Die grossen Fragen: Leben aus dem All?

Bei der Frage nach dem Ursprung des Lebens spielt natürlich auch der Ort eine Rolle. Kommt das Leben auf unserer Kugel gar von anderswo her?  Und was auf der Erde geklappt hat, sollte doch auch anderswo möglich sein. So haben auch Meteoritenforschung und Planetologie haben etwas zum Thema Herkunft des Lebens beizutragen.

Eine der grossen Fragen in diesem Zusammenhang ist die Möglichkeit, dass sich das Leben schon wo anders gebildet hat, und erst auf Umwegen auf die Erde gelangt ist. Schon Anfang letztes Jahrhundert prägte der schwedische Chemiker Svante Arrhenius den Begriff der Panspermie (heute oft Lithopanspermie genannt, weil davon ausgegangen wird, dass die Lebenskeime in Gestein transportiert wurden.) Dass also Lebenskeime sich nicht nur auf einen Planeten beschränken, sondern auf andere Welten weiter wandern. Das Thema zieht natürlich leider auch gerne die üblichen esoterischen Verdächtigen an, ist aber inzwischen ein ernster Forschungszweig der planetaren Wissenschaften.

Leben an sich kann in manchen Formen sehr zäh sein, siehe den kürzlichen Blogbeitrag über die Wasserbärchen, die wohl die Apokalypse und vielleicht sogar den interplanetaren (interstellaren?) Raum überstehen würden. Und zäh müssten solche Lebenskeime sicher sein, denn um Leben in irgendeiner (wohl sehr einfachen) Form von der Oberfläche eines terrestrischen Körpers über die Fluchtgeschwindigkeit hinaus in den Weltraum zu blasen, ist wohl ein ordentlicher Einschlag eines Kometen oder Asteroiden nötig. Da kommt es zu extrem hohen Drücken, und natürlich großer Hitze. Aber Experimente haben gezeigt, dass es durchaus möglich wäre, Lebenskeime (zumindest Sporen) von der Oberfläche eines terrestrischen Planeten in den Weltraum zu schleudern.

Am Ziel runterkommen wäre dann auch wieder ein Problem, hier wäre z.B. eine Atmosphäre zum Abbremsen praktisch. Die hohe Fluchtgeschwindigkeit eines Sonnensystem würde ein Abbremsen in einem anderen Planetensystem sehr schwer machen (auch ein großer Planet wie Jupiter könnte da helfen). Ganz zu Schweigen von dem Problem überhaupt einen bewohnbaren Planeten zu treffen. Das wäre vor allem ein Problem für interstellare Übertragung. Und komplexere Bestandteile des Lebens (DNA etc.) sind in der Weltraumumgebung auch nicht so stabil, von Strahlungseinflüssen ganz zu schweigen. Allerdings könnte ein Transfer in der Frühphase von Sonnensystemen einfacher sein, da sich diese eben in Clustern in dichteren, staubreichen Regionen bilden. Hier zwei Paper zum Thema auf arXiv.
Und es scheint durchaus ordentlich planetares Material dank der Großplaneten unser Sonnensystem zu verlassen, laut Modellen bis zu einem Drittel der in Impakten freigesetzten Masse (Melosh, 2003.) Das gilt natürlich auch anders herum.

Innerhalb eines Sonnensystems ist das alles schon viel einfacher. Geringere Relativgeschwindigkeiten, vergleichsweise kleinere Distanzen. Aber auch hier ist eine Atmosphäre zum Abbremsen wichtig, so dass wohl eine Übertragung auf die Monde der Großplaneten (z.B. Europa) wohl wieder schwierig wäre. Andererseits, in der Frühzeit könnten etwaige frühe Atmosphären behilflich gewesen sein (z.B. Worth et al. auf arXiv).

Ein potentielles Demonstrationsobjekt war der Marsmeteorit ALH 84001. Wir erinnern uns, in der fernen Vergangenheit des Jahre 1996 schlug dieser Fall hohe Wellen, einschließlich einer Live-Pressekonferenz mit dem US-Präsidenten. Leider hat sich dann herausgestellt, dass es sich bei den in dem Meteoriten gefundenen Indizien dann (wohl) doch nicht um marsianische Lebensspuren handelte. Ein älterer Blogbeitrag zum Thema hier. Aber ein ernsthaftes Interesse an der Thematik war geweckt, und die Gelder flossen (und fließen) ordentlich.

Interessanterweise stammen die ersten Lebenszeichen auf der Erde aus jener Epoche, als der massive Hagel an immer noch recht größeren Körpern (Late Heavy Bombardment, LHB) vor etwa 3.8 Milliarden Jahren deutlich nachließ. Eine schöne Übersicht zum Thema von Gaidos und Selsis auf arXiv.  Wenn die Bedingungen da sind, scheint das mit dem Leben recht zügig zu klappen. Zumindest in unserem Beispiel, die Statistik ist nach wie vor mager.

Impakte und die Panspermie könnten sogar als eine Art Backup-System für bereits existierende Biosphären dienen (Gladman et al., 2005), denn ein Teil von dem ausgeworfenen Material wird recht zügig wieder eingefangen. Wer weiß, vielleicht wurde das Leben auf der Erde mehrmals neu gestartet – komplett oder durch Überreste einer früheren Biosphäre. Oder es gab ein Hin- und her zwischen den Körpern des Sonnensystems, astrobiologisches Ping-Pong.

Denn selbst in Impaktgläsern, also komplett aufgeschmolzenem und abgeschrecktem Gestein, finden sich Einschlüsse aus organischem Material. Und das in einem Zustand, der sogar die Identifikation eines ganzen ausgestorbenen Biotops erlaubt hat. Wie im Falle des Darwin Glas in Australien. In weniger stark geschocktem Gestein dürften die Chancen sogar noch größer sein. In anderen Worten, Einschläge dürften Leben nicht nur auslöschen, sondern auch weiterverbreiten. Wenn was von der Erde wegkommt, klappt das sicher auch in die andere Richtung.

Das hat noch eine weitere Konsequenz – natürlich dürfte das meiste ausgeworfene irdische Material wohl auf unserem Nachbar, dem Mond, hängen geblieben sein. Laut Armstrong 2010 bis zu einer halben Tonne pro Quadratkilometer. (älterer Artikel hier auf arXiv). Eine systematische Untersuchung des Regoliths der Mondoberfläche könnte da interessante Ergebnisse gerade aus der Frühzeit des Lebens auf der Erde liefern.

Hier noch eine kleine Anmerkung: Organisch bedeutet natürlich nicht automatisch Leben. Das wird oft gerne (absichtlich oder unabsichtlich) impliziert. Das verkauft sich natürlich viel besser. Ich persönlich bin als Mineraloge auch eher in der anorganischen Welt zuhause, und habe von organischen Angelegenheiten sehr viel wenig Ahnung (wie recht viele meiner Kollegen in der Planetologie). Man verzeihe mir deshalb bitte diverse Unschärfen in diesem Beitrag.

Bisher haben wir aber nur von bereits ausgebildetem Leben gesprochen, welches seiner Heimstatt eher unfreiwillig entfleucht. Nur wird die eigentliche Entstehung dabei nur zeitlich nach hinten verlegt. Aber auch in der Hinsicht des absoluten Ursprungs hat die Meteoritenforschung was bei zu tragen. Nicht nur diese, auch die Nachbarn von der Astrophysik und Astrochemie. Eigentlich geht es eher um die Bausteine des Lebens, aber auch das ist ein zentraler Schritt. Und wie schon angemerkt, wenn es bei uns so schön geklappt hat, sollte es auch anderswo kein Problem darstellen.

Mit Hilfe der Spektroskopie sieht man nämlich organische Moleküle in den großen Molekülwolken aus Gas und Staub, dem Interstellaren Medium (ISM) (schönes, wenn auch langes Übersichtpaper hier von Klessen & Glover). Da finden sich polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH), aber auch schon etwas komplexere Sachen wie Aminosäuren, Monosacharide (Zucker) und Lipide (z.B. hier in Rivilla et al. auf arXiv).
In dichteren Gegenden des ISM formen sich auch heute noch Sonnensysteme, also sollte solches Material Bestandteil sich formender neuer Welten sein. Und dank Strahlung passiert bereits in dieser Umgebung einiges mit dem primitiven Material.

Aber zunächst handelt es sich bei der beobachteten Organik um mögliches Ausgangsmaterial für irgendeine spätere Ursuppe, in der sich später in einem ruhigen Winkel Leben bilden könnte. Aber irgendwie muss dieses Material dann noch auf die Planeten kommen. Der Zwischenschritt hier dürfte wohl in Form der primitiven, kohligen Chondrite vorliegen. Diese Meteoritengruppen sind die Überlebenden von kleinen Planetesimalen aus der Frühzeit des Sonnensystems, so etwas wie solarer Bauschutt oder die Krümel auf dem Boden der Bäckerei, wie es Kollege Erik Asphaug mal so schön ausgedrückt hat.

Diese Planetesimale bildeten sich in der protoplanetaren Scheibe um die junge Sonne in den ersten 10 Millionen Jahren. Sie bestanden aus ganz ursprünglichen Partikeln wie den Chondrulen und den CAI, die aus Hochtemperaturprozessen entstammen. Dazu schwirrte natürlich dann noch diverses unverarbeitetes Staubmaterial, Eis und eben ursprüngliches organisches Material aus den Molekülwolken des ISM herum. Dieses Material bildete die ersten größeren Körper im Bereich von 10-100 km Durchmesser. Kurzlebige Isotopensysteme produzierten genug Energie, um nicht nur das Eis, sondern auch Teile (oder gar den ganzen) Körper aufschmelzen zu lassen. In diesen zirkulierenden Flüssigkeiten köchelte die Organik dann zusammen mit den zu Matsch alterierten Mineralen. In Form der C1-3 Chondrite haben wir noch Proben von diesen Körpern. Sehr populär ist der CM2 Chondrit Murchison, von dem 1969 sehr viel Material über Australien fiel. In diesem finden sich immerhin schon Nukleobasen, die Grundbausteine der RNA, und zwar solche eindeutigen extraterrestrischen Ursprungs (hier ein Paper von Martins et al. zum Thema.)

So weit, so gut. Aus diesen Planetesimalen entstanden dann die größeren Planeten. Allerdings war der Weg für die organischen Grundbausteine dann wohl doch nicht so geradlinig. Denn in die nächsten Stufe der Akkretion, der Trümmerscheibe (Debris Disk), ist eine extrem gewaltsame Phase gewesen. Die Entstehung des Mondes in einer Kollision der Ur-Erde mit einem marsgroßen Körper ist da nur ein Beispiel. Und da ist dann die Frage, wieviel von der ursprünglichen Organik – egal wie weit verarbeitet – die Hitze und Drücke solcher Kataklysmen überlebt hat. In wie weit die junge Erde sterilisiert wurde, ist ebenfalls noch unklar.

Deshalb müsste das eigentliche organische Ausgangsmaterial für Leben danach über spätere, vergleichsweise kleine Impakte (eben von Material wie Murchison) oder auch viel kleinerem Kram, wie Mikrometeorite oder Staub eingetragen worden sein (Stichwort Late Veneer). Mit anderen Worten, das Leben dürfte sich in dem Fall wohl eher auf der Erde direkt zusammengeköchelt haben, basierend auf später eingetragenen Grundbausteinen aus dem Weltraum, mit dem früheren Material als weitere chemische Bausteine.

Ein Kandidat für den Entstehungsort waren vielleicht Warm Little Ponds – kleine Gewässer, Idealdurchmesser so um 1 Meter (z.B. Pearce et al. auf arXiv). Aber der eigentliche Entstehungsprozess ist dann schon nicht mehr ganz mein Thema hier.

Auch noch eine abschließende Beobachtung – bei der Recherche zu diesem Thema durchforstete ich Veröffentlichungen aus zwei/drei Fachgebieten, Astrophysik/Astrochemie und der Planetologie. Interessanterweise waren die meisten Paper aus ersteren Forschungsrichtungen problemlos über arXiv zu finden. Die Veröffentlichungen aus der Planetologie tauchen hingegen dort noch sehr selten auf, weshalb dann nur die Abstrakte verlinkt werden können. Wäre prima, wenn sich das ändern würde, denn so würde die Forschung einem weiteren Publikum zugänglich.

Mein Interesse an Planetologie und Raumforschung begann schon recht früh. Entweder mit der Apollo/Sojus Mission 1975. Spätestens aber mit dem Start der Voyager-Sonden 1977, ich erinnere mich noch wie ich mir mein Leben in der fernen Zukunft des Jahres 1989 vorzustellen versuchte, wenn eine der Sonden an Neptun vorbeifliegen würde.Studiert habe ich dann Mineralogie in Tübingen (gibt es nicht mehr als eigenständiges Studienfach). Anstatt meinen Kommilitonen in die gängigen Richtungen wie Keramikforschung zu folgen, nahm ich meinen Mut zusammen und organisierte eine Diplomarbeit über Isotopenanalysen von Impaktgestein aus dem Nördlinger Ries Einschlagkrater. Dem folgte dann eine Doktorarbeit über primitive Meteorite in Münster.Nach 10 Jahren als PostDoc in verschiedenen Ecken der Welt arbeite wieder am Institut für Planetologie in Münster, an Labormessungen für die ESA/JAXA Raumsonde BepiColombo, die demnächst zum Merkur aufbrechen wird.Mein ganzes Arbeitsleben drehte sich bisher um die Untersuchung extraterrestrischer (und damit verwandter) Materialien: Gesteine aus Impaktkratern, die ganze Bandbreite Meteoriten (von den ganz primitiven Chondriten bis hin zu Marsmeteoriten). Zu meiner Forschung gehören auch Laborexperimente, in denen Vorgänge im frühen Sonnensystem nachgestellt wurden.Mein besonderes Interesse ist, die Laboruntersuchungen von extraterrestrischem Material mit Fernerkundungsdaten (im Infrarot) zu verknüpfen. Das vor allem mit Daten aus der planetaren Fernerkundung durch Raumsonden, aber auch mit Beobachtungen junger Sonnensysteme durch Teleskope.

8 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Wenn wir aus Sternenstaub bestehen, also aus Galaxien, lange vor unserem Sonnensystem, dann müsste die Zeit ausreichend gewesen sein, komplexe Moleküle zu bilden, die sich selbst reproduzieren können. Und diese Moleküle könnten auch als Asteroiden auf unsere Erde niedergegangen sein und das “Leben” gebracht haben.
    Und wenn unser All auch zeitlich keine Grenzen kennt, dann erhöht sich die Wahrscheinlichkeit. Ja, es wird sogar unwahrscheinlicher, dass es diese Möglichkeit nicht geben soll.
    Und wenn wir die Zeitachse als unendlich annehmen, dann gibt es das Leben schon immer, irgendwo und irgendwann.

  2. Es wäre großartig, wenn auch hier in diesem Blog die Regeln der deutschen Rechtschreibung stringent Anwendung fänden: das ß gibt es sogar seit einiger Zeit “groß”, siehe Titel der Rubrik. 😉

  3. Sehr schöner Artikel! Ich finde die Vorstellung, Leben in der isolierten Kälte des Weltalls unter harrschen Bedingungen zu erzeugen und dann heil auf der Erde heimisch zu machen, sehr viel unwahrscheinlicher als die Entstehung auf der Erde, wo es alle Zutaten zuhauf hab, und verschiedenste Unweltbedingungen, insbesondere auch warmes Wasser. Wenn man hier, in diesem riesigen Labor, kein Leben machen kann, dann ist es da draussen noch viel schwieriger.
    Auf anderen Planeten kann ich mir das sehr gut vorstellen, aber wenn es da geht, dann auch hier, und man spart die schwierige Umsiedlung.

  4. Leben muss sich aus selbst reproduzierenden Molekülen entwickelt haben und die organische Chemie (Chemie der Kohlenstoffverbindungen) bietet mit ihrer Vielfalt und dem Vorkommen von komplexen Verbindungen schon im Weltraum die besten Voraussetzungen dafür. Nur: Bis jetzt gelang es keinem Chemiker im Reagenzglas selbstreplizierende Systeme zu schaffen. Wir wissen definitiv nicht, wie wahrscheinlich ein solches Ereignis ist. Aber selbst wenn es extrem unwahrscheinlich wäre, müsste es in einem unendlich grossen Universum irgendwo passieren – zum Beispiel hier auf der Erde. Wir könnten also ohne weiteres im Umkreis von einigen Milliarden Lichtjahren die Einzigen mit einer technischen Zivilisation sein, ja wir könnten sogar auf dem einzigen belebten Planeten des Universums wohnen. Das wissen wir schlicht und einfach nicht. Doch es ist erforschbar: Wir können mit geringem Aufwand nach Lebensspuren anderswo in unserem Sonnensystem suchen. Alles was es dazu braucht, um das in den nächsten 20 Jahren definitiv abzuklären, sind ein paar Fortschritte in der Raumfahrt – und die werden kommen, wenn auch nicht von der NASA. Wir können auch Exoplaneten nach Signaturen von Leben absuchen – wiederum mit Aussicht auf erste Untersuchungsreihen in den nächsten 20 Jahre, denn in dieser Zeitspanne werden mehrere Grossteleskope fertiggestellt, welche die Atmosphären von Exoplaneten spektroskopisch untersuchen können. Und ja, Frühformen des Lebens sollten sich sogar in Erdmeteoriten auf dem Mond finden und wie der Zufall es will, hat die amerikanische Regierung eben ein grosses Monderkundungsprogramm, das schon in den nächste Jahren starten soll, angekündigt.

  5. MH,
    ……wenn man sich überlegt, dass es im Gestein Bakterien gibt, die sich ohne Licht und ohne Sauerstoff bilden können, und die ihre Energie durch Oxidation gewinnen, dann sollte man mit dem Suchen nach Leben auf unserer Erde beginnen.

    Was das All betrifft, es sind auch noch andere Lebensformen denkbar, die die Grenzen wissenschaftlichen Denkens übersteigen. In Science Fiction Romanen und Comics werden solche Formen beschrieben. Wichtig ist, dass wir auf der Erde der Phantasie die Möglichkeit bieten, nach allen Seiten offen zu bleiben.

    Markus K,
    Im Zuge der Europäisierung bin ich gegen die Beibehaltung de “ß”.
    Viele Engländer lesen es als b.

    • Leben ist mit grosser Wahrscheinlichkeit nicht auf der Erde entstanden. Weil es nämlich dafür zuwenig Zeit gab. Dies zeigt der arxiv-Artikel Life before Earth. Verlängert man die Mutationsrate in die Vergangenheit kommt man auf ein Entstehungsdatum des Lebens von 9.7 ± 2.5 Milliarden Jahren – also lange bevor es die Erde gab.
      Sie schreiben:

      dann sollte man mit dem Suchen nach Leben auf unserer Erde beginnen

      . Suchen müssen sie auf der Erde nicht, denn sie finden hier Leben überall. Aber fragen dürfen sie schon woher dieses Leben stammt und wo es sonst noch vorkommt.

  6. Unser Leben
    Es geht um das Leben auf der Erde. Wir sehen das oft zu eng, warum? Gehen wir vom Urknall aus, ist die Zeit unseres Sonnensystems von 4,6 Mrd Jahren 3-mal vergangen!
    Urknall-|–4,6–|–4,6–|–4,6–|-heute. So betrachtet kann sich das Leben in heutiger Form in der Ferne schon wenigstens seit 7 Mrd Jahre nach dem Urknall entwickelt haben. So gibt es viele Möglichkeiten, wie es auf die Erde gekommen sein kann.
    Die allgemeine Evolutionstheorie stimmt meiner Meinung nach durchaus. Dabei bleibt die Entstehung des Homo sapiens immer noch ein offiziell unbefriedigender Zustand. Dass es sich im Süden Afrikas vollzogen hat – stimmt mehrseitig. Dazu gehört auch die Bibel mit 1. Mo 1,26. Das ergibt sich u. a. aus Schriften der Vorzeit, die zu den Texten aus der Umwelt das Alten Testaments (TUAT) gehören und im Inet zu finden sind.
    Wir sind nicht allein im All – auch wenn es oft noch im 21. Jahrhundert und im Jahr 2017 behauptet wird!

  7. Die Mutationsrate könnte in der Vergangenheit höher gewesen sein.
    In allen Lebewesen befindet sich eine Menge des radioaktiven Kalium 40.
    Kalium 40 hat eine Halbwertszeit von 1,277 Milliarden Jahren.
    Vor 1,277 Milliarden Jahren gab es 2 mal so viel Kalium 40 wie heute.
    Vor 2,554 Milliarden Jahren gab es 4 mal so viel Kalium 40 wie heute.
    Vor 3,831 Milliarden Jahren gab es 8 mal so viel Kalium 40 wie heute.
    Vor 5,108 Milliarden Jahren gab es 16 mal so viel Kalium 40 wie heute.
    Das Kalium 40 und viele andere radioaktive Isotope wurden noch viel früher von einer Supernova erzeugt.
    Die viel höhere Radioaktivität des Kalium 40 und anderer radioaktiver Isotope könnten eine viel schnellere Veränderung des Erbmaterials als heute ermöglicht haben.

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