Ein dunkles Stück Weltraumgestein kann chemische Informationen bewahren, die weit älter sind als die Erde selbst. Der Murchison-Meteorit gehört deshalb seit Jahrzehnten zu den wichtigsten natürlichen Proben der Astrobiologie, doch die Suche nach Lebensspuren stößt bei komplexen Gemischen schnell an technische Grenzen. Eine neue Einzelmolekülmessung soll nun nicht nur erkennen, welche Aminosäuren in solchen Proben vorkommen, sondern auch unterscheiden, welche räumliche Form einzelne Moleküle besitzen. Der entscheidende Test erfolgte nicht nur mit sauber vorbereiteten Laborlösungen, sondern auch mit echtem Meteoritenmaterial und Boden aus einer der trockensten Regionen der Erde. Damit musste das Verfahren genau dort bestehen, wo mineralische Bestandteile, Salze und zahlreiche unbekannte organische Verbindungen die Identifikation erschweren. Der Befund eröffnet eine neue Möglichkeit, chemische Asymmetrien in außerirdischen und extrem trockenen irdischen Proben direkt auf Molekülebene zu untersuchen.
Als der Murchison-Meteorit 1969 im australischen Bundesstaat Victoria niederging, wurde er zu einem außergewöhnlichen Archiv organischer Chemie. Der kohlenstoffreiche Chondrit enthält zahlreiche organische Verbindungen, darunter Aminosäuren, die auf der Erde zu den Grundbausteinen von Proteinen gehören. Entscheidend ist jedoch nicht allein, ob solche Moleküle vorhanden sind. Viele organische Stoffe können ohne Leben durch chemische Prozesse entstehen, weshalb ihre bloße Entdeckung noch keine biologische Herkunft belegt. Für die Suche nach Lebensspuren ist daher interessant, ob zusätzliche molekulare Merkmale erfasst werden können, die etwas über Entstehungswege verraten. Genau an diesem Punkt setzt die neue Methode an. Sie reduziert die Analyse nicht auf eine gemittelte chemische Signatur vieler Milliarden Moleküle, sondern versucht, einzelne Moleküle elektrisch zu charakterisieren und dabei selbst sehr kleine strukturelle Unterschiede sichtbar zu machen.
Besonders wichtig ist dabei die Chiralität. Viele Aminosäuren können in zwei spiegelbildlichen Formen vorkommen, die sich wie linke und rechte Hand zueinander verhalten. In irdischen Proteinen dominiert fast vollständig die L-Form, während rein abiotische Synthesen häufig deutlich ausgewogenere Mischungen erzeugen. Das macht eine ungleiche Verteilung prinzipiell interessant, aber nicht automatisch zu einem Lebensbeweis, denn auch unbelebte Prozesse können unter bestimmten Bedingungen Überschüsse einer Form erzeugen. Dass Meteoriten tatsächlich komplexe organische Chemie transportieren, zeigen auch andere Funde. So wurden bei einem anderen Meteoriten außerirdische Aminosäuren nachgewiesen. Für eine robuste Astrobiologie braucht es deshalb Methoden, die nicht nur Stoffnamen liefern, sondern zusätzliche strukturelle Informationen aus realen Proben gewinnen. Gerade die Kombination aus chemischer Identität und Händigkeit kann helfen, verschiedene Entstehungswege gegeneinander abzuwägen. Sie ist damit vor allem ein zusätzliches Puzzleteil in einer Beweiskette, nicht deren abschließende Antwort.
Das Herzstück des Verfahrens ist ein Nanogap zwischen zwei Gold-Elektroden. Gerät ein Molekül kurzzeitig in diesen extrem kleinen Spalt, kann ein quantenmechanischer Tunnelstrom fließen. Seine Stärke und sein zeitlicher Verlauf hängen davon ab, wie das Molekül mit den Elektroden wechselwirkt. Die Studie in Nature Communications kombiniert diese elektrischen Signale mit einer statistischen Klassifikation, sodass nicht nur verschiedene Aminosäuren, sondern auch ihre spiegelbildlichen Formen getrennt werden können. Bei einzelnen Enantiomeren lag die Zuordnungsgenauigkeit in den Versuchen bei mehr als 80 Prozent. In Blindtests mit unterschiedlichen Aminosäuren sank die Genauigkeit erwartungsgemäß, blieb aber deutlich über Zufallsniveau. Die Einzelmolekülmessung ist damit keine einfache Leitfähigkeitsmessung, sondern eine Auswertung vieler sehr kurzer elektrischer Ereignisse, deren Muster molekulare Identität und räumliche Struktur widerspiegeln. Weil jedes Ereignis nur sehr kurz dauert, entsteht die Aussage erst aus einer großen Zahl solcher Signale und ihrer statistischen Verteilung. Das macht die Auswertung anspruchsvoll, erlaubt aber eine chemische Differenzierung auf einer Größenskala, die klassische Summenmessungen nicht direkt abbilden.
Die Idee hinter der Suche ist nicht, eine bestimmte Aminosäure als eindeutiges Zeichen für Biologie zu behandeln. Vielmehr geht es um Verteilungen. Wenn in einer natürlichen Probe eine spiegelbildliche Form deutlich häufiger vorkommt als die andere, kann das auf einen besonderen Bildungs- oder Auswahlprozess hinweisen. Auf der Erde ist die starke Bevorzugung von L-Aminosäuren eng mit der Biochemie des Lebens verbunden. Gleichzeitig kennen Chemiker nichtbiologische Wege, die ebenfalls asymmetrische Mischungen hervorbringen können. Deshalb muss jedes Signal zusammen mit Geologie, Probenherkunft, möglicher Kontamination und anderen Molekülklassen bewertet werden. Wie vielfältig extraterrestrische organische Stoffe sein können, zeigte auch der Winchcombe-Meteorit mit organischen Grundbausteinen. Die Chiralität erweitert solche Analysen um eine zusätzliche Dimension, ersetzt aber weder mineralogische Untersuchungen noch etablierte chromatografische und massenspektrometrische Verfahren.
Für den Praxistest verwendeten die Forscher ein etwa 2 Gramm schweres inneres Fragment des Murchison-Meteoriten aus der Sammlung des Smithsonian National Museum of Natural History. Material von der Schmelzkruste wurde vermieden, um oberflächennahe Veränderungen und Verunreinigungen möglichst gering zu halten. Nach der Extraktion suchte das System gezielt nach elf vorgegebenen molekularen Formen aus Glycin sowie den D- und L-Varianten mehrerer Aminosäuren. Die Originalmeldung der University of Osaka beschreibt den Ansatz als elektrisches Verfahren, das langfristig kompakter als klassische Großgeräte werden könnte. Im Meteoriten wurden besonders häufig Signaturen von Glycin, Alanin, Glutaminsäure und Serin zugeordnet. Knapp die Hälfte der ausgewerteten Ereignisse erfüllte den strengen Vertrauensfilter für die anvisierten Moleküle. Ein Vergleich mit Flüssigchromatografie und Massenspektrometrie zeigte Übereinstimmungen bei wichtigen Zusammensetzungsmerkmalen, aber auch analytspezifische Abweichungen.
Der zweite Naturtest führte nicht ins All, sondern in die Atacama-Wüste. Dort wurden Bodenproben aus zwei Gebieten untersucht, die 2022 in einer Tiefe von etwa 5 bis 10 Zentimetern gesammelt worden waren. Solcher Boden ist für ein neues Messverfahren anspruchsvoll, weil neben den gesuchten Aminosäuren zahlreiche Salze, Mineralbestandteile und organische Hintergrundstoffe vorhanden sind. In einer Probe aus dem Gebiet Diego de Almagro wurden 28,3 Prozent der elektrischen Ereignisse als hochverträgliche Treffer aus dem Zielpanel eingestuft, in einer Probe nördlich von Antofagasta waren es 25,4 Prozent. Eine Prozessblindprobe kam dagegen auf 6,8 Prozent. Diese Differenz zeigt, dass der Nanogap aus komplexen natürlichen Extrakten verwertbare Signale herausfiltern kann. Sie zeigt aber ebenso, warum Hintergrundkontrollen unverzichtbar sind: Ein Teil der gemessenen Stromereignisse lässt sich nicht sicher einer der vorab definierten Zielverbindungen zuordnen.
Die interessanteste Stärke der Methode ist zugleich ihre wichtigste Einschränkung. Das System sucht derzeit gezielt nach einem bekannten Satz von Molekülen, deren elektrische Signaturen zuvor charakterisiert wurden. Es erstellt also noch kein vollständiges Inventar aller organischen Stoffe in einer unbekannten Probe und liefert auch keine absolut belastbare Konzentrationsbestimmung für jedes Molekül. Hinzu kommt, dass ein Überschuss einer chiralen Form zwar als mögliche Biosignatur diskutiert werden kann, aber auch durch nichtbiologische Prozesse entstehen kann. Für einen echten Lebensnachweis wären deshalb mehrere unabhängige Indizien nötig, etwa charakteristische Verteilungsmuster verschiedener Molekülklassen, geochemischer Kontext und Kontrollen gegen irdische Verunreinigung. Auch Unterschiede zwischen der Nanogap-Auswertung und etablierten Referenzverfahren müssen für einzelne Analyten noch verstanden werden. Der Fortschritt liegt daher vor allem darin, Chiralität und molekulare Identität elektrisch auf Einzelmolekülebene in sehr komplexen natürlichen Proben zugänglich zu machen.
Für künftige Missionen ist gerade die Art der Messung interessant. Große Laborgeräte wie chromatografische Systeme und Massenspektrometer liefern auf der Erde äußerst detaillierte Ergebnisse, sind für Raumsonden jedoch nur mit erheblichem Aufwand zu verkleinern, zu stabilisieren und gegen extreme Umweltbedingungen abzusichern. Ein elektrischer Sensor, der molekulare Merkmale über sehr kleine Elektroden ausliest, könnte langfristig eine ergänzende Möglichkeit bieten, organische Proben direkt vor Ort zu prüfen. Bis dahin bleiben jedoch wichtige Schritte offen: Der Sensor müsste für Temperaturwechsel, Strahlung, Vibration, lange Lagerzeiten und streng kontrollierte planetare Kontamination qualifiziert werden. Außerdem müsste er mit deutlich breiteren Stoffbibliotheken und unbekannten Mischungen umgehen können. Die Studie zeigt deshalb noch kein fertiges Instrument für Mars oder Asteroiden, sondern einen experimentellen Baustein, mit dem die Astrobiologie künftig zusätzliche chemische Informationen aus sehr kleinen Proben gewinnen könnte.
Nature Communications, Chiral discrimination of amino acids in meteorite and desert soil extracts via single-molecule nanogap conductance; doi:10.1038/s41467-026-77947-6