Wie könnten alternative, außerirdische Lebensformen aussehen?

BY admin
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  • Das Leben auf der Erde (und damit alles Leben, das wir kennen) ist auf Kohlenstoff und Wasser angewiesen.
  • Kohlenstoff und Wasser sind hervorragende Zutaten für die Entstehung von Leben, aber viele andere Elemente könnten unter den richtigen Bedingungen an ihrer Stelle dienen.
  • Was sind diese alternativen Lebensformen und unter welchen Bedingungen könnten sie gedeihen?

Alles Leben auf der Erde, und damit alles Leben, das wir jemals im Universum beobachtet haben, hat einige grundlegende Merkmale gemeinsam. Seine molekularen Strukturen sind aus Kohlenstoff aufgebaut, es ist auf Wasser angewiesen, um als Lösungsmittel zu fungieren und chemische Reaktionen zu erleichtern, und es verwendet DNA oder RNA als Baupläne.

Diese Eigenschaften scheinen so allgegenwärtig zu sein, dass fast jede Verbindung, die wir finden können und die Kohlenstoff enthält, als organische Verbindung bezeichnet wird. Kohlenstoff eignet sich sehr gut als Grundlage für die Chemie des Lebens. Er kann sich mit vielen Molekülen verbinden und Strukturen aufbauen, die groß genug sind, um biologisch relevant zu sein, und seine Bindungen sind stark und stabil. Auch die Verwendung von Wasser und DNA/RNA scheint so abgestimmt zu sein, dass Leben existieren kann.

Aber nur weil diese Eigenschaften des Lebens auf der Erde zutreffen, heißt das nicht, dass sie überall zutreffen. Tatsächlich können wir uns ohne weiteres verschiedene Umgebungen vorstellen, in denen andere Lebensformen existieren können. Hier sind einige der wichtigsten Möglichkeiten, wie sich Leben von dem Standard unterscheiden kann, den wir auf der Erde sehen.

Silizium

Lei Chen und Yan Liang (BeautyOfScience.com) für Caltech

Eine künstlerische Darstellung von Leben auf der Grundlage von Organosilizium. Organosiliziumverbindungen enthalten Kohlenstoff-Silizium-Bindungen.

Das gleiche Material, aus dem Computerchips und elektrische Schaltkreise bestehen, könnte auch irgendwo im Universum Leben bilden. Kohlenstoff kann mit bis zu vier anderen Atomen gleichzeitig Bindungen eingehen, sich mit Sauerstoff verbinden und Polymerketten bilden, was ihn ideal für die komplexe Chemie des Lebens macht. Silizium, das in der Tabelle der Elemente gleich unter dem Kohlenstoff liegt, besitzt ebenfalls diese Eigenschaften.

Trotz dieser Eigenschaften ist Silizium als Lebensgrundlage recht begrenzt. Es kann nur mit einer begrenzten Anzahl anderer Elemente stabile Bindungen eingehen; seine Polymere wären sehr eintönig, was seine Fähigkeit einschränkt, die komplexen Verbindungen zu bilden, die für das Entstehen von Leben erforderlich sind; und die Siliziumchemie ist in wässriger Umgebung nicht stabil. Ein weiteres Problem ist, dass bei der Oxidation von Kohlenstoff Kohlendioxid entsteht, ein leicht auszuscheidendes Gas. Bei der Oxidation von Silizium entsteht Siliziumdioxid, auch bekannt als Kieselsäure, Quarz oder Sand. Diese festen Abfälle würden für jede auf Silizium basierende Lebensform eine ernsthafte mechanische Herausforderung darstellen. Eine solche hypothetische Lebensform würde bei jedem Atemzug Sandbrocken ausscheiden, was den Urlaub am Strand etwas erschreckender machen würde.

Unter bestimmten Bedingungen könnte die Chemie auf Siliziumbasis für das Leben günstiger sein als die auf Kohlenstoffbasis. Die Siliziumchemie wäre auch in Ozeanen mit kalten Elementen, die wir normalerweise nicht mit Leben in Verbindung bringen, wie flüssiger Stickstoff, Methan, Ethan, Neon und Argon, für das Leben viel günstiger. Solche Orte gibt es im Universum, vor allem in unserem eigenen Sonnensystem: Eines der Hauptmerkmale des größten Saturnmondes, Titan, sind seine Seen aus flüssigem Ethan und Methan.

Ammoniak

Eine künstlerische Darstellung einer Welt mit Leben auf Ammoniakbasis.Ittiz

Die meisten chemischen Reaktionen, auf die das Leben angewiesen ist, finden in einer wässrigen Umgebung statt. Wasser löst viele verschiedene Moleküle auf – es ist ein Lösungsmittel, und ein gutes Lösungsmittel ist eine Voraussetzung für die Art von Chemie, die Leben hervorbringt.

Wie Wasser ist auch Ammoniak in der Galaxie weit verbreitet. Es ist auch in der Lage, organische Verbindungen wie Wasser aufzulösen, und im Gegensatz zu Wasser kann es auch einige metallische Verbindungen auflösen, was die Möglichkeit einer interessanteren Chemie für Lebewesen eröffnet.

Allerdings ist Ammoniak auch in Gegenwart von Sauerstoff entflammbar; es hat eine viel geringere Oberflächenspannung als Wasser, was es schwierig macht, präbiotische Moleküle sehr lange zusammenzuhalten; und sein Schmelz- und Siedepunkt sind mit -78°C bzw. -33,15°C viel niedriger als der von Wasser. Die Chemie des Lebens auf Ammoniakbasis würde also viel langsamer ablaufen, und dementsprechend wären auch sein Stoffwechsel und seine Entwicklung langsamer. Ein wichtiger Vorbehalt ist jedoch, dass es sich hierbei um die Schmelz- und Siedepunkte handelt, die bei dem auf der Erde herrschenden Atmosphärendruck auftreten. Bei höherem Druck würden diese Werte ansteigen.

Eines der aufregenden Merkmale von Leben auf Ammoniakbasis ist, dass es außerhalb der so genannten habitablen Zone oder des Bereichs, in dem flüssiges Wasser existieren kann, existieren könnte. Titan zum Beispiel könnte unter seiner Oberfläche Ozeane aus Ammoniak beherbergen, und obwohl er außerhalb der bewohnbaren Zone unseres Sonnensystems liegt, könnte er aus diesem Grund Leben beherbergen. Astrobiologen weisen oft auf Titan als möglichen Ort alternativer Lebensformen innerhalb unseres eigenen Sonnensystems hin.

Alternative Chiralität

So wie ein Mensch links- oder rechtshändig sein kann, so können auch organische Moleküle sein. Diese Moleküle sind spiegelbildlich zueinander, aber das Leben hat sich, aus welchen Gründen auch immer, für die eine oder die andere Seite entschieden, was als Chiralität bezeichnet wird. Aminosäuren zum Beispiel sind „linkshändig“, während die Zucker in RNA und DNA „rechtshändig“ sind. Damit diese Moleküle miteinander interagieren können, müssen sie die richtige Chiralität aufweisen; wenn Proteinketten aus Aminosäuren mit gemischter Chiralität hergestellt werden, funktionieren sie einfach nicht. Eine Proteinkette, die aus rechtshändigen Aminosäuren besteht, also dem Gegenteil von dem, was das Leben auf der Erde verwendet, würde jedoch einwandfrei funktionieren.

Die gesamte Ökologie der Erde hängt von dieser Konvention ab. Um zu essen, müssen wir Nahrung mit der entsprechenden Chiralität zu uns nehmen. Wir können infiziert werden und uns gegen Infektionen mit der entsprechenden Chiralität schützen. Alles auf der Erde hat die entsprechende Chiralität, also funktioniert das ganz gut.

Aber außerirdisches Leben könnte sich so entwickeln, dass es die entgegengesetzte Chiralität wie die Erde verwendet. Dieses Leben wäre dem Leben auf der Erde grundsätzlich sehr ähnlich – mit Kohlenstoff als Rückgrat und Wasser als Lösungsmittel – aber es würde auf zwei Arten mit uns interagieren. Erstens: Es wäre überhaupt nicht in der Lage, mit uns zu interagieren. Selbst wenn mikrobielles Leben versuchen würde, ein anderes mikrobielles Leben zu essen, wären die „umgekehrten“ Zucker unverdaulich, und die Viren könnten sich nicht an die Wirtszellen binden. Das wäre wahrscheinlich eine gute Sache, denn wir wollen nicht mit irgendwelchen fremden Krankheiten infiziert werden.

Aber es gibt auf der Erde Lebewesen, die sich nicht von chiralen Nährstoffen ernähren, wie etwa Cyanobakterien. Eine vergleichbare außerirdische Mikrobe könnte so viel essen, wie sie will, sich unbegrenzt vermehren und würde niemals von Fressfeinden in Schach gehalten werden, da sie selbst die falsche Chiralität hätte. Dies würde die Nahrungskette in einem apokalyptischen Ausmaß dramatisch stören.

Diese alternativen Lebensformen sind nicht die einzigen, die existieren, aber sie gehören zu den wahrscheinlichsten. Vieles, was wir über die Chemie wissen, deutet darauf hin, dass kohlenstoff- und wasserbasiertes Leben im Universum am häufigsten vorkommt, aber wir hatten bisher nur eine Probe davon zu untersuchen: unseren eigenen Planeten. Wenn wir Leben auf anderen Welten finden, werden wir einen noch besseren Einblick in die Entstehung von Lebewesen gewinnen.