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Von: Dennis L.
Biologischer Fingerabdruck

Photosynthese lässt sich anhand von Sauerstoffmolekülen nachweisen

Geochemiker entdecken, dass eine ungewöhnlich seltene Paarung schwerer Sauerstoff-Isotope auf pflanzlichen Ursprung deutet. Damit haben die Forscher einen neuen Marker für die Suche nach organischem Leben im Universum gefunden.

Das Experiment im Terrarium.
© Jeanine Ash / University of California

Los Angeles (U.S.A.). Durch das Verhältnis schwerer Sauerstoff-Isotope zu leichten Isotopen haben Päläontologen und Geowissenschaftler die Möglichkeit klimatische Bedienungen und sogar Rückschlüsse auf die Temperatur zur Zeiten der Dinosaurier zu erhalten. Nun haben Geochemiker der University of California in Los Angeles herausgefunden, dass eine geringe Häufigkeit von schweren Isotopen im Sauerstoff auf einen biologischen Ursprung hindeuten könnte. Damit stünde der Astronomie ein neues Werkzeug zur Verfügung um nach belebten Exoplaneten im Universum zu suchen.

Weniger schwere Sauerstoffmoleküle

Wie die Forscher Lawrence Y. Yeung und seine Kollegen im Fachmagazin Science schreiben, können solche Isotopen-Signaturen in der Natur weit verbreitet sein und als neue Marker für biologische und geochemische Kreisläufe dienen. Ihr Ergebnis beruht auf einem Experiment mit sechs Wasserhyazinthen, die sie jeweils über sechs Monate in einem abgeschlossenen Terrarium mit je zwölf Stunden künstlicher Beleuchtung pro Tag wachsen ließen. Im Anschluss bestimmten die Forscher in der Luft des Terrariums die Menge an Sauerstoffmolekülen, in denen schwere Sauerstoff-Isotope, also O-18 und O-17, gepaart auftraten. Das Ergebnis überraschte die Forscher, denn sie fanden rund ein Promille weniger Sauerstoffmoleküle aus schweren Isotopen als es die statistische Verteilung dieser Isotope in der Luft erwarten ließ.

Kontrollmessung mit klaren Ergebnissen

Um ihre Ergebnisse zu überprüfen, wiederholten die Forscher das Experiment – diesmal dunkelt sie das Terrarium allerdings für einen längeren Zeitraum ab. In diesem Zeitraum stieg die Anzahl von Sauerstoffmolekülen aus schweren Isotopen wieder signifikant an. Dadurch schlossen Yeung und seine Kollegen, dass über die Photosynthese gebildete Sauerstoffmoleküle seltener aus zwei schweren Isotopen bestehen als beispielsweise molekularer Sauerstoff aus anderen chemischen Reaktionen. Die Ursache sahen die Forscher in den einzelnen Teilschritten der Photosynthese: Denn die Sauerstoffatome, die sich in der Pflanze zu einem Molekül verknüpften, mussten von zwei verschiedenen Wassermolekülen zur Verfügung gestellt werden. Dadurch sinkt die Wahrscheinlichkeit für eine Paarung schwerer Isotope, da dazu genau zwei sehr selten auftretende Wassermoleküle mit jeweils einem schweren Sauerstoffisotop an dem Photosynthese-Prozess beteiligt sein müssten.

Dieses Experiment und die daraus resultierenden Ergebnisse könnte die Aussagekraft von Isotopenanalysen von molekularem Sauerstoff erheblich erweitern. Bisher konnten Wissenschaftler über eine erhöhte Konzentration von Sauerstoffmolekülen mit gepaarten schweren Isotopen auf geochemische Prozesse und durchschnittliche Umgebungstemperaturen im Laufe der Zeit schließen. Mit dem neuen Wissen ist es aber nun sogar möglich, einen biologischen Ursprung des Sauerstoffs nachzuweisen.

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