Wie Wissenschaftler nach außerirdischem Leben suchen

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Vielleicht gibt es irgendwo im Universum noch andere bewohnte Welten. Aber bis wir sie gefunden haben, besteht das Mindestprogramm darin, zu beweisen, dass Leben außerhalb der Erde zumindest in irgendeiner Form existiert. Wie nahe sind wir dem?

In letzter Zeit hören wir immer häufiger von Entdeckungen, die auf die Existenz außerirdischen Lebens „hindeuten“könnten. Erst im September 2020 wurde bekannt über die Entdeckung von Phosphingas auf der Venus – einem potentiellen Zeichen für mikrobielles Leben – und Salzseen auf dem Mars, wo auch Mikroben existieren könnten.

Aber in den letzten 150 Jahren haben Weltraumforscher mehr als einmal Wunschdenken abgegeben. Auf die Hauptfrage gibt es noch keine verlässliche Antwort. Oder gibt es sie trotzdem, aber Wissenschaftler sind aus Gewohnheit vorsichtig?

Teleskoplinien

In den 1870er Jahren sah der italienische Astronom Giovanni Schiaparelli durch ein Teleskop lange, dünne Linien auf der Marsoberfläche und erklärte sie zu "Kanälen". Das Buch über seine Entdeckung betitelte er eindeutig "Leben auf dem Planeten Mars". "Es ist schwierig, auf dem Mars keine Bilder zu sehen, die denen unserer terrestrischen Landschaft ähneln", schrieb er.

Im Italienischen bedeutete das Wort Canali sowohl natürliche als auch künstliche Kanäle (der Wissenschaftler selbst war sich ihrer Natur nicht sicher), aber bei der Übersetzung verlor es diese Mehrdeutigkeit. Schiaparellis Anhänger haben bereits deutlich über die raue Marszivilisation gesprochen, die in einem trockenen Klima kolossale Bewässerungsanlagen geschaffen hat.

Lenin, der 1908 das Buch von Percival Lowell „Mars and Its Canals“las, schrieb: „Wissenschaftliche Arbeit die Einheimischen, außerdem mit Rüsseln, und mit Federn oder Tierhäuten bedeckt, mit vier oder sechs Beinen.

N … ja, unser Autor hat uns betrogen, die Schönheiten des Mars unvollständig beschrieben, sollte nach dem Rezept lauten: "Die Dunkelheit der niedrigen Wahrheiten ist uns lieber als wir Betrüger aufziehen". Lowell war Millionär und ehemaliger Diplomat. Er liebte die Astronomie und baute mit seinem eigenen Geld eines der fortschrittlichsten Observatorien in Amerika. Es war Lowell zu verdanken, dass das Thema des Marslebens auf die Titelseiten der größten Zeitungen der Welt gelangte.

Zwar zweifelten schon Ende des 19. Jahrhunderts viele Forscher an der Öffnung der "Kanäle". Beobachtungen ergaben immer wieder unterschiedliche Ergebnisse – selbst bei Schiaparelli und Loeull gingen die Karten auseinander. 1907 bewies der Biologe Alfred Wallace, dass die Temperatur auf der Marsoberfläche viel niedriger ist als von Lowell angenommen und der Atmosphärendruck zu niedrig ist, als dass Wasser in flüssiger Form existieren könnte.

Die interplanetare Station "Mariner-9", die in den 1970er Jahren den Planeten aus dem All fotografierte, machte der Geschichte der Kanäle ein Ende: Die "Kanäle" entpuppten sich als optische Täuschung.

Seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts sind die Hoffnungen auf ein gut organisiertes Leben geschwunden. Studien mit Raumfahrzeugen haben gezeigt, dass die Bedingungen auf den nahen Planeten nicht einmal denen auf der Erde entsprechen: zu starke Temperaturabfälle, eine Atmosphäre ohne Sauerstoffspuren, starke Winde und enormer Druck.

Andererseits hat die Erforschung der Entwicklung des Lebens auf der Erde das Interesse an der Suche nach ähnlichen Prozessen im Weltraum geweckt. Schließlich wissen wir immer noch nicht, wie und dank was im Prinzip das Leben entstanden ist.

In den letzten Jahren haben viele Veranstaltungen in diese Richtung stattgefunden. Das Hauptinteresse gilt der Suche nach Wasser, organischen Verbindungen, aus denen sich Protein-Lebensformen bilden könnten, sowie nach Biosignaturen (Substanzen, die von Lebewesen produziert werden) und möglichen Spuren von Bakterien in Meteoriten.

Flüssigkeitsdicht

Die Anwesenheit von Wasser ist eine Voraussetzung für die Existenz des Lebens, wie wir es kennen. Wasser dient als Lösungsmittel und Katalysator für bestimmte Arten von Proteinen. Es ist auch ein ideales Medium für chemische Reaktionen und den Transport von Nährstoffen. Außerdem absorbiert Wasser Infrarotstrahlung, kann also Wärme speichern – das ist wichtig bei kalten Himmelskörpern, die ziemlich weit von der Leuchte entfernt sind.

Beobachtungsdaten zeigen, dass Wasser in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustand an den Merkurpolen, in Meteoriten und Kometen sowie auf Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun existiert. Wissenschaftler haben auch vorgeschlagen, dass die Jupitermonde Europa, Ganymed und Callisto riesige unterirdische Ozeane mit flüssigem Wasser haben. Sie fanden es in der einen oder anderen Form in interstellarem Gas und sogar an unglaublichen Orten wie der Photosphäre von Sternen.

Aber die Erforschung von Wasserspuren kann für Astrobiologen (Spezialisten für außerirdische Biologie) nur dann erfolgversprechend sein, wenn andere geeignete Bedingungen vorliegen. Zum Beispiel sind Temperaturen, Druck und chemische Zusammensetzung auf demselben Saturn und Jupiter zu extrem und zu veränderlich, als dass sich lebende Organismen daran anpassen könnten.

Eine andere Sache sind die Planeten in unserer Nähe. Auch wenn sie heute unwirtlich aussehen, kleine Oasen mit "Resten einstigen Luxus" können auf ihnen verbleiben.

Im Jahr 2002 entdeckte der Orbiter Mars Odyssey Ablagerungen von Wassereis unter der Marsoberfläche. Sechs Jahre später bestätigte die Phoenix-Sonde die Ergebnisse ihres Vorgängers, flüssiges Wasser aus einer Eisprobe vom Pol zu gewinnen.

Dies stimmte mit der Theorie überein, dass vor kurzem (nach astronomischen Maßstäben) flüssiges Wasser auf dem Mars vorhanden war. Laut einigen Quellen hat es auf dem Roten Planeten "nur" vor 3,5 Milliarden Jahren geregnet, anderen zufolge sogar vor 1,25 Millionen Jahren.

Allerdings tauchte sofort ein Hindernis auf: Wasser auf der Marsoberfläche kann nicht in flüssigem Zustand existieren. Bei niedrigem Atmosphärendruck beginnt es sofort zu sieden und zu verdampfen – oder gefriert. Daher befindet sich das meiste bekannte Wasser auf der Oberfläche des Planeten im Zustand von Eis. Es bestand die Hoffnung, dass sich das Interessanteste unter der Oberfläche ereignete. So entstand die Hypothese von Salzseen unter dem Mars. Und erst neulich erhielt sie die Bestätigung.

Wissenschaftler der italienischen Weltraumorganisation haben an einem der Pole des Mars ein System aus vier Seen mit flüssigem Wasser entdeckt, die sich in einer Tiefe von mehr als 1,5 Kilometern befinden. Die Entdeckung wurde mit Hilfe von Radiosondierungsdaten gemacht: Das Gerät lenkt Radiowellen in das Innere des Planeten, und Wissenschaftler bestimmen durch ihre Reflexion dessen Zusammensetzung und Struktur.

Die Existenz eines ganzen Seensystems, so die Autoren der Arbeit, legt nahe, dass dies ein gewöhnliches Phänomen für den Mars ist.

Die genaue spezifische Salzkonzentration in den Marsseen ist noch unbekannt, ebenso wie ihre Zusammensetzung. Laut dem wissenschaftlichen Direktor des Mars-Programms, Roberto Orosei, sprechen wir von sehr starken Lösungen mit "zig Prozent" Salz.

Es gibt halophile Mikroben auf der Erde, die einen hohen Salzgehalt lieben, erklärt die Mikrobiologin Elizaveta Bonch-Osmolovskaya. Sie setzen Stoffe frei, die das Wasser-elektrische Gleichgewicht aufrechterhalten und die Zellstrukturen schützen. Aber selbst in extrem salzhaltigen unterirdischen Seen (Brins) mit einer Konzentration von bis zu 30% gibt es nur wenige solcher Mikroben.

Laut Orosei könnten in den Marsseen Spuren von Lebensformen verbleiben, die existierten, als es auf der Oberfläche des Planeten wärmeres Klima und Wasser gab und Bedingungen, die der frühen Erde ähnelten.

Aber es gibt noch ein weiteres Hindernis: die Zusammensetzung des Wassers. Der Marsboden ist reich an Perchloraten - Salzen der Perchlorsäure. Perchloratlösungen gefrieren bei deutlich niedrigeren Temperaturen als gewöhnliches Wasser oder sogar Meerwasser. Das Problem ist jedoch, dass Perchlorate aktive Oxidationsmittel sind. Sie fördern den Abbau organischer Moleküle und sind somit schädlich für Mikroben.

Vielleicht unterschätzen wir die Fähigkeit des Lebens, sich an die härtesten Bedingungen anzupassen. Um dies zu beweisen, müssen Sie jedoch mindestens eine lebende Zelle finden.

"Ziegel" ohne Brennen

Die auf der Erde lebenden Lebensformen sind ohne komplexe organische Moleküle mit Kohlenstoff nicht vorstellbar. Jedes Kohlenstoffatom kann gleichzeitig bis zu vier Bindungen mit anderen Atomen eingehen, wodurch eine enorme Fülle an Verbindungen entsteht. Das Kohlenstoff-„Skelett“ist in der Basis aller organischen Stoffe enthalten – darunter Proteine, Polysaccharide und Nukleinsäuren, die als die wichtigsten „Bausteine“des Lebens gelten.

Die Panspermie-Hypothese behauptet lediglich, dass das Leben in seinen einfachsten Formen aus dem Weltraum auf die Erde kam. Irgendwo im interstellaren Raum entwickelten sich Bedingungen, die den Zusammenbau komplexer Moleküle ermöglichten.

Vielleicht nicht in Form einer Zelle, sondern in Form einer Art Protogenom - Nukleotide, die sich auf einfachste Weise vermehren und die für das Überleben eines Moleküls notwendigen Informationen kodieren.

Die Gründe für solche Schlussfolgerungen sind erstmals vor 50 Jahren aufgetaucht. Uracil- und Xanthin-Moleküle wurden im Meteoriten Marchison gefunden, der 1969 in Australien einstürzte. Dies sind stickstoffhaltige Basen, die Nukleotide bilden können, aus denen bereits Nukleinsäurepolymere - DNA und RNA - bestehen.

Die Aufgabe der Wissenschaftler war es herauszufinden, ob diese Erkenntnisse eine Folge der Verschmutzung auf der Erde nach dem Untergang sind oder einen außerirdischen Ursprung haben. Und 2008 konnte mit der Radiokarbonmethode nachgewiesen werden, dass Uracil und Xanthin tatsächlich gebildet wurden, bevor der Meteorit auf die Erde fiel.

Jetzt haben Wissenschaftler in Marchison und ähnlichen Meteoriten (sie werden kohlenstoffhaltige Chondrite genannt) alle Arten von Basen gefunden, aus denen sowohl DNA als auch RNA aufgebaut sind: komplexe Zucker, einschließlich Ribose und Desoxyribose, verschiedene Aminosäuren, einschließlich essentieller Fettsäuren. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass organische Stoffe direkt im Weltraum gebildet werden.

2016 wurden im Schweif des Kometen Gerasimenko. mit Hilfe des Rosetta-Apparats der Europäischen Weltraumorganisation ESA Spuren der einfachsten Aminosäure - Glycin - sowie Phosphor gefunden, der auch ein wichtiger Bestandteil für die Entstehung des Lebens ist -Tschurjumow.

Aber solche Entdeckungen legen eher nahe, wie Leben auf die Erde gebracht worden sein könnte. Ob es außerhalb der terrestrischen Bedingungen lange überleben und sich entwickeln kann, ist noch unklar. „Große Moleküle, komplexe Moleküle, die wir auf der Erde ohne Optionen als organisch klassifizieren würden, können im Weltraum ohne Beteiligung von Lebewesen synthetisiert werden“, sagt der Astronom Dmitry Vibe, „Wir wissen, dass interstellare organische Materie in das Sonnensystem gelangt ist und die Erde. Aber dann geschah etwas anderes mit ihr - die Isotopenzusammensetzung und Symmetrie änderten sich."

Spuren in der Atmosphäre

Eine weitere vielversprechende Möglichkeit, nach Leben zu suchen, ist mit Biosignaturen oder Biomarkern verbunden. Dies sind Substanzen, deren Vorhandensein in der Atmosphäre oder im Boden des Planeten eindeutig auf das Vorhandensein von Leben hinweist. In der Erdatmosphäre befindet sich beispielsweise viel Sauerstoff, der durch Photosynthese unter Beteiligung von Pflanzen und Grünalgen entsteht. Es enthält auch viel Methan und Kohlendioxid, die von Bakterien und anderen lebenden Organismen beim Gasaustausch während der Atmung produziert werden.

Aber Spuren von Methan oder Sauerstoff in der Atmosphäre (sowie Wasser) zu finden, ist noch kein Grund, Champagner zu öffnen. Methan findet sich beispielsweise auch in der Atmosphäre von sternförmigen Objekten – Braunen Zwergen.

Und durch die Spaltung von Wasserdampf unter dem Einfluss starker ultravioletter Strahlung kann Sauerstoff gebildet werden. Solche Bedingungen werden auf dem Exoplaneten GJ 1132b beobachtet, wo die Temperatur 230 Grad Celsius erreicht. Ein Leben unter solchen Bedingungen ist unmöglich.

Damit ein Gas als Biosignatur gelten kann, muss seine biogene Herkunft nachgewiesen werden, dh es muss genau durch die Tätigkeit von Lebewesen gebildet werden. Eine solche Herkunft von Gasen wird beispielsweise durch ihre Variabilität in der Atmosphäre angezeigt. Beobachtungen zeigen, dass der Methangehalt auf der Erde mit der Jahreszeit schwankt (und die Aktivität der Lebewesen von der Jahreszeit abhängt).

Wenn auf einem anderen Planeten Methan aus der Atmosphäre verschwindet, dann erscheint es (und dies kann beispielsweise während eines Jahres aufgezeichnet werden), bedeutet dies, dass es von jemandem emittiert wird.

Der Mars erwies sich wieder als eine der möglichen Quellen für "lebendes" Methan. Die ersten Anzeichen im Boden zeigten die Geräte des Viking-Programms, die bereits in den 1970er Jahren auf den Planeten geschickt wurden – allein mit dem Ziel, nach organischem Material zu suchen. Als Beweis dienten zunächst die entdeckten Methanmoleküle in Verbindung mit Chlor. Aber im Jahr 2010 revidierten eine Reihe von Forschern diese Sichtweise.

Sie fanden heraus, dass die uns im Marsboden bereits bekannten Perchlorate beim Erhitzen den größten Teil der organischen Substanz zerstören. Und die Proben der Wikinger wurden erhitzt.

In der Marsatmosphäre wurden erstmals 2003 Spuren von Methan entdeckt. Der Fund belebte sofort Gespräche über die Bewohnbarkeit des Mars. Tatsache ist, dass nennenswerte Mengen dieses Gases in der Atmosphäre nicht lange halten, sondern durch ultraviolette Strahlung zerstört würden. Und wenn Methan nicht abgebaut wird, sind Wissenschaftler zu dem Schluss gekommen, dass es auf dem Roten Planeten eine dauerhafte Quelle dieses Gases gibt. Und doch waren sich die Wissenschaftler nicht sicher: Die gewonnenen Daten schlossen nicht aus, dass es sich bei dem gefundenen Methan um dieselbe „Verschmutzung“handelt.

Aber Beobachtungen des Curiosity-Rovers im Jahr 2019 zeigten einen abnormalen Anstieg der Methanwerte. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass seine Konzentration jetzt dreimal höher ist als der im Jahr 2013 gemessene Gasgehalt. Und dann geschah etwas noch mysteriöseres - die Methankonzentration sank wieder auf Hintergrundwerte.

Das Methan-Rätsel hat noch keine eindeutige Antwort. Nach einigen Versionen kann sich der Rover am Boden eines Kraters befinden, in dem sich eine unterirdische Methanquelle befindet, und seine Freisetzung ist mit der tektonischen Aktivität des Planeten verbunden.

Biosignaturen können jedoch eher nicht offensichtlich sein. So entdeckte ein Team der Universität Cardiff im September 2020 auf der Venus Spuren von Phosphingas, einer speziellen Phosphorverbindung, die am Stoffwechsel anaerober Bakterien beteiligt ist.

Im Jahr 2019 zeigten Computersimulationen, dass Phosphin auf Planeten mit einem festen Kern nur durch die Aktivität lebender Organismen gebildet werden kann. Und die auf der Venus gefundene Phosphinmenge sprach dafür, dass es sich nicht um einen Fehler oder eine zufällige Verunreinigung handelte.

Einige Wissenschaftler stehen der Entdeckung jedoch skeptisch gegenüber. Der Astrobiologe und Experte für reduzierte Phosphorzustände Matthew Pasek schlug vor, dass es einen exotischen Prozess gibt, der bei Computersimulationen nicht berücksichtigt wurde. Er war es, der auf der Venus stattfinden konnte. Pasek fügte hinzu, dass Wissenschaftler immer noch nicht sicher sind, wie das Leben auf der Erde Phosphin produziert und ob es überhaupt von Organismen produziert wird.

In Stein vergraben

Ein weiteres mögliches Lebenszeichen, das wiederum mit dem Mars in Verbindung gebracht wird, ist das Vorhandensein von seltsamen Strukturen in Proben des Planeten, die den Überresten von Lebewesen ähneln. Dazu gehört der Mars-Meteorit ALH84001. Es flog vor etwa 13.000 Jahren vom Mars und wurde 1984 in der Antarktis von Geologen gefunden, die mit dem Schneemobil um die Allan Hills (ALH steht für Allan Hills) in der Antarktis fuhren.

Dieser Meteorit hat zwei Eigenschaften. Erstens ist es eine Gesteinsprobe aus der Zeit des gleichen "nassen Mars", dh der Zeit, als Wasser darauf sein könnte. Die zweite - seltsame Strukturen wurden darin gefunden, die an versteinerte biologische Objekte erinnern. Außerdem stellte sich heraus, dass sie Spuren von organischem Material enthalten! Diese „versteinerten Bakterien“haben jedoch nichts mit terrestrischen Mikroorganismen zu tun.

Sie sind zu klein für jegliches terrestrische Zellleben. Es ist jedoch möglich, dass solche Strukturen auf die Vorläufer des Lebens hinweisen. 1996 fanden David McKay vom Johnson Center for NASA und seine Kollegen in einem Meteoriten sogenannte Pseudomorphosen – ungewöhnliche kristalline Strukturen, die die Form (in diesem Fall) eines biologischen Körpers nachahmen.

Kurz nach der Ankündigung von 1996 führte Timothy Swindle, ein Planetenwissenschaftler an der University of Arizona, eine informelle Umfrage unter über 100 Wissenschaftlern durch, um herauszufinden, wie die wissenschaftliche Gemeinschaft zu den Behauptungen stand.

Viele Wissenschaftler standen den Behauptungen der McKay-Gruppe skeptisch gegenüber. Insbesondere haben einige Forscher argumentiert, dass diese Einschlüsse durch vulkanische Prozesse entstehen können. Ein weiterer Einwand bezog sich auf die sehr kleinen (Nanometer-)Abmessungen der Strukturen. Befürworter wandten jedoch ein, dass Nanobakterien auf der Erde gefunden wurden. Es gibt eine Arbeit, die die grundsätzliche Ununterscheidbarkeit moderner Nanobakterien von Objekten aus ALH84001 zeigt.

Die Debatte ist aus dem gleichen Grund wie beim Venus-Phosphin festgefahren: Wir haben noch wenig Ahnung, wie solche Strukturen entstehen. Niemand kann garantieren, dass die Ähnlichkeit kein Zufall ist. Darüber hinaus gibt es auf der Erde Kristalle wie Kerit, die selbst von den "versteinerten" Überresten gewöhnlicher Mikroben (ganz zu schweigen von schlecht untersuchten Nanobakterien) schwer zu unterscheiden sind.

Die Suche nach außerirdischem Leben ist, als würde man seinem eigenen Schatten nachlaufen. Es scheint, dass die Antwort vor uns liegt, wir müssen nur näher kommen. Aber er zieht weg, gewinnt neue Komplexitäten und Vorbehalte. So funktioniert Wissenschaft - indem sie "false positives" eliminiert. Was ist, wenn die Spektralanalyse fehlschlägt? Was ist, wenn Methan auf dem Mars nur eine lokale Anomalie ist? Was wäre, wenn die Strukturen, die wie Bakterien aussehen, nur ein Spiel der Natur sind? Alle Zweifel sind nicht vollständig auszuschließen.

Es ist gut möglich, dass im Universum ständig Ausbrüche von Leben auftreten - hier und da. Und wir, mit unseren Teleskopen und Spektrometern, kommen immer zu spät zu einem Termin. Oder umgekehrt, wir kommen zu früh an. Aber wenn Sie an das kopernikanischen Prinzip glauben, das besagt, dass das Universum als Ganzes homogen ist und irdische Prozesse woanders stattfinden müssen, werden wir uns früher oder später überschneiden. Es ist eine Frage von Zeit und Technologie.