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Lexikon der Biologie: extraterrestrisches Leben

extraterrestrisches Leben [von *extra- , latein. terrestris = irdisch], außerirdisches Leben, Leben außerhalb der Biosphäre der Erde; Forschungsgegenstand der Astrobiologie, die sich mit den Möglichkeiten des Nachweises extraterrestrischen Lebens, aber auch mit Fragen der Entstehung, Entwicklung und Bedingungen des Lebens allgemein befaßt.
Die Entdeckung außerirdischer Lebensformen steht noch aus, zumal es schwierig ist, nach etwas zu suchen, von dessen Beschaffensweise man nur vage Vorstellungen hat (s.u.). Wegen seiner weltanschaulichen Bedeutung erfährt dieses Thema breite Aufmerksamkeit in der Öffentlichkeit. In den USA haben sich 1998 Forschergruppen mehrerer renommierter Universitäten zu einem Astrobiologie-Institut unter der Leitung des Ames Research Centers der Weltraumbehörde NASA zusammengeschlossen.
Die irdischen physiko-chemischen Bedingungen für lebende Systeme sind insbesondere durch die Atmosphäre (Abschirmung von der kosmischen Strahlung), die Schwerkraft (Richtungsgeber), die Energieversorgung durch die Sonne und die stofflich-chemischen Gegebenheiten der Erde bestimmt.
Folgende Möglichkeiten für extraterrestrisches Leben sind denkbar:
1) Die Entstehung des Lebens war ein singuläres Ereignis der Erdgeschichte, und es gibt kein extraterrestrisches Leben.
2) Lebende Substanz im Weltall ist vom gleichen Typ wie auf der Erde.
3) Leben im Weltall ist wesentlich verschieden vom irdischen.
Die Möglichkeit 1) wird nach heutigen Vorstellungen weitgehend ausgeschieden. Für die Möglichkeiten 2) und 3) gibt es bisher keine schlüssigen Beweise.
Wahrscheinlich ist Kohlenstoff (C)nicht nur auf der Erde das wichtigste chemische Element für Leben, denn er kann (insbesondere aufgrund der Vierbindigkeit und Tetraederstruktur des Kohlenstoffatoms; Kohlenstoff) die meisten chemischen Verbindungen eingehen: Im Gegensatz zu einigen Hunderttausend verschiedenen Molekülen aus anderen Elementen (anorganisch) sind bislang rund 10 Millionen Kohlenstoffverbindungen (organisch) bekannt. Doch es wurde auch über Leben auf der Basis von Silicium (Si) nachgedacht, über „Lebenswolken“ aus Gas im Weltraum, die sich von Licht ernähren und mit Hilfe von Radiowellen denken, über planetenumspannende Intelligenzen und über informationsverarbeitende Systeme auf der Eisen-Kruste von Neutronensternen. Andererseits gibt es für Erfordernisse wie Wahrnehmung und Bewegung nicht beliebig viele Lösungen der Natur. Immer wieder kommt die Evolution zu ähnlichen Ergebnissen, z.B. Flügel, Licht- und Schallrezeptoren. Und alles Leben muß mindestens 3 Grundeigenschaften aufweisen: Stoffwechsel zur Energiegewinnung, Fortpflanzung und damit eine Vererbung, die u.a. auf einem genetischen Code beruht, und Mutationen (Veränderungen des Erbguts), was eine Anpassung an die Umwelt und Evolution ermöglicht.
Rund 150 verschiedene Molekülsorten wurden im Weltraum bereits spektroskopisch entdeckt, darunter einfache Aminosäuren. Auch in Meteoriten sind Aminosäuren und Nucleinsäurebasen nachgewiesen. Die chemische Evolution hat die Grundbausteine für erdähnliches Leben also häufig bereitgestellt (Miller-Experiment), doch die Lebensentstehung birgt noch viele ungelöste Fragen. Der Panspermie-Hypothese (Panspermie) zufolge haben sich Organismen als Sporen oder im Eis von Kometen sogar zwischen den Sternen ausgebreitet. Dafür gibt es aber keinen Beweis, und das Problem der Lebensentstehung wird damit auch nicht gelöst, nur verschoben. Theoretisch könnten Mikroorganismen allerdings über Meteoriten von einem Planeten auf einen anderen gelangt sein, z.B. von der Erde zum Mars oder umgekehrt.
Daß Lebensformen mit extremen Bedingungen (Extrembiotope) zurechtkommen, ist erwiesen (Anabiose): Auf der Erde gibt es Mikroorganismen unter dem Gletschereis und in über 100 °C heißen Quellen (Hydrothermalquellen) in der Tiefsee (Archaebakterien, Bakterien, Cyanobakterien, extremophile Bakterien), in 30 km Höhe in der Atmosphäre und in mehrere Kilometer tiefen Lavaspalten, in hochkonzentrierter Säure (acidophile Mikroorganismen) und in radioaktiv (Radioaktivität) verseuchten Medien (z.B. Deinococcus). Selbst Weltraumbedingungen können eingekapselte Bakteriensporen überstehen: Trotz Vakuum und Temperaturschwankungen zwischen 120 °C und –150 °C ließen sich versehentlich in der Kamera der Sonde Surveyor 3 zum Mond gereiste Bakterien wieder zum Leben erwecken, als sie Astronauten 1969 zur Erde zurückbrachten. – Für erdähnliches Leben ist flüssiges Wasser entscheidend. Im Sonnensystem kommt vor allem der Mars als lebensfreundlicher Ort in Frage. Vor 3 Milliarden Jahren besaß er eine dichtere Atmosphäre, höhere Temperaturen und wahrscheinlich sogar Flüsse und einen Ozean. Vielleicht werden Bodenproben automatischer Raumsonden oder bemannter Missionen einmal Fossilien einstiger Marsbakterien zeigen. Mikroorganismen könnten sogar noch heute in Höhlen und Bodenspalten leben. Die Oberfläche des Mars ist infolge der harten UV-Strahlung (Ultraviolett) jedoch steril, und Experimente der 1976 gelandeten Viking-Sonden konnten keine biochemischen Aktivitäten nachweisen. 1996 gaben US-Forscher bekannt, Lebensspuren in dem Meteoriten ALH84001 gefunden zu haben, der vom Mars stammt und von dort bei einem Meteoriteneinschlag ins All geschleudert wurde: Winzige Versteinerungen sowie chemische Spuren (polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe und Carbonat-Ablagerungen mit Magnetit und Eisensulfiden) erinnerten an Bakterien und ihre Stoffwechselprodukte. Diese Interpretation ist jedoch stark umstritten – wahrscheinlich handelt es sich um irdische Verunreinigungen oder mineralische Produkte. Außerordentliche Behauptungen erfordern jedenfalls außerordentliche Beweise, und diese fehlen bislang. Denkbar ist auch, daß es Leben auf dem Jupitermond Europa gegeben hat oder noch gibt. Unter seinem Eispanzer, so lassen Daten der Raumsonde Galileo schließen, verbirgt sich ein Ozean – vergleichbar mit den über 70 Seen (Wostok-See) unter der Antarktis (Polarregion), von denen der größte demnächst angebohrt und auf Organismen hin analysiert werden soll. Auch der Saturnmond Titan, auf dem 2004 die Raumsonde Huygens landen soll, ist für Astrobiologen interessant, weil er wie die Erde eine dichte Stickstoff-Atmosphäre (Stickstoff) hat. Außerdem gibt es dort Methan und zahlreiche andere Kohlenwasserstoffe, wahrscheinlich auch Wassereis. Das sind Verhältnisse wie auf der Urerde vor 4 Milliarden Jahren und verspricht Aufschlüsse über die Bedingungen der Lebensentstehung (abiotische Synthese).
Der Nachweis von Leben auf Planeten bei anderen Sternen ist extrem schwierig. Gegenwärtig geplante neuartige Weltraum-Teleskope könnten aber in der Lage sein, Sauerstoff oder Ozon in der Atmosphäre eines anderen Planeten aufzuspüren, was ein Hinweis auf Photosynthese wäre. – Die in den 1970er Jahren gestarteten interplanetaren Raumsonden Pioneer 10 und 11 sowie Voyager 1 und 2, die gegenwärtig das Sonnensystem verlassen, führen Botschaften in Form von Zeichnungen bzw. Bild-Ton-Platten mit Informationen über die Erde mit sich. 1974 wurde mit dem Arecibo-Radioteleskop eine 1679 Bits große Botschaft in Richtung des 22000 Lichtjahre entfernten Kugelsternhaufens M13 im Sterbild Herkules gefunkt ( vgl. Abb. ). Diese interstellaren Sendungen hatten freilich überwiegend symbolischen Charakter. Mit den Radiowellen von Funk und Fernsehen macht unser Planet freilich schon seit vielen Jahrzehnten auf sich aufmerksam.
1961 hat Frank Drake, der ein Jahr zuvor erstmals mit einem Radioteleskop nach Botschaften von anderen Sternen suchte, abzuschätzen versucht, wie groß die Erfolgsaussichten sind. Die Drake-Formel lautet: N = S·Ap·Aö·Al·Ai·At·L. Dabei bedeuten: N = Anzahl der Zivilisationen in unserer Milchstraße, mit denen wir in Funkkontakt treten könnten, S = Anzahl der neu entstehenden Sterne in der Milchstraße pro Jahr, Ap = Anteil der Sterne mit Planetensystemen, Aö = Anteil der Planeten pro Planetensystem, die Leben tragen können, Al = Anteil der tatsächlich belebten unter den lebensfreundlichen Planeten, Ai = Anteil der Planeten davon, die intelligente Lebensformen tragen, At = Anteil der Zivilisationen mit technischen Fähigkeiten, L = die mittlere Lebensdauer dieser technischen Zivilisationen. S, Ap und Aö liegen wohl in der Größenordnung 1. Inzwischen sind über 50 Planeten bei anderen Sternen entdeckt worden. Zwar kann auf ihnen kein erdähnliches Leben existieren, da es sich ausnahmslos um Gasriesen mit hohen Temperaturen und häufig exzentrischen Bahnen handelt. Doch einige könnten von belebten Monden umkreist werden. Über Al, Ai, At und L läßt sich gegenwärtig nur spekulieren. Wir wissen nicht, ob Leben ein einmaliger Zufall ist, wie J. Monod glaubte, oder „eine kosmische Zwangsläufigkeit“, wie C.R. de Duve meinte. Die Frage, ob und wie viele außerirdische Zivilisationen es gibt, läßt sich daher momentan nicht beantworten. Wir können nur festhalten, daß die uns bekannten Naturgesetze und astronomischen Beobachtungen nicht gegen ihre Existenz sprechen. Die Argumente dafür sind jedoch nicht zwingend. Die Drake-Formel hilft nicht weiter, weil wir nicht die Informationen haben, um die letzten Faktoren abzuschätzen, und weil Lebensformen unabhängig von Planeten möglich sind. Auch das Argument, daß wir kein Sonderfall im Weltall sind (weder ist die Erde noch die Sonne noch die Milchstraße das Zentrum des Universums), impliziert die Existenz außerirdischer Intelligenzen nicht. So bleibt nur die empirische Forschung, da eine Antwort durch Nachdenken nicht gefunden werden kann. Und das ist das stärkste Argument für SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence): die Suche nach außerirdischen Funkbotschaften. Gegenwärtig laufen mehrere SETI-Projekte, die gezielt sonnenähnliche Sterne anvisieren oder den ganzen Himmel nach künstlichen Signalen abhören. Sie durchsuchen vor allem viele engbandige Radiofrequenzen zwischen 1,42 und 1,7 GHz (der 21-cm-Strahlung des neutralen Wasserstoffs und der Emission der Hydroxylradikale). Auch Laser- und Neutrino-Botschaften sind denkbar. Schon übermorgen könnte eine Nachricht von extrasolaren Planeten bei uns eintreffen. Auch wenn ein Funkkontakt über viele Lichtjahre hinweg nur schwer und langwierig zu pflegen wäre, wüßten wir doch, daß wir nicht allein im All sind. Dann hätten wir unsere kosmische Isolation durchbrochen und die faszinierende Gelegenheit, von völlig fremdartigen Kulturen zu lernen. Unsere Welt wäre nicht mehr dieselbe. Arrhenius (S.), Ponnamperuma (C.), Sagan (C.E.).

R.V.

Lit.: Cosmovici, C.-B., Bowyer, S., Werthimer, D. (Hrsg.): Bioastronomy. Bologna 1997. Drake, F., Sobel, D.: Signale von anderen Welten. München 1998. Goldsmith, D., Owen, T.: Auf der Suche nach Leben im Weltall. Stuttgart 1985. Hart, M.H., Zuckerman, B. (Hrsg.): Extraterrestrials – where are they? Cambridge 1995. Heidmann, J. (Hrsg.): Bioastronomie. Heidelberg 1994. Vaas, R.: Sind wir allein im All? Universitas 48, 1174–1190 (1993). Vaas, R.: Auf der Suche nach der zweiten Erde. bild der wissenschaft Nr. 5, S. 46–54 (2000). Walter, U.: Zivilisationen im All. Berlin, Heidelberg 1999.



extraterrestrisches Leben

Die Abbildung zeigt die in Form von binär codierten Signalen von einem Radioteleskop (Arecibo, Puerto Rico) 1974 gesendete Botschaft. Dabei bedeuten:
1 die Zahlen 1 bis 10,
2 die Ordnungszahlen der häufigsten irdischen Elemente Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphor,
3 die Bausteine und der Aufbau der Erbsubstanz DNA: AN Anzahl der Nucleotide in menschlicher DNA, D Desoxyribose, DP Desoxyribose-Phosphat-Ketten der DNA, NB Nucleotidbasen (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin), P Phosphat;
4 die Zahl (ZM), Gestalt (GeM) und Größe (GrM) der Menschen,
5 das Sonnensystem, E = Erde,
6 die Form und den Durchmesser (300 m) des Arecibo-Radioteleskops

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