Boris Hänßler
16.12.2011 | 12:13 22

Die Anderen

Exobiologie Warum muss Leben im All dem auf der Erde gleichen? Unter Wissenschaftlern mehren sich die Stimmen gegen den Kohlenstoff-Chauvinismus

Als die Raumfähre auf dem fernen Planeten landet, bietet sich der Besatzung ein sonderbares Bild: Der Planet ähnelt der Erde, doch Leben existiert hier nur im Ozean. Das Land dagegen erscheint völlig ausgestorben. Völlig? Die Besucher entdecken bald, dass die Luft sehr wohl bevölkert ist: von winzigen metallischen Wesen. Zum Schwarm vereinigt erzeugen sie enorme magnetische Felder, die alles andere Leben vernichten. Erschaffen von einer fremden Zivilisation haben sie eine Evolution durchlaufen, die es ihnen ermöglicht, ihre Existenz zu sichern.

Doch Leben, wie jenes, das Stanislaw Lem 1964 in Der Unbesiegbare beschrieb, gilt als Science Fiction. In der Realität entspricht die gängige Vorstellung extraterrestrischen Lebens eher der Art Leben, das sich auf der Erde entfaltet: Kohlenstoffbasiert, abhängig von einer Handvoll chemischer Elemente, gelenkt von Nukleinsäuren und angewiesen auf Wasser in flüssiger Form und einen festen Untergrund. Und so suchen die jüngst gen Mars entsendete Sonde Curiosity und das Weltraumteleskop Kepler nach Umgebungen, die genau diese Bedingungen erfüllen. Erst vergangene Woche verkündete die Nasa, Kepler habe in 600 Lichtjahren Entfernung einen Planeten entdeckt, der Leben beherbergen könnte – weil er gewisse Ähnlichkeiten mit der Erde aufweist und bislang nicht auszuschließen ist, dass es auf Kepler 22b, wie er genannt wird, flüssiges Wasser gibt. Aber was, wenn Leben völlig anders möglich ist?

In einigen Labors wird diese Idee intensiv verfolgt: So ist es dem britischen Chemiker Lee Cronin von der University of Glasgow gelungen, eine Art metallischen Baustein für Leben zu schaffen. Es handelt sich um eine Struktur aus sehr großen Molekülen. Cronin ist überzeugt, dass sich diese anorganischen Einheiten eigenständig entwickeln können. „Ich bin mir ganz sicher, dass wir es schaffen, Evolution auch außerhalb der organischen Biologie zum Laufen zu bringen“, sagt er. Seine Polyoxometallate sind nicht wasserlöslich und bestehen größtenteils aus Wolfram, das an Sauerstoff und Phosphor gebunden ist – zwei der elementaren Bausteine irdischen Lebens.

Metallische Fotosynthese

Cronin nennt das Konstrukt eine anorganische Zelle, die einige Charakteristiken von biologischen Zellmembranen besitzt: Durch künstliche Löcher in der Struktur der Metalloxide lassen sie nur selektiv Moleküle hindurch und entscheiden so, welche chemischen Reaktionen in ihrem Inneren stattfinden. Einige der neuen Moleküle haben die Forscher außerdem mit Farbstoffen markiert. Mittels Lichtenergie setzen sie Protonen, Elektronen und Sauerstoff frei – sie betreiben also Fotosynthese. Allerdings besitzen sie kein Trägermolekül für Erbinformationen. Cronin will nun herausfinden, ob sich die Zellen dennoch selbständig an unterschiedliche Umgebungen per Mutation anpassen können. „Wir versuchen im Labor zu beweisen, dass sich metallische Materie eigenständig entwickeln kann“, sagt Cronin. „Ich bin sicher, Leben auf Wolframbasis würde das tun, falls ausreichend Moleküle für eine natürliche Selektion existierten“.

Cronin ist nicht allein mit der Idee einer anorganischen Organik: 2010 hatten Nasa-Forscher nachgewiesen, dass selbst terrestrisches Leben offen für Neues ist: Das Bakterium GFAJ-1 kann bei Phosphormangel nämlich auf das hochgiftige Arsen zurückgreifen. Die Bakterien nutzen es aktiv für Wachstum. Sie nehmen es sogar in ihre DNA auf. Bereits diese kleine Änderung kann viel bedeuten, denn in großer Kälte ist Arsen leichter verfügbar als Phosphor. Auf angeblich lebensfeindlichen Planeten könnten sich daher Arsen-Mikroorganismen tummeln – so lautet zumindest die Mutmaßung.

Bis heute ist allerdings unklar, wie stabil die Inkorporation von Arsen ist oder ob das Bakterium überhaupt eine längere Zeit mit dem eingebauten Gift überleben kann. Und auch das metallische Leben aus Glasgow hat seine Schwachstellen – zumindest, wenn Wolfram im Spiel sein muss. Prinzipiell funktioniert Cronins „Leben“ auf Wolframbasis zwar, das bestätigt auch Astrobiologe Johannes Leitner von der Universität Wien – außerhalb des Labors aber wäre es doch eher unwahrscheinlich: „Wolfram ist sehr selten. Es kommt nur in Mineralien gebunden vor und hat einen hohen Schmelzpunkt. Ich kenne keinen natürlichen Prozess, der Wolfram in ausreichender Menge freisetzt, so dass daraus Leben entstehen könnte.“

Ob Wolfram oder Arsen – fest steht, dass auf der Suche nach Außerirdischen bislang zu wenig an exotische Organismen gedacht wird. „Wir kennen auf der Erde nur auf Kohlenstoff basierendes Leben, aber das bedeutet nicht, dass es kein völlig anderes gibt“, sagt Johannes Leitner. Grundsätzlich hält er Leben ohne Kohlenstoff für möglich – anstelle der Nukleinsäuren RNA und DNA müsste es dann eine andere Art geben, Erbinformationen zu bewahren und zu vervielfältigen. Leitner ist Mitglied der Forschungsplattform ExoLife, die nach alternativen Bausteinen für das Leben sucht, wenn auch zunächst von Kohlenstoff ausgehend. Die Forscher wandeln dafür das Miller-Urey-Experiment ab. Stanley Miller und sein Kollege Harold Urey hatten 1953 eine hypothetische frühe Erdatmosphäre in Form von Wasser, Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Kohlenstoffmonoxid im Reagenzglas elektrischer Spannung ausgesetzt, als Pendant zu Blitzeinschlägen auf der frühen Erde. Der Versuch bringt nach einiger Zeit organische Moleküle hervor, darunter Aminosäuren, die Bausteine der Proteine. Vermutlich hat sich irdisches Leben auf ähnliche Weise entwickelt.

Die Forscher von ExoLife modifzieren nun das Miller-Urey-Experiment derart, dass sie den Bedingungen auf verschiedenen Exoplaneten entsprechen könnten: zum Beispiel ein höherer Methan- oder Stickstoffgehalt. Außerdem suchen die Forscher nach Alternativen zu Wasser als Lösungsmittel – wie Wasserstoff-Ammoniak-Gemischen oder Schwefelsäure. „Wir hoffen, dass dabei große Moleküle entstehen, die eine ähnliche Funktion haben wie Aminosäuren, aber ohne Sauerstoff auskommen“, sagt Leitner. Solche Verbindungen hält er für die aussichtsreichsten Kandidaten als Basis exotischen Lebens.

Extrem mühsame Suche

Die Astrobiologie steht allerdings vor bislang scheinbar unlösbaren Problemen: Selbst wenn es gelingt, im Reagenzglas neuartige Biomoleküle zu schaffen, ist bis heute völlig unklar, wie aus den irdischen Bausteinen des Lebens Lebewesen wurden. Noch weniger weiß man daher, was für Bedingungen fremdartiges Leben benötigen würde. „Wir können nicht einmal davon ausgehen, dass die Evolution ein universeller Prozess ist oder ebenfalls erdähnliche Bedingungen braucht“, sagt Leitner.

Um auf fernen Planeten Leben zu entdecken, müssen Forscher zunächst nach Biomarkern in der Atmosphäre suchen – etwa Stoffe, die durch biologische Prozesse entstehen, zum Beispiel Methan. Methan allerdings kann sowohl durch Bakterien erzeugt werden als auch durch vulkanische Aktivitäten. Forscher müssten in der Atmosphäre die Methan-Isotope und andere Stoffkonzentrationen wie Schwefel exakt messen, um Rückschlüsse auf ihre Entstehung zu ziehen. Auf Exoplaneten lassen sich diese spektroskopischen Analysen noch nicht anwenden. Selbst auf dem Planeten Mars ist die Suche nach vertrauten Lebensformen extrem mühsam, weil Wissenschaftler gar nicht wissen, wonach sie eigentlich suchen sollen. Die Europäische Weltraumbehörde ESA schickt 2018 den ExoMars-Rover auf den Mars. An Bord befindet sich ein „Life Marker Chip“ mit Antikörpern, die auf 25 Biomarker reagieren und auf diese Weise organische Moleküle aufspüren. Zuvor hatten die Forscher die 63 wahrscheinlichsten Biomarker ausgemacht, die es auf dem Mars geben könnte – an chemisch neuartige Varianten hat man dabei nicht gedacht.

Doch die Stimmen, die sich gegen diesen Kohlenstoff-Chauvinismus richten, mehren sich. Auch Dirk Schulze-Makuch, Astrobiologe der Washington State University School of Earth and Environmental Sciences, sieht die Notwendigkeit, die Suche nach Außerirdischen Lebensformen erheblich auszuweiten. Mit Kollegen von NASA, SETI, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und vier Universitäten schlägt er in einer Veröffentlichung in der Dezember-Ausgabe von Astrobiology vor, Exoplaneten künftig mit Hilfe zweier Indizes zu klassifizieren, dem Earth Similarity Index (ESI) und dem Planetary Habitability Index (PHI). Der erste beschreibt die Ähnlichkeit zur Erde, der zweite chemische und physikalischen Eigenschaften, die Leben – auch völlig andersartiges – ermöglichen.

Denn selbst verwaiste Planeten, die um keinen Stern kreisen, könnten Leben beherbergen, glauben die Autoren. Zwar sei dies eine gewagte Spekulation. Doch sie sehen die Gefahr, dass die Astronomie bewohnbare Planeten einfach übersieht, wenn sie sich nur um erdähnliche kümmere. Am Ende gibt sie es vielleicht ja doch, die Wesen aus Stanislaw Lems Romanen, auch wenn wir gerade diese dann lieber gar nicht finden sollten.

Boris Hänßler ist Komparatist mit großem Faible für universelle Zusammenhänge. Im Freitag schreibt er regelmäßig über Physik

Kommentare (22)

CosmoValdemar 16.12.2011 | 16:50

Mal als Parallele zur verzweifelten Suche nach Leben auf Wasser / Kohlenstoffbasis:
Was wäre wenn man eine Raumsonde bauen würde, die zufällig und ausgerechnet auf dem Planeten der goldigen kleinen Hundchen landen würde ? Die würden doch höchstends mal ein bischen daran schnubbern, das Beinchen heben und dann weiter herumtollen.
Oder ist ein induktiver Schluss auf den Erkenntnishorizont des Menschen unangebracht, etwa in Anbetracht der Tatsache, das z.B. das momentane Standardmodell der Physik unumstösslich ist [Ironie aus] ?

Baszlo 16.12.2011 | 19:23

Ich glaube auch, dass es extraterrestrisches Leben gibt das sich von unserem völlig unterscheidet, aber es ist natürlich problematisch danach zu suchen, denn man weiss ja gar nicht, nach was man suchen sollte. Daher ist es wohl sinnvoll ersteinmal Leben zu suchen, welches unserem zumindest ähnlich ist, denn wirklich fremdes Leben könnten wir vielleicht nicht einmal erkennen.
Es sei denn, es ist intelligent, denn ein kluger SF-Autor beschrieb einmal, wie wir fremde Intelligenzen zuverlässig erkennen können: Sie schiessen zurück!

Baszlo 16.12.2011 | 19:23

Ich glaube auch, dass es extraterrestrisches Leben gibt das sich von unserem völlig unterscheidet, aber es ist natürlich problematisch danach zu suchen, denn man weiss ja gar nicht, nach was man suchen sollte. Daher ist es wohl sinnvoll ersteinmal Leben zu suchen, welches unserem zumindest ähnlich ist, denn wirklich fremdes Leben könnten wir vielleicht nicht einmal erkennen.
Es sei denn, es ist intelligent, denn ein kluger SF-Autor beschrieb einmal, wie wir fremde Intelligenzen zuverlässig erkennen können: Sie schiessen zurück!

d353rt 17.12.2011 | 18:02

Gibt es Leben im All? Was für eine Frage!
Ist es nicht interessant, dass diejenigen unter uns, die mindestens 2 Semester Analysis und Algebra hinter sich haben, diese Frage nicht mehr stellen? Anscheinend hilft die Untersuchung von mehrdimensionalen Unendlichkeiten und Vektorräumen die unermessliche Größe des Universums ein wenig besser zu verstehen.
Was allerdings den Kontakt mit Außerirdischen angeht, so halte ich es für Holywood-Märchen-Unfug. Alte Geister-Legenden vermischt mit modernem Wunschdenken.

Doch nun zum Kern: Ist Leben möglich, das nicht auf Kohlenstoff basiert, sondern auf einer metallischen Legierung oder gar nur auf Eisen? Und was ist mit Edelgasen? Tatsache ist, dass unser Verständnis von Evolution im Moment immer noch gegen religiöse Fanatiker verteidigt werden muss, und sich so ziemlich auf die Beobachtungen der letzten 500 Millionen Jahre der Geschichte eines einzigen Planeten beschränkt. So weit kann man wohl kaum von einer „Universalität“ der Evolution sprechen. Wir wissen noch sehr wenig, wir beginnen den Prozess zu verstehen, der bei uns auf der Erde unter passenden Vorrausetzungen glücklicherweise zum homo sapiens geführt habe.

Ich nutze die Gelegenheit, um meine persönliche Überzeugungen hier darzulegen:
- Gibt es intelligentes Leben außerhalb der Erde? Mit Sicherheit, ich glaube nicht, dass so viel Platz und Zeit ungenutzt geblieben sein sollte.
- Hatten wir bereits Kontakt mit E.T? Äußerst unwahrscheinlich, das würde der homo sapiens wohl kaum überleben.
- Muss das Leben auf Kohlenstoff basieren? Nun, ich weiß, dass man eine Pizza in verschiedenen Öfen erfolgreich backen kann.

Und an eine geschichtliche Tatsache möchte ich den Leser erinnern: noch gerade mal vor 500 Jahren, wussten die ach so modernen Europäer Nichts von der Existenz der Amerikanischen Kontinente, geschweige den von der Zivilisation der Inka.

Open your mind.

Zweibein 20.12.2011 | 18:29

Herausragende Eigenschaft von Kohlenstoff ist ja, dass er sich mit sich selbst verbinden kann. Diese Fähigkeit, lange Ketten aus Kohlenstoffatomen zu bilden gilt ja als eine der Ursachen, für die Vielfalt und Wandelbarkeit organischer Moleküle. Es liegt also nahe, nach Elementen zu suchen, deren Atome ebenso reagieren. Dementsprechend ist dann auch Silizium in den Fokus, primär der SciFi-Autoren - (Mejerow, Alexander, Der fliederfarbene Kristall) - geraten. Und Silizium hat den Charme, dass es quasi überall herumliegt. Es gibt also auch neben den im Artikel genannten Elementen noch zahlreiche Möglichkeiten. Am Ende ist es dann sowieso wieder irgendetwas, woran noch keiner gedacht hat :-)

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Ehemaliger Nutzer 20.12.2011 | 18:44

„Wir versuchen im Labor zu beweisen, dass sich metallische Materie eigenständig entwickeln kann“, sagt Cronin. „Ich bin sicher, Leben auf Wolframbasis würde das tun, falls ausreichend Moleküle für eine natürliche Selektion existierten“.

So schlecht ist Leben auf Wolframbasis gar nicht.

Ciao
Wolfram

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Ehemaliger Nutzer 20.12.2011 | 21:04

@tlacuache
Ich wusste gar nicht, das dass australische Queensland auch südlich von Ingolstadt liegt...

Ein Blick auf den Globus sollte dich lehren, daß Queensland ganz sicher südlich von Ingolstadt liegt.

..."Die Deutsche Rohstoff AG hat planmäßig die Produktion von
Wolfram-Konzentraten in der Wolfram Camp Mine im australischen Queensland
aufgenommen"...

Der Name "Wolfram Camp Mine" ist ein sehr merkwürdiger Name. Im Englischen (übrigens auch im Italienischen) ist der Name für Wolfram doch Tungsten(o).

Ciao
Wolfram

tlacuache 21.12.2011 | 08:20

Wolfram hat eine Dichte von 19,3 g/cm3 (Hirnmasse?)
und die unter anderem Tungsten Mine Road liegt bei Henderson, North Carolina, USA.

"Ein Blick auf den Globus sollte dich lehren, daß Queensland ganz sicher südlich von Ingolstadt liegt."

Globus?
Da wo ich mich rumtreibe ist die Welt eine Scheibe und Wolfram kennt man als Synonym für Glühbirnen (Osram)...

"Der Name "Wolfram Camp Mine" ist ein sehr merkwürdiger Name."
Ja was hast du denn jetzt schon wieder zu nörgeln, das klingt doch viel intelektueller und zivilisierter als "Badeanstalt Buchenwald" oder "Freizeitpark Sachsenhausen"...
;-)

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Ehemaliger Nutzer 21.12.2011 | 09:45

"Doch nun zum Kern: Ist Leben möglich, das nicht auf Kohlenstoff basiert, sondern auf einer metallischen Legierung oder gar nur auf Eisen? Und was ist mit Edelgasen?"

Das Leben, das nicht auf Kohlenstoff basiert, ist m.E. mit großer Wahrscheinlichkeit möglich. Aber das mit Eisen und mit Edelgasen ist völlig ausgeschlossen, und zwar wegen der Art der chemischen Bindungen (Eisen) bzw. der Unfähigkeit zur Bindungen (Edelgase).

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Ehemaliger Nutzer 21.12.2011 | 09:56

"Herausragende Eigenschaft von Kohlenstoff ist ja, dass er sich mit sich selbst verbinden kann"

Diese "herausragende Eigenschaft" besitzt jede Menge von Elementen in der Periodentabelle.

"Und Silizium hat den Charme, dass es quasi überall herumliegt"

Dass Silizium überall herumliegt und dass daraus bis jetzt kein Leben entstand ist, spricht eigentlich für sich. Silizium kann keine stabile Molekülketten bilden, weil die Verbindungen zwischen Siliziumatomen nicht so stark wie zwischen Kohlenstoffatomen sind. Außerdem sind die Verbindungen zwischen Silizium und Sauerstoff schwächer als die Verbindungen zwischen Siliziumatomen. Das ist für den Energiezyklus nicht günstig.

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Ehemaliger Nutzer 22.12.2011 | 05:29

Das erste mal war ich mit den Gedanken darüber konfrontiert, was Leben ist, als ich in der neunte Klasse Anti-Dühring von Friedrich Engels gelesen habe. Die lange Zeit danach war ich überzeugt, dass das Leben nur auf Basis von Eiweißmolekülen (also Kohlenstoff) existieren kann.

Mittlerweile bin ich zu der Meinung gekommen, dass es nicht unbedingt der Fall ist. Was muss vorhanden sein, damit das Leben entsteht? Ein chemischer Element, der in der Lage ist, lange und stabile Molekülketten zu bilden. Okay, wir hatten bis jetzt mit Kohlenstoff zu tun. Heißt aber nicht, dass anders nicht möglich ist. Was sonst? Ein Lösungsmittel. In unserem Fall: Wasser. Kann man sich aber auch was Anderes vorstellen. Was sonst? Energietransporter. Bei uns: Sauerstoff. Kann man sich ebenso etwas anderes vorstellen. Was sonst? Energiespender... also Sonne. Gibt es genug im Universum. Der Planet, der sich auf der "richtigen" Entfernung um die Sonne herum kreist. Nicht zu nah, damit das Lösungsmittel nicht verdunstet und nicht zu weit, damit das Lösungsmittel nicht verfriert. Dieser Planet muss nicht zu klein sein, damit die Gravitationskraft stark genug ist, um Atmosphäre zu halten. Und auch nicht zu groß, damit die lebendige Organismen sich überhaupt bewegen können, ohne von Gravitation zerquätscht zu werden. Hm... habe ich irgendwas vergessen? Momentan fällt mir nichts mehr ein.

Nun gut, ich denke mal, Planeten mit solchen Bedingungen kann man im Universum im Übermaß finden. Das ist eigentlich nichts Besonderes... eine voll banale Sache. Was mich viel mehr interessiert: Ist Leben auf einer nicht materiellen Basis möglich? So als Verbindung von Energieeinheiten? Wie sollte es dann aussehen und welche Voraussetzungen sollten dafür vorhanden sein?

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Ehemaliger Nutzer 22.12.2011 | 12:33

Ähm... ich möchte jetzt nicht banal sein, aber... hast Du keine Angst, dass daraus die Horrorfantasien aus SciFiBücher wahr werden können? Die Roboter, die um die Selbstbestimmung kämpfen oder so... andererseits: Wenn diesen Kreaturen ihre Existenz und vor allem die Ursprünge ihrer Existenz bewusst werden, dann kann man gleich anfangen, Roboter-Psychiatrie zu gründen...

abghoul 27.12.2011 | 12:10

Das All ist so ein schöner Begriff.
Wesentlich umfangreicher als Universum und so.
Das All ist überall
Also sind wir hier auch im All.
Es gibt also Leben im All.
Soweit wir wissen bloß auf Kohlenstoffbasis. Sicher.
Mit dem Silizium sollte man bedenken das die Rahmenbedingungen ja auch etwas anders als bei uns sein könnten.
Wie auch immer, ich habe eine nette Idee warum uns noch keine Außerirdischen besucht haben.
Beim Anflug in unser Sonnensystem kommen denen ja die ganzen Radio und Fernseh Emissionen von unserem Planeten mit Lichtgeschwindigkeit entgegen.
Davon ausgehend das die Methoden haben diese zu rekonstruieren, werden eine Menge böses Gekeife und noch mehr Werbung, dann Fernsehübertragungen von "was bin ich" etc entgegen gesendet bekommen.
Dann Projektionen von Internetanfragen undsoweiter.
Da werden die wohl lieber woanders hinfahren, aus Sorge vergewaltigt oder versklavt oder sonstwasschlimmes angetan zu bekommen.