Von der riesigen Weite des interstellaren Raums bis zur empfindlichen Welt der Atome: Forscher nutzen fortschrittliche Mikroskope, um die chemischen und molekularen Fingerabdrücke des frühen Sonnensystems im kürzlich geborgenen „Winchcombe“-Meteoriten aufzudecken.

Meteoriten stellen die Bausteine ​​des Sonnensystems dar und liefern grundlegende Einblicke in die Bestandteile, aus denen Planeten bestehen, einschließlich unseres Planeten. Genau das haben Forschungsarbeiten kooperierender Institutionen, darunter der University of Leeds, erreicht.

Es gibt eine seltene Gruppe von Meteoriten, die „Kohlenstoffmeteoriten“ genannt werden und reich an Chemikalien sind Klassifizieren Wie Kohlenstoff und Stickstoff spielten sie wahrscheinlich eine entscheidende Rolle bei der Versorgung der frühen Erde mit Wasser und organischen Molekülen.

Winchcombe ist ein Karbonatmeteorit, von dem allgemein bekannt ist, dass er im Februar 2021 in Großbritannien einschlug, wobei die ersten Proben erst etwa 12 Stunden nach der Landung gesammelt wurden. Es bietet Wissenschaftlern somit die Möglichkeit, die Zusammensetzung organischer Materie im frühen Sonnensystem zu untersuchen, ohne die schwerwiegenden terrestrischen Variabilitätseffekte, die normalerweise bei Meteoritenuntersuchungen auftreten.

Analyse und Entdeckung im Nanomaßstab

Das multidisziplinäre Forschungsteam besteht aus Wissenschaftlern der Universitäten Leeds, Manchester und York in Zusammenarbeit mit Kollegen des Natural History Museum in London. Diamant-LichtquelleMax-Planck-Institut für Chemie in Mainz, geleitet von Universität Münster In Deutschland lieferte er die erste eingehende Analyse der organischen Substanz im Winchcombe-Meteoriten Nanomaßstab.

Mithilfe eines der leistungsstärksten Elektronenmikroskope der Welt in der SuperSTEM-Anlage in Daresbury konnten sie auf einzigartige Weise Synchrotronstrahlungsdaten mit ergänzenden hochauflösenden spektroskopischen Informationen über die Natur funktioneller chemischer Gruppen in organischer Materie kombinieren. Cheshire.

Diese Abbildung zeigt schematisch, wie ein extrem dünner Meteoritenschnitt, der auf eine Region von Interesse zielt, die reich an kohlenstoffhaltigen Chemikalien ist, mit äußerster Präzision zur weiteren Untersuchung extrahiert werden kann, entweder unter einem Röntgenstrahl (in der Diamantlichtquelle), oder im Elektronenmikroskop (in SuperSTEM). Bildnachweis: DM Kepaptsoglou, SuperSTEM

Dies hat den erstaunlichen In-situ-Nachweis stickstoffhaltiger Biomoleküle ermöglicht, darunter … Aminosäuren Nukleobasen sind wesentliche Bestandteile größerer, komplexer Proteine, die in der Biologie verwendet werden.

Die Forschung zeigt, dass Winchcombe noch immer ursprüngliche außerirdische organische Moleküle enthält, die möglicherweise entscheidend für die Entstehung des Lebens auf der frühen Erde waren.

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.

„Diese Arbeit zeigt, dass moderne Elektronenmikroskopie-Tools Fortschritte machen, einschließlich monochromatischer Elektronenquellen mit hoher Energieauflösung“, sagte Quentin Ramasi, Professor für Advanced Electron Microscopy an der Leeds School of Chemical and Process Engineering, der das Elektronenmikroskopie-Team im SuperSTEM leitete Labor. Neue hochempfindliche Detektordesigns ermöglichen die Analyse außerirdischer organischer Materialien mit beispielloser Genauigkeit und Effizienz.

„Dies eröffnet neue Horizonte für die zukünftige Suche nach diesen Materialien mithilfe kompakter und leicht zugänglicher Elektronenmikroskopie-Instrumente sowie Synchrotronstrahlung.“

Fortschrittliche Technologien und zukünftige Auswirkungen

Christian Vollmer, leitender Forscher an der Universität Münster, der die Forschung leitete, sagte: „Die Identifizierung relevanter Biomoleküle wie Aminosäuren und Nukleobasen in Winchcombe ohne den Einsatz chemischer Extraktionsmethoden ist sehr spannend, insbesondere weil wir räumliche Variationen in ihnen hervorheben konnten.“ lokale Konzentration im Nanomaßstab.

„Dies deutet darauf hin, dass unser Ansatz es ermöglicht, die funktionelle Chemie in Meteoriten abzubilden, auch wenn die Größe der organischen Domänen sehr klein und die Häufigkeit chemischer Verbindungen sehr gering ist.“

Die Forscher nutzten das SuperSTEM Laboratory, die britische National Research Facility for Advanced Electron Microscopy, unterstützt vom Engineering and Physical Research Council (EPSRC). Die Einrichtung beherbergt einige der weltweit fortschrittlichsten Einrichtungen zur Untersuchung der atomaren Struktur der Materie und wird mit Unterstützung eines akademischen Konsortiums unter der Leitung der University of Leeds (einschließlich der an diesem Projekt beteiligten Universitäten Manchester und York) betrieben. sowie Oxford, Glasgow und Liverpool).

Eine extrem dünne Scheibe des Meteoriten, die auf einen Bereich von Interesse zielt, der reich an kohlenstoffhaltigen Chemikalien ist, kann zur weiteren Untersuchung sehr präzise extrahiert werden, entweder unter einem Röntgenstrahl (an der Diamond Light Source) oder in einem Elektron Mikroskop (bei SuperSTEAM).

Dr. Ashley King, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Natural History Museum, wo der Winchcombe-Meteorit betreut wird, sagte: „Unsere Beobachtungen zeigen, dass Winchcombe eine wichtige Ergänzung zur Sammlung von Kohlenstoffmeteoriten darstellt, da seine ursprüngliche Zusammensetzung neue Durchbrüche in unserem Verständnis ermöglicht.“ von Kohlenstoffmeteoriten.“ Organische Moleküle im frühen Sonnensystem.

Referenz: „Hochauflösende funktionelle Chemie von Stickstoffverbindungen im beobachteten Meteoritenfall in Winchcombe UK“ von Christian Vollmer, Demi Kebatzoglu, Jan Leitner, Alexander B. Mossberg, Khalil Al-Hajrawi, Ashley J. King, Charlotte L. Bayes, Paul F. Schofield, Toru Araki und Quentin M. Ramas, 26. Januar 2024, Naturkommunikation.
doi: 10.1038/s41467-024-45064-x

Elektronenmikroskopische Einrichtungen wurden vom Engineering and Physical Sciences Research Council finanziert.