Wie können Astrobiologen außerirdisches Leben finden? Im Alltag haben wir normalerweise kein Problem damit zu erkennen, dass ein Hund oder ein Rosenstrauch ein Lebewesen ist und ein Stein nicht. In der Klimaszene des Films ‘ Europa-Bericht “ können wir auf den ersten Blick erkennen, dass die im Ozean von Jupiters Mond Europa schwimmende Kreatur mit vielen Tentakeln lebendig, kompliziert und möglicherweise intelligent ist.
Aber solange nichts schwimmt, läuft, kriecht oder an den Kameras eines beobachtenden Raumschiffs vorbeischlüpft, haben Astrobiologen eine viel härtere Aufgabe. Sie müssen Tests entwickeln, die es ihnen ermöglichen, aus Raumfahrzeugdaten auf das Vorhandensein von außerirdischem mikrobiellem Leben zu schließen. Sie müssen in der Lage sein, fossile Spuren vergangenen außerirdischen Lebens zu erkennen. Sie müssen feststellen können, ob die Atmosphären entfernter Planeten, die andere Sterne umkreisen, verräterische Spuren unbekannter Lebensformen enthalten. Sie brauchen Möglichkeiten, um aus der Kenntnis seiner Eigenschaften auf die Anwesenheit von Leben zu schließen. Eine Definition des Lebens würde ihnen sagen, was diese Eigenschaften sind und wie sie danach suchen müssen. Dies ist der erste einer zweiteiligen Serie, in der untersucht wird, wie unser Lebenskonzept die Suche nach außerirdischem Leben beeinflusst.
Was zeichnet Lebewesen aus? Seit Jahrhunderten haben Philosophen und Wissenschaftler eine Antwort gesucht. Der Philosoph Aristoteles (384-322 v. Chr.) widmete sich intensiv der Sezierung von Tieren und dem Studium der Lebewesen. Er vermutete, dass sie besondere Fähigkeiten hatten, die sie von Dingen unterscheiden, die nicht leben. Inspiriert von den mechanischen Erfindungen seiner Zeit glaubte der Renaissance-Philosoph René Descartes (1596-1650), dass Lebewesen wie Uhrwerkmaschinen seien, deren besondere Fähigkeiten sich aus der Organisation ihrer Teile ergeben.
1944 schrieb der Physiker Erwin Schrödinger (1887-1961)Was ist Leben? Darin schlug er vor, dass die grundlegenden Phänomene des Lebens, einschließlich der Weitergabe ihrer Eigenschaften durch Eltern an ihre Nachkommen, durch das Studium der Physik und Chemie der Lebewesen verstanden werden könnten. Schrödingers Buch war eine Inspiration für die Wissenschaft der Molekularbiologie.
Lebende Organismen bestehen aus großen komplizierten Molekülen mit einem Rückgrat aus verbundenen Kohlenstoffatomen. Mit diesen organischen Molekülen und den chemischen Reaktionen, die sie in flüssigem Wasser eingehen, konnten Molekularbiologen viele Funktionen des Lebens erklären. 1955 entdeckten James Watson und Francis Crick die Struktur der Desoxyribonukleinsäure (DNA) und zeigten, wie sie das Lager der Erbinformationen sein könnte, die von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben werden.
Während all diese Forschungen und Theorien unser Verständnis des Lebens enorm verbessert haben, haben sie keine zufriedenstellende Definition des Lebens hervorgebracht; eine Definition, die es uns ermöglichen würde, Dinge, die lebendig sind, von Dingen, die es nicht sind, zuverlässig zu unterscheiden. Im Jahr 2012 argumentierte der Philosoph Edouard Mahery, dass eine einheitliche Definition des Lebens sowohl unmöglich als auch sinnlos sei. Astrobiologen kommen so gut sie können mit partiellen Definitionen und Ausnahmen zurecht. Ihre Suche wird durch unser Wissen über die Besonderheiten des Lebens auf der Erde bedingt; das einzige Leben, das wir derzeit kennen.
Hier auf der Erde zeichnen sich Lebewesen durch ihre chemische Zusammensetzung aus. Neben Kohlenstoff sind die Elemente Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel besonders wichtig für die großen organischen Moleküle, aus denen das irdische Leben besteht. Wasser ist ein notwendiges Lösungsmittel. Da wir nicht genau wissen, was sonst noch möglich sein könnte, geht die Suche nach außerirdischem Leben normalerweise davon aus, dass seine chemische Zusammensetzung der des Lebens auf der Erde ähnelt.
Ausgehend von dieser Annahme räumen Astrobiologen der Suche nach Wasser auf anderen Himmelskörpern eine hohe Priorität ein. Beweise für Raumfahrzeuge haben bewiesen, dass Der Mars hatte einst flüssige Wassermassen auf seiner Oberfläche . Die Bestimmung der Geschichte und Ausdehnung dieses Wassers ist ein zentrales Ziel der Marserkundung. Astrobiologen sind begeistert von Beweisen für unterirdische Wassermeere auf Jupitermond Europa , Saturnmond Enceladus , und vielleicht weiter andere Monde oder Zwergenplaneten . Aber während das Vorhandensein von flüssigem Wasser Bedingungen für ein erdähnliches Leben impliziert, beweist es nicht, dass solches Leben existiert oder jemals existiert hat.
Jupiters Eismond Europa scheint flüssiges Wasser zu enthalten, eine wesentliche Voraussetzung für das Leben, wie wir es auf der Erde kennen. Seine Oberfläche ist mit einer Kruste aus Wassereis bedeckt. Die Raumsonden Voyager und Galileo haben Beweise dafür geliefert, dass sich unter dieser eisigen Kruste ein Meer aus Salzwasser befindet, das mehr flüssiges Wasser enthält als alle Ozeane der Erde. Das Innere Europas wird durch die Gravitationskräfte der Gezeiten erwärmt, die der riesige Jupiter ausübt. Diese Wärmeenergie kann Vulkanismus, hydrothermale Quellen und die Produktion chemischer Energiequellen antreiben, die Lebewesen nutzen könnten. Die Interaktion zwischen Materialien von Europas Oberfläche und der Meeresumgebung darunter könnte Kohlenstoff und andere chemische Elemente verfügbar machen, die für erdähnliches Leben unerlässlich sind.
Credits: NASA/Jet Propulsion Laboratory, SETI Institute
Organische Chemikalien sind für erdähnliches Leben notwendig, aber wie bei Wasser beweist ihre Anwesenheit nicht, dass es Leben gibt, da organische Materialien auch durch nicht-biologische Prozesse gebildet werden können. 1976 waren die beiden Viking-Lander der NASA die erste Raumsonde, die vollständig erfolgreich auf dem Mars landete. Sie trugen ein Instrument; Gaschromatograph-Massenspektrometer genannt, das den Boden auf organische Moleküle getestet .
Auch ohne Leben erwarteten Wissenschaftler, einige organische Materialien im Marsboden zu finden. Organische Materialien, die durch nicht-biologische Prozesse gebildet wurden, finden sich in kohlenstoffhaltigen Meteoriten, und einige dieser Meteoriten sollten auf den Mars gefallen sein. Sie waren überrascht, überhaupt nichts zu finden. Damals galt das Versäumnis, organische Moleküle zu finden, als schwerer Schlag für die Möglichkeit des Lebens auf dem Mars.
2008 entdeckte der NASA-Lander Phoenix eine Erklärung dafür, warum Viking keine organischen Moleküle entdeckte. Wenn festgestellt wird, dass die Marsboden enthält Perchlorate . Perchlorate sind sauerstoff- und chlorhaltige Oxidationsmittel, die organisches Material abbauen können. Während Perchlorate und organische Moleküle im Marsboden koexistieren könnten, stellten Wissenschaftler fest, dass das Erhitzen des Bodens für die Viking-Analyse dazu geführt hätte, dass die Perchlorate alle darin enthaltenen organischen Materialien zerstört hätten. Der Marsboden könnte schließlich organisches Material enthalten.
Bei einer Pressekonferenz im Dezember 2014 gab die NASA bekannt, dass ein an Bord des Mars-Rovers Curiosity mitgeführtes Instrument erfolgreich entdeckt wurde einfache organische Moleküle auf dem Mars zum ersten Mal. Forscher halten es für möglich, dass es sich bei den nachgewiesenen Molekülen um Abbauprodukte komplexerer organischer Moleküle handelt, die während des Analyseprozesses durch Perchlorate abgebaut wurden.
1996 gab ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Dr. David McKay vom Johnson Space Center der NASA mögliche Hinweise auf Leben auf dem Mars bekannt. Die Beweise stammen aus ihren Studien eines in der Antarktis gefundenen Marsmeteoriten namens Alan Hills 84001. Die Forscher fanden chemische und physikalische Spuren möglichen Lebens, darunter Karbonatkügelchen, die terrestrischen Nanobakterien (elektronenmikroskopische Aufnahme gezeigt) und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen ähneln. In terrestrischem Gestein würden die chemischen Spuren als Abbauprodukte des bakteriellen Lebens betrachtet. Die Ergebnisse wurden kontrovers diskutiert, da nicht-biologische Erklärungen für die Ergebnisse gefunden wurden. Heute gelten sie nicht mehr als endgültiger Beweis für das Leben auf dem Mars.
Credits: NASA Johnson Space Center
Die chemische Zusammensetzung des terrestrischen Lebens hat auch die Suche nach Lebensspuren in Mars-Meteoriten geleitet. 1996 berichtete ein Team von Ermittlern unter der Leitung von David McKay vom Johnson Space Center in Houston über Beweise dafür, dass ein 1984 bei Alan Hills in der Antarktis gefundener Mars-Meteorit chemische und physikalische Beweise für vergangenes Leben auf dem Mars .
Seitdem gab es ähnliche Behauptungen über andere Mars-Meteoriten . Für viele der Ergebnisse wurden jedoch nichtbiologische Erklärungen vorgeschlagen, und das gesamte Thema blieb in Kontroversen verwickelt. Meteoriten haben bisher nicht die Art von Beweisen erbracht, die erforderlich sind, um die Existenz außerirdischen Lebens zweifelsfrei zu beweisen.
Nach Aristoteles definieren die meisten Wissenschaftler das Leben lieber in Bezug auf seine Fähigkeiten als in seiner Zusammensetzung. Im zweiten Teil werden wir untersuchen, wie unser Verständnis der Fähigkeiten des Lebens die Suche nach außerirdischem Leben beeinflusst hat.
Referenzen und weiterführende Literatur:
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Haben Viking-Mars-Lander die Bausteine des Lebens gefunden? Das fehlende Stück inspiriert zu einem neuen Blick auf das Puzzle. Science Daily im Fokus der Forschung 5. September 2010
NASA-Rover findet aktive und alte organische Chemie auf dem Mars , Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, News, 16. Dezember 2014.
Europa: Zutaten für das Leben? , Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde.