Universum - Grenzen des Lichts

Dokumentation (ORF)

Ewige Hölle oder Allversöhnung?

“Höllenpredigten! Da schauert es uns. Und Gott sei Dank, es gibt sie ja auch kaum noch. Ich selbst kann mich nicht erinnern, jemals über die Hölle gepredigt zu haben.”

…heißt es hier in einer christlichen Predigt. Haben sich denn die großen Kirchen von ihrem einzigen Drohinstrument, das Aufklärung und Säkularisierung überstanden hat, verabschiedet?

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Schattenleben in der Mikrobensphäre: wie oft entstand Leben?

Ausgehend von der Frage, wie wahrscheinlich extraterrestrisches Leben im Sonnensystem wohl sein mag, bin ich auch bei der Überlegung gelandet, dass unsere Erde schließlich auch zu diesem Sonnensystem gehört (ach…).
Der Nachweis eines biologischen Determinismus (s.o.) lässt sich womöglich hier auf der Erde führen werden: Wenn Leben unter terrestrischen Bedingungen wirklich ‘automatisch’ entsteht, geschah das hier vielleicht mehrfach – völlig unabhängig voneinander.

Bisher hat der Stammbaum aller Arten eine gemeinsame Wurzeln – wir kennen eine ‘Grundform’ des Lebens, sie basiert auf dem in der DNS fixierten genetischen Code und verwendet ein einheitliches System zum universellen Energietransfer.
Doch falls Leben mehrmals entstand, gäbe es mehrere Stammbäume.
Spektrum der Wissenschaft befasste sich im April 2008 (vollständiger Artikel als PDF) mit den Thesen von Paul Davies. 

Kein Planet ist schließlich erdähnlicher als die Erde selbst.

Unter ‘Aliens’ versteht Davies also alle fremdartige Lebensformen unabhängig von ihrer Herkunft – d.h. Organismen, die sich von allem Bekannten grundlegend unterscheiden. Kann man dann aber noch von Leben sprechen?
Eine allgemein anerkannte Definition von Leben ist nicht unproblematisch (was ist z.B. mit Viren? Mein Bio-Lehrer vertrat damals die Auffassung, dass Viren ‘gelebt werden’). Einigkeit besteht darin, dass zwei Kriterien unabdingbar sind: Stoffwechsel und Fortpflanzung. Hinzu kommt eine selbstständige Lebensfähigkeit.

‘"Braucht das Leben wirklich Proteine?", lautete eine von Benners¹⁾ provokanten Fragen. Es gebe Hinweise, dass Urzeit-Mikroben nur mit Hilfe von Ribonukleinsäure (RNA) und ohne Proteine ausgekommen seien. Auch die Suche nach Leben auf dem Mars könnte laut Benner bisher an solchen Definitionsfragen gescheitert sein.’ (aus ‘Forscher suchen Überlebende kosmischer Crashs’, SPIIEGEL online, Feb. 2009)
Als 1976 die Mars-Sonde "Viking"-Sonde nach Leben suchte, hatte man sich lediglich auf Leben auf Basis von Kohlenstoffbasis konzentriert – durch derartige Begrenzungen nimmt die Forschung eventuell einen zu selektiven Standpunkt ein.

Es bestehe die Gefahr eines "Kohlenstoff-Chauvinismus".
In jedem Fall müssten auch die Exoten – vermutlich wären sie mikroskopisch klein – sich ernähren (mit Energie versorgen) und Nachkommen erzeugen. Mögliche Indikatoren für solche ‘Aliens’:

• Gesteinsmodifikationen oder mineralische Ablagerungen, die sich nicht auf bekannte Organismen zurückführen lassen.
• Uralte Mikrofossilien könnten zudem ungewöhnliche organische Moleküle enthalten, wie sie vertraute Lebensformen nie herstellen.
• Chiralität: Alle bekannten Organismen haben linksdrehende Aminosäuren und eine rechtsdrehende DNA-Doppelhelix. Das könnte bei alternativen Formen, eine eigenständigen Evolution durchlaufen haben, umgekehrt sein.
• Extrem anders wäre fremdes Leben, wenn Silizium statt Kohlenstoff als Grundbaustein verwenden würde. Auch Silizium-Atome können sich zu Ringen und langen Ketten zusammenzuschließen, die als Grundgerüste für Biomoleküle taugen (vgl. Isomerie). Ein gemeinsamer Ursprung silizium- und kohlenstoff basierter Organismen erscheint aus heutiger Sicht ausgeschlossen.
• Auch die aufblühende Forschung über künstliches Leben kann Hinweise auf mögliche Eigenschaften fremder  Lebensformen liefern.Aliens Anregungen bieten

Existiert bis heute eine eine ‘Schattenbiosphäre’?
Der Begriff der Schattenbiosphäre bezieht sich auf die These, dass alternative Lebensformen bis heute im Verborgenen überlebt haben. So abwegig, wie es auf den ersten Blick scheinen mag, ist dies nicht: Dass die Exoten  bis heute unentdeckt geblieben sein könnten, hängt mit dem Umstand zusammen, dass die meisten Organismen auf der Erde Mikroben sind – also für das menschliche Auge nicht sichtbar.
Selbst mikroskopische Untersuchungen verraten nur wenige spezielle Eigenheiten der Winzlinge.
Um zweifelsfrei zu ermitteln, ob ein Organismus zu ‘unserem’ Stammbaum, muss dessen Erbgut untersucht und wenigstens zum Teil sequenziert werden.

Bei der DNA-Sequenzierung wird die Nukleotid-Abfolge in einem DNS-Molekül bestimmt. Von 1995 bis 2010 wurde das Genom von gut 1000 verschiedenen Organismen analysiert werden…damit wird die Dimension der Aufgabenstellung etwas klarer…

Bislang war noch kein Organismus fremden Ursprungs dabei (bezogen auf die o.a. biochemischen Hauptmerkmale aller bekannten Lebensformen). Allerdings sind die bis heute entwickelten Methoden und Instrumente zur Analyse neu entdeckter Organismen
darauf ausgelegt, ‘herkömmliches’ Leben zu erkennen und zu untersuchen. Für eine fremdartige Biochemie sind sie potenziell ungeeignet.
Sind Mikroben vorstellbar, deren Erbinformation nicht durch die ATCG-basierten Nukleinsäuren DNS/RNS codiert sind?

Das Red Rain –Phänomen, der “Rote Regen von Kerala” (2001 und im Juli 2012, siehe hier in deutscher Sprache gefunden, von grenzwissenschaftlichen Themenseiten abgesehen) soll zwar im Zusammenhang mit unerkannten Molekularkompositionen, die keine DNS enthalten, stehen. Auch CNN berichtete kurz darüber: Mysterious red cells might be aliens

"If it's true that life was introduced by comets four billion years ago," the astronomer says, "one would expect that microorganisms are still injected into our environment from time to time. This could be one of those events."Doch aus dem wenigen, was als seriös bezeichnete Quellen darüber geschrieben haben, tippe ich einstweilen auf ein biologisches Abfallprodukt.

 Untersucht werden Ökosysteme, die vom Rest der Biosphäre weit gehend isoliert erscheinen – dort lassen sich Mikroben aufspüren, die ohne Licht, Sauerstoff und organische Produkte anderer Organismen überleben. Nun verändert man die Lebensbedingungen so, dass irdische Organismen sie nicht mehr aushalten. Sollte anschließend noch biologische Aktivität nachzuweisen sein, könnte dies ein Hinweis auf fremdes Leben sein.
Dass Einzeller extreme Lebensbedingungen bevorzugen, ist alleine noch kein solcher Hinweis. Denn auch diese Extremophilen haben dieselbe Biochemie.

"Allein eine fremde Biochemie würde uns die andere Lebensform verraten."

Nicht wenige Wissenschaftler vertreten die Ansicht, das Leben habe mehrmals begonnen und wurde durch Meteoriteneinschläge immer wieder ausgelöscht. Doch ist ebenso denkbar, das einige dieser Meteoriten erst das Leben mitbrachten – in Gestalt eingefrorener Einzeller, die sich auf der Erde vermehrten und im Laufe der Zeit weiter entwickelten.
Die Entdeckung solcher Mikroben (aus jeder der beiden Entstehungsvarianten) würde “auf einen Schlag die Frage beantworten, ob wir allein im All sind", sagt Paul Davies, "Wir hätten damit praktisch bewiesen, dass es im All von Leben wimmeln muss."

Zwei grundverschiedene Ansätze…
…konkurrieren darum, wie der Beginn von Leben erfolgt.

• Der einen Theorie zufolge vermag Leben mit einer plötzlichen Transformation einzusetzen – “vergleichbar mit einer einem physikalischen Phasenübergang”. Der Auslöser bestehe darin, dass in einem System die chemische Komplexität eine bestimmte Schwelle übersteigt.
  Das System muss keineswegs um eine einzelne Zelle handeln: ein primitives Leben mag einst aus einer Zellgemeinschaft erwachsen sein, die Stoffe und Informationen austauschte. Autonomie
  gewannen entstand erst später.

• Nach der zweiten Theorie verläuft der Übergang von reiner Chemie zur Biologie allmählich und so kontinuierlich, dass keine scharfe Grenze zwischen Leben und unbelebter Chemie gezogen werden kann. Damit hätte es auch keinen speziellen Moment als Anfang des Lebens gegeben.

Und damit landen wir erneut bei der Definitionsproblematik: Ist es zweckmäßig, wenn dem Phänomen Leben mindestens eine exklusive Eigenschaft zugesprochen wird? Im Interesse einer klaren Abgrenzung von rein chemischen Vorgängen jedweder Komplexität ließe sich z.B. festlegen, dass Leben bestimmte Arten von Information speichert und verarbeitet.

“Definiert man Leben aber eher vage über so etwas wie organisierte Komplexität, dann verlieren sich die Wurzeln leicht in der Sphäre reiner komplexer Chemie.” Paul Davies

Letztlich dreht sich alles um die Ausgangsfrage: War die Entstehung von Leben auf der Erde ein einzigartiger, kaum wiederholbarer Zufall²⁾ ? Oder entsteht Leben zwangsläufig, sobald eine lebensfreundliche Umgebung zur Verfügung steht?
Die schnellste Antwort auf diese Frage könnten Versuche liefern, synthetisches Leben im Labor zu erschaffen.

"Dann", meint Davies³⁾ , "wissen wir, ob man nur die richtigen Zutaten zusammenrühren muss, damit Leben entsteht".

Siehe auch:

• Chemische Evolution – kurzer Überblick und Literaturangaben v. Christian Neukirchen
• ‘Mikrobiologie’ aus der Reihe ‘Taschenlehrbuch Biologie’ , Katharina Munk (sehr detailliert und ohne Vorkenntnisse nicht durchgängig auf Anhieb zu verstehen)

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Anmerkungen

1)Steven Benner von der Foundation for Applied and Molecular Evolution
2)Als Argument gegen jede Zufallsthese reicht m.E. schon eine Grafik aus, die sozusagen als Rückgriff auf die Vielzahl der Einzelschritte einer chemischen Evolution auf Kohlenstoffbasis visualisiert:

Entstehung und Funktion von Biomolekülen (Quelle: Wikipedia)

3) Zentrale Überlegungen wurden, soweit keine abweichende Quellenangabe existiert, dem Artikel “Aliens auf der Erde?” von Paul Davies entnommen, erschienen in der SdW-Ausgabe 04/2008.
Der Artikel kann kostenfrei als PDF abgerufen werden.

Extraterrestrisches Leben im Sonnensystem “immer wahrscheinlicher”

Zu meiner Schulzeit, also in den 70er und 80er Jahren des letzten Jahrhunderts, waren sich alle ‘Exporten’ ganz sicher: In unserem Sonnensystem gibt es Leben, klar. Und zwar auf der Erde und sonst wonirgends.

Damals glaubten die meisten der Biologen, das Leben hätte seine Existenz einem chemischen Zufall zu verdanken – dieser sei jedoch von so geringer Wahrscheinlichkeit, dass es sich im gesamten Universum nicht wiederholt haben dürfte.

Spätestens um die Jahrtausendwende setzte dann ein weitreichendes Umdenken ein – vor knapp 15 zehn Jahren bezeichnete der Biochemiker und Nobelpreisträger Christian de Duve Leben eine “kosmische Zwangsläufigkeit” und der Chemiker Robert Shapiro spricht sogar von einem biologischen Determinismus!

• Harald Zaun nannte im Oktober 2002 auf Heise.de gleich mehrere Kandidaten, für die einzelne US-Forscher Umweltbedingungen vermuteten, welche die Entstehung von Organismen begünstigen können.

Auf dem Mars, auf dem Saturnmond Titan, in der Atmosphäre der Venus sowie auf dem Jupitermond Europa hielten Astrobiologen es nicht mehr für ausgeschlossen, dass primitive Lebensformen eine extraterrestrische Nische gefunden hatten. So verglich Richard Greenberg von der University of Arizona in Tucson das Europa-Eismeer mit dem irdischen Arktischen Ozean und vermutete darin Organismen.

• Sogar der als ‘Alien-Skeptiker’ bekannte TV-Professor und Kosmologe Prof. Harald Lesch kommt angesichts der zwischenzeitlichen Entdeckung von mehr als 500 Exoplaneten zu einer Neubewertung:

"Ja, es gibt sie, und wir werden sie finden. Dass es im All Leben gibt, dafür sind wir Menschen das allerbeste Beispiel, denn unser Planet ist ein Teil des Universums."

“Grenzenloser Optimismus und bizarre Theorien”

Plötzlich galt es nicht mehr als Spinnerei, von mikrobiotischem Leben auf anderen Planeten und Trabanten des Sonnensystems zu sprechen. Allerdings machten solche Vermutungen nicht an rationalen Grenzen halt: auch über intelligentes Leben auf Mars, Europa und Co. wurde laut nachgedacht. Andere rechneten ein wenig und kamen auf mögliche “30 Milliarden Erden in unserer Milchstraße”.

Als die beiden Astronomen Tegler und Romanishin 1998 feststellten im Kuiper-Gürtel  zwei sehr unterschiedliche Typen von Asteroiden nachwiesen und zeigten, dass eine Klasse davon extrem rötlich gefärbt ist, wurde bald die These laut, diese Färbung sei eine Folge von biologischer Aktivität.

Ähnlich argumentiert der Astro-Geophysiker Brad Dalton in Bezug auf rötliche Risse auf der Oberfläche des Jupitermonds Europas Kruste - ‘gefrorene Bakterienkolonien’,vermutet er.

Vor einem Jahr (2011) kam eine neue Nasa-Studie zu der Einschätzung, dass unterirdisches Leben auf dem Mars nicht auszuschließen sei: Lebensformen auf dem Mars könnte bis in bestimmten Schichten unter der Oberfläche bis heute überlebt haben. Dies ergibt sich aus der Analyse von Bildern von Marssonden.
(Vgl. Rinnsale im roten Sand, SPIEGEL online,2011)

Und nun (2012) entdeckt der Marsrover „Curiosity“ hat ein ausgetrocknetes Flussbett und vom Wasser geformte Kiesel gefunden:

 

Auch gemessene Wetterdaten – durchschnittlich bis zu sechs Grad Celsius am frühen Nachmittag zur Mars-Zeit sind interessant – der Mars-Winter ist offenbar viel wärmer als bisher angenommen wurde.

Vorläufiges Fazit der NASA: Der Rote Planet könnte einst bewohnbar gewesen sein.

 

Extraterrestrisches Leben im Sonnensystem
(BBC exklusiv, 28 min)

 

Zu hohe Erwartungen?

“Wo Wasser ist, da ist auch Leben”, behauptet nicht nur Uri Geller, sondern auch mancher Enthusiast in Sachen Exobiologie. Ich halte diese Annahme in dieser absoluten Form für nicht zu treffend, denn Leben nach unseren Vorstellungen braucht bestimmte anorganische Basismoleküle, die neben mehr als Sauerstoff und Wasserstoff, vor allem aber weitaus komplexere Molekülstrukturen als H₂O. Allerdings ist Leben ohne das Vorhandensein von Wasser nur schwer vorstellbar.

Und an welche Lebensformen denken jene Forscher, wenn sie Leben auf dem Mars als ‘nicht auszuschließen’  bis ‘relativ wahrscheinlich’ bezeichnen?

Jedenfalls keine mehrzelligen Lebewesen, soweit ist man sich noch einig. Es wäre schon eine Sensation, auf dem Mars oder einem der anderen Kandidaten auch nur Mikrosphären oder Protein-Protozellen vorzufinden. Das sind kleine, kugelförmige Molekülaggregate, die als bedeutender Entwicklungsschritt während der Entwicklung des Lebens gelten.

Schon dafür müsste eine chemische Evolution stattgefunden haben wie vermutlich vor etwa 4,2 bis 3,8 Milliarden Jahren auf der Erde. Die “Entstehung sich selbst replizierender und variierender chemischer Informations-Systeme” setzt wiederum voraus, dass die günstigen Bedingungen, die vielleicht mal auf dem Mars existiert haben, lange genug anhielten.

Spontan entstehen lediglich einfache Biomoleküle, die dann Vorstufen komplexerer Biomoleküle bilden könnten (vgl. Miller-Urey-Experiment, 1953). Schon dafür muss weit mehr vorhanden sein als ‘nur’ Wasser: Temperatur, Atmosphäre, Strahlung (UV-Licht) usw.

Sidney W. Fox zeigte 1957, dass Aminosäuren bei gleichzeitiger Erwärmung dazu gebracht werden konnten, sich miteinander zu sog. Polypeptiden zu verbinden. Diese formten kugelförmige Hohlkörper und durch Selbstaggregation bildeten sich durch membranartige Hüllen und es entstanden Mikrosphären. Diese bilden unter geeigneten Bedingungen neue Mikrosphären auf ihrer Oberfläche. Obwohl sie in ihrem Erscheinungsbild Zellen ähneln, handelt es sich nicht um lebende Systeme: sie können sich nicht exakt reproduzieren und enthalten kein genetisches Material, dass sie an ihre ‘Nachkommen’ weitergeben könnten.

Entscheidend für die Entwicklung des Lebens waren sie vermutlich insofern, als sie ein membranumschlossenes Volumen zur Verfügung stellten, das sich in Vorformen einer Zelle entwickeln konnte.

Allein für diese Anfangsetappen, die keineswegs schon einfachste Lebensformen hervorbrachten, müssen also weitaus mehr Voraussetzungen zusammen kommen als fließendes Wasser und eine rudimentäre Atmosphäre.
Ob diese Bedingungen bzw. welche von ihnen jemals auf dem Mars gegeben waren, ist bis heute nicht erforscht.

Von daher erscheinen Aussagen, die Leben auf dem Mars mit Blick auf früheres / heutiges Wasservorkommen als “wahrscheinlich” bezeichnen, sehr gewagt. Vielmehr kam es hier vorerst zu einem Rückschlag: Nachgewiesene Methan auf dem Mars stammt nicht von marsianischen Bakterien – sondern zu einem großen Teil von Meteoriten.

Von exotischen Schwefelbakterien in Höhlen auf der Erde nun zu schließen, auch dort wäre Leben in kürzlich entdeckten Höhlen auf dem Mars möglich”, ist irreführend, gelinde gesagt. Die Frage lautet schließlich nicht, ob Mikroben dort überleben könnten, sondern ob sie dort entstanden ein können – das ist bei weitem nicht dasselbe. Auch die Ergebnisse aus der Erforschung sog. Schwarzer Raucher¹⁾ und Weißer Raucher deuten nicht darauf hin, dass sich Leben auf der Erde mehrmals unabhängig voneinander entstanden ist^2).

Alle bekannten Lebewesen nutzen gleichen genetischen Code zur Informations-weitergabe und auch dasselbe System universellen Energieaustauschs (ATP/ADP). Dies ist als Beleg dafür zu werten, dass alles heutige Leben auf gemeinsame Vorfahren zurückgeht. Zwar könnte Leben auch mehrfach entstanden sein, aber in diesem Fall hätte nur eine Linie bis heute überlebt).

Schwarzer Raucher im Atlantik

Von ernstzunehmenden Wissenschaftlern der rote Planet auch nicht zu den aussichtsreichsten Kandidaten für extraterrestrisches Leben in unserem Sonnensystem gezählt, sondern vor allem die Monde von Jupiter und Saturn. Die lebensfreundlichsten Bedingungen im Sonnensystem außerhalb der Erde scheint nach derzeitigem Kenntnisstand der nur 500 km große Saturnmond Enceladus zu bieten:

 

Möglichkeiten für Leben auf Enceladus

• Zumindest in der Südpolregion von Enceladus wird die Existenz von flüssigem Wasser vermutet:

 “Es könnte sich in Kammern befinden, die möglicherweise nur einige Meter unter der Oberfläche liegen und bräche dann ähnlich einem Geysir an die Oberfläche aus. Die geysirartigen Fontänen in der Südpolarregion waren bis in eine Höhe von 500 Kilometern zu beobachten.”

• Messergebnisse der Raumsonde Cassini bei ihrem Vorbeiflug vom 12. März 2008 in nur 52 km Entfernung zeigten eine viel höhere Dichte von flüchtigen Gasen wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid als bislang angenommen. Aber auch organische Materialien waren etwa 20-mal häufiger als erwartet. Die unerwartete chemische Zusammensetzung der ausgestoßenen Partikel ähnelt der eines Kometen.
• Im Gegensatz zu einem Kometen wird Enceladus aber durch vulkanische Aktivität von innen erwärmt.

Enceladus besitzt somit Eigenwärme, Wasser und organische Moleküle, einige der wesentlichen Voraussetzungen für die Entwicklung von Leben.

 

‘Aliens auf der Erde’?

Keine Sorge, es geht jetzt nicht um bizarre Reptiloide, die die Menschheit insgeheim beherrschen…
Sondern um die bereits kurz angesprochene Überlegung, dass auch auf unserem Planeten das Leben mehrmals entstanden sein könnte.

Spektrum der Wissenschaft befasste sich im April 2008 (vollständiger Artikel als PDF) mit den Thesen von Paul Davies andere Forscher suchen nach Mikroorganismen, die sich grundlegend von der uns bekannten Lebensform unterscheiden.

To be continued

 

Siehe auch:

• "UFOs are real. Sie kommen von fremden Sternen." – nette Retro-Dokumentation aus dem Jahr 1979
• Ökosystem-Erde.de:
  • Die Entstehung des Lebens
  • Die Entfaltung des Lebens auf der Erde
• Search for Extraterrestrial Intelligence -(SETI)

 

Anmerkungen

1) Rätselhaft sind die Biotope um Felder hydrothermaler Tiefseequellen, weil diese nur ca. 20 Jahre aktiv sind. Dann verstopfen die Röhren, die Quellen versiegen und die Fauna stirbt auch in der nun für sie lebensfeindlich gewordenen Umgebung. Wie das Leben an neue Felder hydrothermaler Quellen kommt, ist bisher nicht erforscht.

Es gibt derzeit zwei verschiedene Theorien, die allerdings beide noch nicht hinreichend bewiesen sind:

1. Die Tiere geben ihre Eier in das Umgebungswasser ab, durch das sie dann über weite Strecken durch Meeresströmungen weiter getrieben werden. Sobald ein Ei eine hydrothermale Quelle mit optimalen Lebensbedingungen erreicht, wächst daraus eine Larve.
2. Die erwachsenen Tiere sind in der Lage, von Quelle zu Quelle zu „springen“. Wal-Kadaver könnten als „Trittsteinbiotope“ von einem Schwarzen Raucher zum nächsten fungieren. Wie dieser Vorgang genau vonstattengeht, darüber sind sich die Forscher nicht einig. Es wurden auch noch keine beweglichen Stadien gefunden.

2) Dennoch gehen Wissenschaftler wie z.B. Paul Davies der Frage nach, ob auf der Erde das Leben mehrmals entstanden ist. Sie suchen nach Mikroorganismen, die sich grundlegend von der uns bekannten Lebensform unterscheiden...