese Mission setzt die Erkundungsarbeiten fort, die darauf abzielen, die kosmische Chemie mit dem Ursprung des Lebens zu verbinden, unter der Leitung des leitenden Ermittlers Dante S. Lauretta von der University of Arizona.

Die spektroskopischen und isotopischen Analysen der Proben ergaben einen Kohlenstoffgehalt von 4,54 Massenprozent (davon etwa 90 % in organischer Form) und einen Stickstoffgehalt von 0,23 bis 0,25 Massenprozent: Werte, die höher sind als die an Proben des Asteroiden Ryugu oder der meisten bekannten kohlenstoffhaltigen Meteoriten gemessenen Werte.

Organische Moleküle und primitives Wasser

Phyllosilikate, die die Geschichte des Wassers erzählen

Bennu enthält hydratisierte Phyllosilikate (minerale, die Wasser in ihre Kristallstruktur eingebaut haben) (etwa 80 Volumenprozent der Probe), ein Beweis dafür, dass sein Mutterkörper sehr früh in der Geschichte des Sonnensystems mit flüssigem Wasser interagierte. Dieses Wasser ist nicht frei, sondern chemisch gebunden, was auf Reaktionen bei niedriger Temperatur hinweist.

Mehr als 16.000 verschiedene Molekülformeln, bestehend aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und Magnesium, wurden in den Proben identifiziert. Darunter wurden etwa dreißig Aminosäuren nachgewiesen, darunter 14 der 20 proteinogenen Aminosäuren, die von der irdischen Biologie verwendet werden, wobei Glycin am häufigsten vorkommt. Alle fünf kanonischen Nukleobasen der DNA und RNA (Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin und Uracil) wurden ebenfalls identifiziert, zusammen mit etwa zehn weiteren verwandten stickstoffhaltigen heterocyclischen Verbindungen.

N.B.:
Bemerkenswerterweise liegen die in den Bennu-Proben nachgewiesenen chiralen Aminosäuren in nahezu gleichen Anteilen zwischen ihrer links- und rechtsdrehenden Form vor (racemisch), im Gegensatz zu dem starken Überschuss an linksdrehender Form, der für die irdische Biochemie charakteristisch ist. Diese Abwesenheit einer chiralen Verzerrung bestätigt, dass es sich um abiotische Moleküle handelt, die nicht von der irdischen Biosphäre kontaminiert sind, und wirft die offene Frage nach dem Ursprung der Homochiralität des Lebens auf der Erde auf.

Eine salzhaltige Mutterwelt: die Entdeckung einer alten eingedampften Sole

Eine vollständige Salzsequenz, die 2025 enthüllt wurde

Im Januar 2025 verwandelten zwei unabhängige Studien, die in Nature und Nature Astronomy veröffentlicht wurden, unser Verständnis des Mutterkörpers von Bennu. Das Team unter der Leitung von Timothy J. McCoy (Smithsonian) und Sara S. Russell (Natural History Museum, London) identifizierte in den Probenkörnern eine echte Evaporit-Sequenz: Natriumphosphate, hydratisierte Natriumcarbonate (Trona, Gaylussit/Pirssonit), Natriumsulfat (Thenardit), Halit und Sylvin (NaCl und KCl) sowie Natriumfluorid. Diese Mineralabfolge, vergleichbar mit der des Searles Lake in Kalifornien, belegt die fortschreitende Verdunstung einer alkalischen Sole an der Oberfläche oder in den Brüchen des Mutterkörpers, mit Verdunstungsgraden zwischen 45 und 70 %.

Diese Natriumsalze, die äußerst zerbrechlich und empfindlich gegenüber Luftfeuchtigkeit sind, hätten eine längere Exposition an der irdischen Luft nicht überlebt: Ihre Erhaltung war nur dank der Probenrückführung unter kontrollierter Stickstoffatmosphäre möglich, was den unersetzlichen Beitrag von Probenrückführmissionen im Vergleich zur Untersuchung von natürlich auf der Erde eingeschlagenen Meteoriten veranschaulicht. Ähnliche Solen werden heute vermutlich im Untergrund von Ceres und Enceladus erhalten, was Bennu zu einem wertvollen Analogon für die Untersuchung dieser Ozeanwelten macht.

Aufsergewöhnlich reichlich Ammoniak

Dieselbe Analysekampagne, die von Daniel P. Glavin und Jason P. Dworkin (NASA Goddard) geleitet wurde, ergab außergewöhnlich hohe Ammoniumkonzentrationen (etwa 13,6 µmol pro Gramm in einem Heißwasserextrakt), die weit über denen klassischer kohlenstoffhaltiger Meteorite liegen. Dieses Ammoniak, zusammen mit dem ebenfalls in der Probe nachgewiesenen Formaldehyd, ist ein wichtiger Vorläufer für die Synthese von Aminosäuren und stickstoffhaltigen heterocyclischen Verbindungen über Strecker-ähnliche Reaktionen, die direkt in der Sole des Mutterkörpers ablaufen.

2025-2026: bioessentielle Zucker vervollständigen das RNA-Inventar

Ribose, Glucose und die dritte Säule der präbiotischen Chemie

Eine Nukleobase, ein Zucker und eine Phosphatgruppe: Dies sind die drei Komponenten, die zur Bildung eines Nukleotids, dem elementaren Baustein von RNA und DNA, erforderlich sind. Während Nukleobasen und Phosphate bereits in Bennu identifiziert worden waren, fehlte die dritte Säule. Dies wurde durch eine am 2. Dezember 2025 in Nature Geoscience veröffentlichte Studie eines japanisch-amerikanischen Teams unter der Leitung von Yoshihiro Furukawa (Tohoku-Universität) nachgeholt.

Eindeutiger Nachweis von Ribose und Glucose durch Massenspektrometrie

Durch die Analyse eines sauren und wässrigen Extrakts der Bennu-Probe mittels Gaschromatographie gekoppelt mit Tandem-Massenspektrometrie detektierten die Forscher vier Aldopentosen — darunter Ribose, den konstitutiven Zucker der RNA — sowie zwei Aldohexosen, darunter Glucose, die Hauptenergiequelle des Zellstoffwechsels auf der Erde. Weder biologische Kontamination noch analytische Artefakte können diese Detektionen erklären: der racemische Charakter der assoziierten Aminosäuren und das Fehlen von Zuckern in den Verfahrensleerwerten bestätigen einen authentischen außerirdischen Ursprung.

Die Formose-Reaktion: eine präbiotische Synthese in alkalischem Medium

Die Gesamthäufigkeit dieser Zucker bleibt gering, in der Größenordnung von 1 % der Aminosäuren, und ihre Verteilung — größere Zucker (Hexosen) sind häufiger als kleinere (Tetrosen) — wird durch eine sogenannte "Formose"-Reaktion erklärt, bei der Formaldehyd in den alkalischen Solen des Mutterkörpers fortschreitend zu immer komplexeren Zuckern kondensiert, katalysiert durch die in den Carbonaten vorhandenen Calcium- und Magnesiumionen. Der im Bennu-Extrakt gemessene pH-Wert (8,23), der deutlich alkalisch ist, ist mit dieser Chemie und mit dem Vorhandensein der oben beschriebenen Evaporite vereinbar.

N.B.:
Desoxyribose, der konstitutive Zucker der DNA, wurde in dieser Probe nicht nachgewiesen, wahrscheinlich aufgrund ihrer viel höheren chemischen Reaktivität als Ribose. Dieser Unterschied legt nahe, dass Ribose und damit eine Chemie vom Typ "RNA-Welt" in der primitiven organischen Materie des Sonnensystems verfügbarer gewesen wäre als DNA.

Bennu und die ursprünglichen Bausteine des Sonnensystems

Eine verallgemeinerte organische Chemie seit den ersten Millionen Jahren

Die Untersuchung von Bennu legt nahe, dass die chemischen Bausteine des Lebens bereits sehr früh während der Entstehung des Sonnensystems vorhanden waren, lange vor dem Erscheinen der Erde selbst. Diese organischen Verbindungen und hydratisierten Minerale bildeten sich direkt im Sonnennebel (gas- und Staubwolke, die das Sonnensystem hervorbrachte) unter der Wirkung von physikalisch-chemischen Tieftemperaturprozessen, an denen Ultraviolettstrahlung, Korngrenzstöße und Katalyse auf Mineraloberflächen beteiligt waren, bevor sie in den Solen des Mutterkörpers umgearbeitet wurden.

Bennu, ein fossiles Reservoir der protoplanetaren Scheibe

In diesem Zusammenhang ist Bennu kein später Vektor biologischer Materie, sondern ein fossiles Reservoir, das den ursprünglichen chemischen Zustand der protoplanetaren Scheibe bewahrt. Die heute beobachteten Aminosäuren, Nukleobasen, Zucker, Ammoniak und gebundenen Wasser zeugen von einer verallgemeinerten organischen Chemie, die seit den ersten Millionen Jahren aktiv war, zu einer Zeit, als die terrestrischen Planeten noch akkretierende Embryonen waren.

Milde Energiebedingungen begünstigen die Erhaltung

Aus energetischer Sicht erfordern diese Reaktionen keine gewalttätigen Einschläge. Sie sind mit schwach erhitzten Umgebungen vereinbar, in denen die Energie aus kurzlebigen radioaktiven Zerfällen, lokalen thermischen Gradienten und Oberflächenreaktionen stammt, was eine fortschreitende Komplexifizierung der Materie ohne Zerstörung der fragilen Moleküle ermöglicht.

Eine gleichzeitige Lieferung der Bausteine des Lebens an die frühe Erde

Da Fragmente von kohlenstoffhaltigen Asteroiden ähnlich Bennu wahrscheinlich weit im inneren Sonnensystem verbreitet wurden, könnten diese drei Familien von Bausteinen des Lebens — stickstoffhaltige Basen, Zucker und Aminosäuren — gemeinsam zur frühen Erde und zu den anderen terrestrischen Planeten geliefert worden sein.

Vergleichstabelle der nachgewiesenen Verbindungen