Leben auf Planeten um unsere Nachbarsterne vielleicht gerade wegen hoher Strahlungsdosen möglich

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Künstlerische Darstellung einer „jungen Erde“ um eine rote „Sonne“ (Illu). Copyright: J. O'Malley-James, Carl Sagan Institute, Cornell University, Jeff Tyson

Künstlerische Darstellung einer „jungen Erde“ um eine rote „Sonne“ (Illu). Copyright: J. O’Malley-James, Carl Sagan Institute, Cornell University, Jeff Tyson

Ithaca (USA) – Spätestens als erdähnliche Planeten innerhalb der lebensfreundlichen Zonen unserer nächsten Nachbarsterne entdeckt wurden, waren die Hoffnungen auf dortiges Leben ebenso groß wie schnell zerstört, als klar wurde, dass die hohe Strahlung, mit der die Zentralgestirne selbst diese Welten bombardieren, die Entstehung und Entwicklung von uns bekanntem Leben doch stark in Frage stellen. Eine neue Studie kommt nun jedoch zu einer ganz anderen Einschätzung der Möglichkeiten außerirdischen Lebens um unserer Nachbarsterne.

Tatsächlich empfängt Proxima-b, ein erdartiger Planet, der den gerade einmal 4,2 Lichtjahre entfernten Roten Zwerg Proxima Centauri umkreist, 250-mal mehr Röntgenstrahlung als die Erde von der Sonne und ist an seiner Oberfläche vermutlich tödlichen Dosen an ultravioletter Strahlung ausgesetzt sein. Vor diesem Hintergrund stellen viele Wissenschaftler Leben auf Proxima-b in Frage oder gar Abrede. Astronomen und Astronominnen der Cornell University sagen nun hingegen, dass das Leben diese Art von heftiger Strahlung schon einmal überlebt hat – und sie liefern sogar einen Beweis: Wir selbst!

Wie Lisa Kaltenegger und Jack O’Malley-James von der Cornell University aktuell im Fachjournal „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ (DOI: 10.1093/mnras/stz724) berichten, habe sich schließlich das gesamte heutige Leben auf der Erde aus Organismen entwickelt, die während eines noch größeren UV-Strahlenangriffs als der, dem Proxima-b unterliegt, gediehen waren. Die Erde vor vier Milliarden Jahren war demnach ein „chaotisches, bestrahltes, heißes Durcheinander“, so die beiden Autoren. „Und trotzdem gewann das Leben irgendwie an Bedeutung und breitete sich über den ganzen Planeten unaufhaltsam aus.“ Auf einigen der uns nächsten Exoplaneten könnte sich dieser Vorgang deshalb auch sozusagen in diesem Moment abspielen, so Kaltenegger und O’Malley-James.

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Für ihre Studie modellierten die beiden Forscher die Oberflächen-UV-Umgebungen der vier potenziell bewohnbaren uns am nächstgelegenen Exoplaneten: Proxima-b, TRAPPIST-1e, Ross-128b und LHS-1140b. Sie alle umkreisen kleine rote Zwergsterne, wie sie im Gegensatz zu unserer Sonne sehr aktiv sind und häufig sog. Flares (Sonnenausbrüche) produzieren, die dann ihre Planeten in energiereiche UV-Strahlung tauchen.

Während derzeit zwar noch nicht genau bekannt ist, welche Bedingungen auf der Oberfläche dieser Planeten herrschen, ist hingegen bekannt, dass solche Ausbrüche biologisch schädlich sind und auch die gesamten Atmosphären der ihnen ausgesetzten Planeten erodieren und schädigen können. Hohe Strahlungsdosen führen zudem dazu, dass biologische Moleküle wie Nukleinsäuren mutieren oder sogar abschalten.

In ihren Modellen haben O’Malley-James und Kaltenegger deshalb verschiedene in Frage kommende atmosphärische Kompositionen untersucht. Angefangen von Szenarien, die der heutigen Erde ähneln, bis hin zu “erodierten” und “anoxischen” Atmosphären, also Planeten mit sehr dünnen Atmosphären, die die UV-Strahlung kaum bis gar nicht blockieren, sowie solche ohne Ozonschutz.

Erwartungsgemäß zeigen die Simulationen zunächst, dass bei abnehmenden Atmosphären und geringer Ozonschicht die energiereichere UV-Strahlung den Boden erreicht. Dann verglichen die beiden Astrobiologen die Modelle mit der Erde von vor rund vier Milliarden Jahren bis heute: Obwohl die modellierten Planeten heute eine höhere UV-Strahlung als unsere heutige empfangen, liegt diese Strahlung deutlich niedriger als das, was die Erde zur Zeit der Entstehung ihres Lebens erhielt.

“In Anbetracht der Tatsache, dass die frühe Erde bewohnt war”, schreiben die Forscher, “zeigen wir, dass UV-Strahlung offenbar kein einschränkender Faktor für die Bewohnbarkeit von Planeten ist, die M-Sterne (also Rote Zwerge) umkreisen. Unsere nächsten Nachbarwelten bleiben faszinierende Ziele für die Suche nach Leben jenseits unseres Sonnensystems.”

Eine andere Frage stelle sich hingegen bei Planeten, die inaktive M-Sterne umkreisen, also auf Planeten, die einem niedrigen Strahlungsfluss ausgesetzt sind. Angesichts unserer eigenen Erde stellt sich die Frage, ob die Entwicklung des Lebens vielleicht gerade die hohen Strahlungswerte der frühen Erde benötigt?

Um die mögliche Bewohnbarkeit von Welten mit unterschiedlichen Strahlungszuströmen zu beurteilen, untersuchten die Forscher die Sterberaten bei verschiedenen UV-Wellenlängen des extremophilen Bakteriums Deinococcus radiodurans und damit eines der bekanntesten strahlungsresistenten irdischen Organismen.

Hintergrund
Tatsächlich ist Deinococcus radiodurans (s. Abb. l.) derart widerstandfähig, dass Wissenschaftler 2010 bereits die Vermutung aufgestellt hatten, dass das Bakterium selbst ursprünglich huckepack mit Asteroiden, Meteoriten und Kometen aus dem auf die Erde gelangt sein und die noch junge Erde befruchtet haben könnte (…GreWi berichtete).

Nicht alle Wellenlängen der UV-Strahlung sind für biologische Moleküle gleichermaßen schädlich: So müsste zum Beispiel, so berichtet das Forscherduo, “eine UV-Strahlungsdosis bei 360 Nanometer drei Größenordnungen höher sein als eine Strahlungsdosis bei 260 Nanometer, um ähnliche Sterblichkeitsraten in einer Population dieses Organismus zu erzeugen.”

Viele Organismen auf der Erde setzen Überlebensstrategien ein – darunter Schutzpigmente, Biofluoreszenz oder auch den Rückzug unter die Oberfläche, ins Wasser oder unter Gestein -, um mit hohen Strahlungsniveaus fertig zu werden. Derartige Strategien könnte das Leben also auch auf anderen Welten imitieren. Dadurch wäre solches Leben auf fernen Planeten aber auch schwieriger zu finden, da auch die atmosphärischen Biosignaturen von Oberflächenleben, wie sie mit Teleskopen entdeckt werden könnten, schwieriger zu finden wären.

“Die Geschichte des Lebens auf der Erde liefert uns eine Fülle von Informationen darüber, wie die Biologie die Herausforderungen von Umgebungen bewältigen kann, die wir heute als lebensfeindlich empfinden würden”, so O’Malley-James und Kaltenegger abschließend: “Unsere Forschung zeigt nun aber, dass schon unsere nächsten Nachsysteme für die Suche nach dem Leben auf anderen Welten faszinierende Ziele sind, die es zu erkunden gilt.”

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