Astrobiologen präsentieren hoffnungsvollen Biomarker für die Suche nach außerirdischem Leben

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Zukünftige Teleskope wie das “James Webb Space Telescope” (r.) werden in den Atmosphären um ferne Planeten nach Anzeichen für dortiges Leben suchen. Während unsere Erde (o.l.) in ihrer Atmosphäre gleich mehrere Gase vereint, die Leben verraten (hauptsächlich Sauerstoff und Ozon), könnte eine Kombination aus reichlich Methan und Kohlendioxid, wie auf der noch jungen Erde (u.l.) ein hoffnungsvoller alternativer Biomarker sein (Illu.).

Copyright: NASA/Wikimedia Commons/Joshua Krissansen-Totton

Seattle (USA) – Von den schon in den kommenden Jahren an den Start gehenden neuen Weltraum- und Großteleskopen wie dem James Webb Space Telescope (JWST) erhoffen sich Astronomen u.a. völlig neue Möglichkeit zur Suche nach molekularen Spuren von Leben in den Atmosphären erdartiger Planeten um ferne Sterne. Bislang galt Sauerstoff als hoffnungsvollster Vertreter dieser Biomarker. US-Astrobiologen präsentieren nun eine Alternative.

Wie das Team um Krissansen-Totton von der University of Washington aktuell im Fachjournal “Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.aao5747) berichtet, sei die Vorstellung von atmosphärischem Sauerstoff als Biosignatur zwar weit verbreitet und grundsätzlich auch eine gute Strategie, da es sehr schwer sei, Sauerstoff ohne Leben erklären zu können. “Man sollte aber nicht gleich alles auf eine Karte setzen”, schränkt Krissansen-Totton ein und führt dazu weiter aus: “Selbst wenn Leben im Universum weit verbreitet ist, so haben wir doch keinen Beleg dafür, dass dieses Leben auch Sauerstoff erzeugt. Die Biochemie der Sauerstoffproduktion ist sehr komplex und könnte deshalb sogar recht selten sein.”

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In ihrer neuen Studie haben die Forscher die Geschichte des irdischen Lebens untersucht und festgestellt, dass es mehrfach Zeitperioden gab, in denen unsere Atmosphäre ein ungleiches Gemisch aus Gasen beinhaltete, die so nur in Anwesenheit von Organismen existieren konnte. “Tatsächlich trat die Fähigkeit des Lebens zur Produktion von Sauerstoff erst und nur im letzten Achtel der Erdgeschichte auf.”

Betrachte man aber die gesamte Geschichte des Lebens, so zeige sich eine neue Kombination aus Gasen, die einen Beweis für Leben darstellt: Methan plus Kohlendioxid bei gleichzeitiger Abwesenheit von Kohlenmonoxid.

“Wir müssen nach reich vorhandenem Methan und Kohlendioxid auf Welten suchen, deren Oberflächen flüssiges Wasser besitzen und zugleich kein Kohlenmonoxid aufweisen”, so Mitautor Prof. David Catling. “Unsere Studie zeigt, dass diese Kombination ein wirklich überzeugendes Anzeichen für Leben auf einem Planeten wäre.”

Tatsächlich sei die Theorie mit Hilfe der kommenden neuen Teleskope auch schon bald umsetzbar und könnte – so hoffen die Wissenschaftler – damit schon in absehbarer Zeit zur historischen Entdeckung einer außerirdischen Biosphäre führen.

In ihrer Studie untersuchten die Forscher die verschiedenen Wege, auf denen auf einem Planet Methan entstehen könnte – von Asteroideneinschlägen, über Ausgasungen aus dem Planeteninneren bis hin zu Reaktionen zwischen Wasser und Gestein – und stellten fest, dass es tatsächlich schwer wäre, große Mengen an Methan auf einem erdartigen Felsplaneten ohne Lebewesen zu erzeugen.

“Wenn Methan und Kohlendioxid gemeinsam und in gleichzeitiger Abwesenheit von Kohlenmonoxid auf einem Planeten entdeckt werden würden, wäre dies ein chemisches Ungleichgewicht, das stark für dortiges Leben sprechen würde. Der Grund: Die Kohlenstoffatome in den beiden Molekülen stellen gegensätzliche Stufen der Oxidation dar. Kohlendioxid bindet so viele Sauerstoffatome wie nur möglich, während der Kohlenstoff im Methan sauerstoffarm ist und stattdessen das Gegenstück von Sauerstoff, Wasserstoff an sich bindet.

“Man hat damit also diese beiden extremen Stufen der Oxidation und es ist nur schwer, dies mittels eines non-biologischen Prozesses und ohne die gleichzeitige Produktion von Kohlenmonoxid zu erreichen”, erläutert Krissansen-Totton. “So stoßen etwa Planeten mit Vulkanen Kohlendioxid in ihre Atmosphäre und Methan würde dazu tendieren Kohlenmonoxid auszustoßen.”

Kohlenmonoxid hingegen ist ein Gas, das von Mikroben bereits verzehrt worden wäre, so der Forscher weiter. “Wenn Kohlenmonoxid also in größeren Mengen vorkommt, dann wäre das ein Hinweis darauf, dass man es mit einem Planeten ohne Biologie zu tun hat.”

“Methanerzeugendes Leben (das wir kennen) nutzt einen einfachen Stoffwechsel, ist allgegenwärtig und bewohnt unsere Erde schon einen Großteil der Geschichte unseres Planeten”, so Krissansen-Totton abschließend. “Diese Biologie ist relativ einfach und deshalb vermutlich weiter verbreitet als komplex-sauerstoffproduzierendes Leben. Nicht zuletzt deshalb sollten wir auch gezielt danach suchen.”

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