Chemische Evolution

Ursprung des Lebens

Wir untersuchen verschiedene organische Systeme, die ausgehend von einem einfachen Zustand unter Zufuhr von Energie zu komplexen chemischen Gemischen werden. Das Ziel dieser Forschung ist es, Hinweise auf spontan auftretende, selbstreproduzierende, chemische Zyklen zu finden.
Ein bekanntes Experiment  zur Beantwortung der Frage nach dem Ursprung des Lebens wurde 1953 von Stanley Miller und Harold Urey durchgeführt. Es imitiert die Bedingungen  (Atmosphäre, Temperatur)  und Prozesse (Blitze, Regen) auf der Urerde im Zeitalter des Hadaikum (vor ca. 4 Milliarden Jahren). In dem Experiment bilden sich aus einfachen Komponenten (Methan, Ammoniak, Wasserstoff, Wasser) innerhalb weniger Tage komplexe organische Moleküle wie organische Säure, langkettige Kohlenwasserstoffe und Aminosäuren. Nachfolgende Experimente zeigten, dass eine spontane "präbiotische Synthese" vieler heutiger Biomoleküle (z.B. Fettsäuren, Zucker) möglich ist.
Bis heute sind dennoch die genauen Prozesse zur Erzeugung erster organischer Moleküle nicht verstanden und es gibt keine zufriedenstellenden Ansätze, welche die chemische Selbstorganisation fern vom Gleichgewicht erklären würden. Das Ziel unserer Arbeit ist, entsprechende Fragen in Experimenten zu untersuchen. 
Für die Untersuchung der sich bildenden sehr komplexen Stoffgemische benutzen wir Online-Massenspektrometrie (MS), Online-Fluoreszenz- und Absorptionsspektroskopie (UV/VIS) sowie Fourier-Transformations-Infrarotspektrometrie (FT-IR). Nachfolgende Offline-Analyse führen wir mit Chromatographie-Massenspektrometern durch (GC-MS/LC-MS). Hierfür steht uns u.a. ein hochauflösendes Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonanz Massenspektrometer (FT-ICR-MS) zur Verfügung. 

Origin of Life

We study various organic systems that, starting from a simple state, become complex chemical mixtures when energy is added. The goal of this research is to find evidence for spontaneously occurring, self-reproducing, chemical cycles.
A well-known experiment to answer the question of the origin of life was conducted by Stanley Miller and Harold Urey in 1953. It mimics the conditions (atmosphere, temperature) and processes (lightning, rain) on the primordial Earth during the Hadean era (about 4 billion years ago). In the experiment, complex organic molecules such as organic acid, long-chain hydrocarbons and amino acids are formed from simple components (methane, ammonia, hydrogen, water) within a few days. Subsequent experiments showed that spontaneous "prebiotic synthesis" of many of today's biomolecules (e.g. fatty acids, sugars) is possible.
Nevertheless, to date the exact processes involved in the generation of first organic molecules are not understood and there are no satisfactory approaches that would explain chemical self-assembly far from equilibrium. The aim of our work is to investigate corresponding questions in experiments. 
We use on-line mass spectrometry (MS), on-line fluorescence and absorption spectroscopy (UV/VIS), and Fourier transform infrared spectrometry (FT-IR) to study the very complex mixtures that form. Subsequent offline analysis is performed with chromatography-mass spectrometers (GC-MS/LC-MS). For this purpose, we have a high-resolution Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer (FT-ICR-MS), among others.