Die Frage nach der Entstehung des Lebens gehört zu den fundamentalen Fragen, auf die wir immer noch keine Antwort haben. Wir wissen zwar mittlerweile sehr gut, wie sich das Leben auf der Erde im Laufe der Zeit verändert und entwickelt hat. Aber wie es ursprünglich entstanden ist, wissen wir nicht. Und so lange niemand eine Zeitmaschine erfindet, werden wir es wohl auch nie wissen. Aber wir können vielleicht irgendwann genau nachvollziehen, wie Leben entstehen kann. Oder das Leben auf der Erde mit Leben auf anderen Himmelskörpern vergleichen und daraus etwas über die Ursprünge lernen…

Die Entstehung des Lebens auf der Erde wird seit langer Zeit untersucht. Berühmt geworden ist das 1953 durchgeführte Miller-Urey-Experiment. Stanley Miller und Harold Urey haben im Labor die “Ursuppe” angerührt und darin die ersten Bausteine des Lebens entdeckt. Wissenschaftlich exakter ausgedrückt haben sie eine Gasmischung erzeugt, von der sie dachten, dass sie der ursprünglichen Atmosphäre der Erde vor einigen Milliarden Jahren entsprach. Die bestand aus Wasser, Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Dieser Mischung wurde Energie in Form von elektrische Entladungen zugeführt, die Gewitterblitze simulieren sollten. Und dann haben Miller und Urey nachgesehen, wie sich die Gase chemisch veränderten und verbanden und entdeckten jede Menge komplexe organische Moleküle. Genau die Bausteine, aus denen später die ersten Lebewesen entstehen konnten (zum Beispiel auf Vulkaninseln).

Seit den 1950er Jahren hat sich unser Verständnis der frühen Erde natürlich ein wenig verändert und wir haben immer mehr dazu gelernt. Aber die grundlegenden Aussagen von Miller und Urey sind immer noch korrekt: Nimmt man die chemischen Stoffe, die auf der frühen Erde vorhanden waren und gibt Energie dazu, bekommt man die komplexen Bausteine, aus denen später Leben entstehen kann. Und was auf der Erde ganz offensichtlich funktioniert hat, kann vielleicht auch anderswo funktionieren. Zum Beispiel auf dem Saturnmond Titan. Dieser Mond hat eine dichte Atmosphäre und wir wissen, dass es auf seiner Oberfläche Flüssigkeiten gibt. Kein Wasser natürlich, dafür ist es beim fernen Saturn viel zu kalt. Aber Kohlenwasserstoffe wie Ethan und Methan, die dort Seen und Flüsse bilden; Wolken und Regen und im wesentlich den gleichen Platz einnehmen, der bei uns vom Wasser eingenommen wird: Die Kohlenwasserstoffe fließen über die Oberfläche; verdunsten und regnen wieder ab.

Größenvergleich von Erde, Mond und Titan (Bild: NASA, public domain)

Größenvergleich von Erde, Mond und Titan (Bild: NASA, public domain)

Was auf dem Titan passiert wissen wir vergleichsweise gut, seit dort 2005 die Raumsonde Huygens gelandet ist und Bilder von der Oberfläche gemacht hat. Und die Raumsonde Cassini fliegt dort ebenfalls noch herum und macht immer wieder beeindruckende Bilder. Bei vielen Wissenschaftler gilt der Titan neben dem Jupitermond Europa mit seinen unterirdischen Ozeanen und dem Mars als bester Kandidat für die Suche nach extraterrestrischem Leben. Aber kann Leben in so einer fremden Welt überhaupt funktionieren? Das war eine knifflige Frage, denn das einzige Leben das wir bis jetzt kennen ist das auf der Erde und das braucht flüssiges Wasser. Die Astrobiologen haben sich aber intensiv Gedanken über diese Frage gemacht und jetzt erste Ergebnisse erhalten.

Wissenschaftler aus Washington und Wien haben das Miller-Urey-Experiment wiederholt und diesmal dabei auch den Titan berücksichtigt (“Simulations of Prebiotic Chemistry under Post-Impact Conditions on Titan”). Zuerst haben sie das klassische Experiment unter den Bedingungen der frühen Erde nachvollzogen und die Ergebnisse aus den 1950er Jahren reproduziert. Die richtige Mischung aus Gasen mit ein bisschen Energie liefert die Bausteine des Lebens. Danach haben sie das Experiment modifiziert und die Atmosphäre des Titans simuliert. Und nachdem dort eine elektrische Entladung für ausreichend Energie gesorgt hatte, fand man zwei Tage später ebenfalls viele organische Moleküle, aus denen Leben entstehen kann. Einige waren mit denen aus dem klassischen Experiment identisch; andere waren neu und traten nur bei der Titan-Simulation auf.

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Kommentare (67)

  1. #1 Roboterprotzkopf
    13. Februar 2014

    Mal wieder ein toller Artikel !

  2. #2 Lars
    13. Februar 2014

    Wir wissen ja mittlerweile, daß chemische Reaktionen auch bei deutlich geringeren Temperaturen ablaufen (Molekülbildung im sehr viel kälteren interstellaren Medium), warum also nicht auch bei vergleichsweise warmen -180°C? Selbst auf der Erde ist jede chemische Reaktion im Körper katalysiert (Enzyme), sie würde sonst viel zu langsam ablaufen. Warum also nicht annehmen, daß Leben auf Titan auch (andere) Enzyme entwickelt haben könnte? Für die Chemie ist eine Flüssigkeit wichtig, die Elektronen gut aufnehmen und abgeben kann und das geht mit Methan und Ethan in geringem Maße, aber es geht. Interessanter als die Oberfläche ist jedenfalls das vermutete Meer unter der Eisdecke, denn dort wäre Wasser vorhanden. Ich stimme der absolut zu, wir sind auf dem Weg, die riesige Lücke zwischen durchaus schon komplexen Molekülen und superduperkomplexen Molekülsystemen mit gegenseitigen Umwandlungs-, Aufbau- und Erhaltungsreaktionen zu verstehen, vulgo das Leben!
    Gruß, Lars

  3. #3 MisterX
    13. Februar 2014

    Wieso braucht man eigentlich einen Planeten auf dem die richtige Temperatur ist? Das Universum selbst hatte doch mal eine Temperatur von ca. 0-100 Grad Celsius. Dann hätte ja auf vielen Planeten leben entstehen können oder?

    Gruß

  4. #6 MisterX
    13. Februar 2014

    Alles klar, danke an beide 🙂

    Gruß

  5. #7 Manuel
    13. Februar 2014

    was passiert am 22 Feburar? Die Profezeihung ist ja jetzt sicher sagt Focus Onleine wird wirklich die midgardschlange und der fenriswolf auf der erde Choas anrichten und zwei menschen überleben?

  6. #8 Alderamin
    13. Februar 2014

    Man sollte mal ein Miller-Urey-Experiment unter Wasser machen (vulkanische Energiequelle statt Blitzen). Immerhin haben wir einige Monde im Sonnensystem (vermutlich auch Titan, jedenfalls Europa, Enceladus und möglicherweise Ganymed und Kallisto) mit flüssigem Wasser unter der gefrorenen Oberfläche. Es wäre doch interessant zu erfahren, ob da ähnliche Prozesse ablaufen könnten. Da wäre es vor allem warm genug für schnellere chemische Reaktionen.

  7. #9 Axel
    13. Februar 2014

    @Manuel
    Ich habe eine verrückte Idee, lies doch mal den kompletten Artikel und nicht nur die Überschrift…

  8. #10 stone1
    13. Februar 2014

    Selbst wenn man nur die Überschrift gelesen hat, frage ich mich, wie man auf die Idee kommt, dass #7 hier reinpasst.

    In einem SciFi-Roman, dessen Name und Autor mir grad nicht mehr einfallen, vermutlich aus den 80ern, spielten Lebensformen auf Halbleiterbasis mit Silizium anstatt Kohlenstoff als Grundmaterial eine Rolle.
    Geht man in der Xenobiologie eigentlich davon aus, dass Leben immer auf Kohlenstoff basiert?

  9. #11 Florian Freistetter
    13. Februar 2014

    @Manuel Nein, in Focus Online steht nichts davon, dass irgendwas “wahr” ist. Du musst den Artikel dort auch lesen und zwar tatsächlich lesen, genau lesen und darüber nachdenken, was du gelesen hast. Oder du liest das hier: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2014/01/09/kein-weltuntergang-am-22-februar-2014-auch-nicht-durch-die-saeurewolke-oder-den-asteroid-2011-ag5-oder-ragnaroek/

    Am 22. Februar passiert nix; es gibt auch keine Prophezeiung die dafür irgendwas vorhersagt.

  10. #12 Manuel
    13. Februar 2014

    also die haben da nur den weltuntergang erklärt wie er vorhergesagt worden ist und haben dann erklärt das es aus dem ruder gelaufen ist das nur auf der wikinger seite the world will end in 100 days die medien dadaurch angeriffen wurden

  11. #13 Manuel
    13. Februar 2014

    also werd ich am 22 Feburar auch wieder aufwachen

  12. #14 Spritkopf
    13. Februar 2014

    @stone1

    In einem SciFi-Roman, dessen Name und Autor mir grad nicht mehr einfallen, vermutlich aus den 80ern, spielten Lebensformen auf Halbleiterbasis mit Silizium anstatt Kohlenstoff als Grundmaterial eine Rolle.

    Du meinst nicht zufällig “Eine Mars-Odyssee” von Stanley G. Weinbaum? Allerdings schätze ich mal, dass dieses Motiv schon häufiger in Science Fiction verwurstet wurde.

  13. #15 s.s.t.
    13. Februar 2014

    @stone1

    Die Chemie des Siliciums ist im Vergleich zur der des Kohlenstoffs recht langweilig (d.h. sie ist viel, viel weniger variabel und vielfältig).

  14. #16 Lars
    13. Februar 2014

    @stone1:
    Si statt C ist grundsätzlich denkbar, da auch Si längere Atomketten zuläßt, selbst Doppelbindungen. Wenn Du aber bedenkst, das auch auf der Erde Si sehr viel häufiger als C vorkommt (der Sand!) und die Natur sich doch für C entschieden hat, ist es meiner Meinung nach eher unwahrscheinlich, Si-basiertes Leben zu finden. Darüberhinaus kommt es auf die molekulare Einbindung von Heteroatomen wie N, P, S und auch O in C-Ketten an, damit die Moleküle viele unterschiedliche Eigenschaften und damit Reaktionsmöglichkeiten haben. Das geht bei Si alles sehr sehr viel schlechter. Also eher unwahrscheinlich aber bestimmt nicht ausgeschlossen…
    @Alderamin:
    genau!, ist auch schon gemacht worden, wenn ich mich recht erinnere (Quelle?). In jedem Fall ist der Lebensraum “black smoker” schon detailliert hinsichtlich Temperaturen, ph-Werte, gelöste Gase, Druck, vorhandene Reaktionen, Lebewesen etc untersucht worden.

  15. #17 Kallewirsch
    13. Februar 2014

    In einem SciFi-Roman, dessen Name und Autor mir grad nicht mehr einfallen, vermutlich aus den 80ern, spielten Lebensformen auf Halbleiterbasis mit Silizium anstatt Kohlenstoff als Grundmaterial eine Rolle.

    Meinem Verständnis der organischen Chemie nach, würde das nicht funktionieren. Die besonderen Eigenschaften eines Kohlenstoffatoms beruhen auf den Eigenschaften der Valenzelektronen, die es erlauben auch Mehrfachbindungen aufzubauen. Kohlenstoff hat auch von allen Elementen die größte Tendenz mit sich selbst Ketten aufzubauen.
    Von und mit Kohlenstoff gibt es daher die meisten Verbindungen (nur Wasserstoff kommt noch häufiger vor, der kann aber keine Ketten aufbauen). Und zwar mit Abstand die meisten.
    Wenn ich eine Analogie bilden müsste, dann würde die so aussehen: Wenn ein Planet 2 Meter hoch mit Schrauben bedeckt ist, dann wäre es nicht verwunderlich, wenn sich selbst replizierende Roboter auf Schraubverbindungen stützen. Es wäre aber sehr verwunderlich, wenn sich auf diesem Planeten Roboter zusammennieten würden, die sie im 2 Meter tiefen Meer aus Schrauben und Mutter mühsam suchen müssten.

  16. #18 stone1
    13. Februar 2014

    @Spritkopf:
    Nein, das war’s nicht, war tatsächlich ein Roman und keine Kurzgeschichte. Hab’s leider bei diversen Umzügen nicht mitgenommen und ist deshalb praktisch unerreichbar auf einem Dachboden eingemottet.

    @Lars, Kallewirsch:
    Verstehe. Macht auch mehr Sinn, sich bei den Überlegungen zu extraterrestrischem Leben erstmal auf das zu konzentrieren, was wir von hier schon kennen. Und war ja wie gesagt eine SciFi-Idee, aber wer weiß, vielleicht findet irgendwo da draußen auch eine digitale Evolution statt… ob das aber ohne eine organische Lebensform als “Schöpfer” sozusagen funktionieren würde, wird wohl noch länger eine offene Frage bleiben.

    Wenigstens stehen die Chancen gut, dass wir in absehbarer Zeit Leben auf anderen Planeten oder Monden in unserem Sonnensystem finden können, sofern es welches gibt.

  17. #19 Alderamin
    13. Februar 2014

    @Lars

    In jedem Fall ist der Lebensraum “black smoker” schon detailliert hinsichtlich Temperaturen, ph-Werte, gelöste Gase, Druck, vorhandene Reaktionen, Lebewesen etc untersucht worden.

    Und, kannst Du dich zufällig an irgendeine Aussage darüber erinnern, was rausgekommen ist?

  18. #20 Hoffmann
    13. Februar 2014

    @ Lars

    Wir wissen ja mittlerweile, daß chemische Reaktionen auch bei deutlich geringeren Temperaturen ablaufen (Molekülbildung im sehr viel kälteren interstellaren Medium), warum also nicht auch bei vergleichsweise warmen -180°C?

    Selbst auf der Erde ist jede chemische Reaktion im Körper katalysiert (Enzyme), sie würde sonst viel zu langsam ablaufen. Warum also nicht annehmen, daß Leben auf Titan auch (andere) Enzyme entwickelt haben könnte?

    Für die Chemie ist eine Flüssigkeit wichtig, die Elektronen gut aufnehmen und abgeben kann und das geht mit Methan und Ethan in geringem Maße, aber es geht.

    Ich denke, der Vergleich hinkt etwas. Die Molekülbildung im interstellaren Medium läuft auf den Oberflächen von Staubkörnern ab, wobei verschiedene Strahlungsarten die nötige Energie liefern. Da die Temperaturen entsprechend niedrig sind, bleiben u.a. auch Radikale längere Zeit stabil erhalten, bevor sie mit anderen Radikalen zu komplexeren Molekülen reagieren. Das was am Ende dabei herauskommt, sind überwiegend stark ungesättigte Kohlenwasserstoffe (kettenförmige Moleküle mit Doppel- bzw. Dreifachbindungen) und Aromaten (genauer: polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe). Bei Zimmertemperatur würden sie teerähnliche Substanzen darstellen. Auf den Staubkörnern des ISM bewirken sie eine Verfärbung von gelb nach braun, was sich auf das messbare Spektrum auswirkt.

    Die Verhältnisse auf Titan sind anders. In den oberen Atmosphärenschichten reagiert Stickstoffgas mit Methangas unter UV-Strahlungseinfluss u.a. zu HCN, Aromaten und den schon erwähnten ungesättigten Kohlenwasserstoffen (vor allen Dingen Ethen und Ethin). Diese Moleküle fallen als Feststoff an und bilden die beobachtbaren Dunstpartikel, die allmählich zur Oberfläche absinken. Auf dem Weg zur Oberfläche finden weitere Reaktionen statt, die zur Anlagerung weiterer Moleküle an die Partikel führen. Je größer die Partikel dadurch werden, um so größer ist damit zugleich deren Oberfläche, auf der Reaktionen stattfinden können. In den Bereichen, wo die UV-Strahlung hingelangt, wachsen die Partikel also noch an und bilden eine Substanz, die man als Tholine bezeichnet. Diese Tholinpartikel sind dann so schwer, dass sie in die unteren Atmosphärenschichten gelangen und letztlich auf die Oberfläche abregnen, wo sie dann Dünenformationen bilden bzw. sich in den Methanseen auflösen.

    Damit spreche ich zugleich einen wichtigen Punkt an, der mich skeptisch sein lässt, wenn es um die Hoffnung auf Titan-Lebewesen geht: Tholine lösen sich deshalb in Methan auf, weil sie als Kohlenwasserstoffe bzw. Heterozyklische Ringsysteme unpolare Moleküle sind. Da Methan ebenfalls eine unpolare Flüssigkeit ist, können sich solche Moleküle darin auflösen. Analog dazu entfernt man Fettflecken mit Waschbenzin, weil Fette – ebenso wie Benzin – unpolar sind. Bringt man Fette oder Benzin mit Wasser zusammen, erfolgt keine Auflösung sondern eine Separierung mit Trennschicht: Polare Flüssigkeiten wie Wasser lösen keine unpolaren Stoffe und umgekehrt. Tholine sind von teerartiger Konsistenz und verhalten sich in ihren Löslichkeitseigenschaften auch so.

    Problematisch in Bezug auf die Entstehung von Leben ist nun, dass eventuell entstehende Biopolymere, die analog zu unseren Proteinen funktionieren müssten, aus Einzelmolekülen zusammengefügt werden müssen, die zuvor in Lösung vorhanden sind. Bei unseren irdischen Aminosäuren entsteht in wässriger Lösung kein Problem (na gut, es entsteht eins, aber das ist von anderer Wertigkeit als der Punkt, um den es mir hier geht …) – Aminosäuren sind polare Moleküle (positiver Ladungspol an der Aminogruppe und negativer Ladungspol an der Carboxylgruppe) und ziehen sich bereits dadurch gegenseitig an, so dass eine Verkettung erfolgen kann.

    Unpolare Moleküle in einer unpolaren Flüssigkeit hingegen stoßen sich ab und neigen nicht zu einer Verkettung, weil die Protonen, die die C-Atome absättigen keinerlei Ladungsüberschuss bzw. Ladungsmangel aufweisen, der sich ausgleichen müsste. Spontan würde also keine Verkettung stattfinden, die zu Polymeren führt, welche als Proteinanalog geeignet sein könnte. Darüber hinaus wären eventuell gebildete Polymere mit unpolaren Ausgangsmaterialien denkbar reaktionsträge, weil die chemische Vielfalt in Gestalt von polaren Seitengruppen, die z.B. unsere Aminosären auszeichnet, nicht gegeben ist.

    Folglich wären solche Polymere nicht als Katalysatoren geeignet und könnten keine Enzymfunktion ausführen. Diese ist aber notwendig, um einen Stoffwechsel aufrecht zu erhalten, der geordnet und organisiert abläuft. Somit sieht es für Leben auf der Basis von Methan als Biosolvens denkbar ungünstig aus. Hinzu kommen die bereits von Florian erwähnten niedrigen Temperaturen, die die Reaktionsgeschwindigkeiten auf etwa ein Milliardstel des irdischen Wertes senken.

    Interessanter als die Oberfläche ist jedenfalls das vermutete Meer unter der Eisdecke, denn dort wäre Wasser vorhanden.

    Das stimmt, aber dort haben wir keine Möglichkeit, dass Reaktionswasser, welches bei der Verkettung von z.B. Aminosäuren entsteht, abgeführt werden kann (das ist übrigens das weiter oben bereits angedeutete weitere Problem, dass mit Wasser und Aminosäuren verbunden ist). Auf der Unterseite der Eisschicht können sich zwar Aminosäuren u.a. Ingredienzen anreichern, die u.a. über Impakte und nachfolgende Miller-Urey-Synthesen dorthin gelangen, aber da keine Austrocknung stattfindet, wie das bei uns z.B. über Ebbe und Flut möglich ist, erfolgt keine Polykondensation zu Peptiden bzw. Protein-Analoga. Bedenklich ist weiterhin, dass weder ein kontinuierlicher noch ein periodisch sich abwechselnder Energiefluss erfolgt, der ein kontinuierliches Polymerwachstum ermöglichen würde. Dort unten ist es zwar wärmer als – 180 °C, aber es ist zugleich auch sehr eintönig, was Temperaturschwankungen betrifft. Da der subglaziale Ozean ab einer bestimmten Tiefe kontnuierlich in Eis VII übergeht (Hochdruck-Eis) fehlt zugleich eine kontinuierliche Quelle für Metall-Ionen, die bei uns z.B. über Black-Smoker und anderen submarinen Vulkanismus gegeben ist. Also auch chemisch ist da unten nicht viel los.

    Summa summarum: Ich erwarte aus den angegebenen Gründen, dass es auf Titan keine Lebewesen gibt.

  19. #21 Hoffmann
    13. Februar 2014

    Ich habe gerade gemerkt, dass alles kursiv erschienen ist. Ich hoffe, Lars und die anderen Mitleser können erkennen, was Zitat ist und was von mir stammt.

  20. #22 Rolf Froböse
    13. Februar 2014

    Ein hochinteressantes Thema, nur schade, dass der Titan zu weit entfernt ist, um an Proben des Oberflächenmaterials heranzukommen. Ich vermute, dass Titan ein gigantisches Labor für eine präbiotische Chemie darstellt.

    Die niedrige Temperatur ist für die “klassische Chemie” natürlich ein großes Hindernis. Grob gesprochen müssten die Reaktionen aufgrund der Kinetik etwa eine Million mal langsamer ablaufen als auf der Erde. Die spannende Frage bleibt natürlich, was der Faktor “Zeit” dennoch bewirkt hat.

    Die zweite spannende Frage ist die nach der “nicht-klassischen” Chemie. Von einigen kosmischen Molekülwolken ist bekannt, dass dort Reaktionen vorkommen, die nur durch Tunneleffekte erklärbar sind. Möglicherweise spielen Tunneleffekte auch beim Titan eine dominante Rolle.

  21. #23 Silvia
    13. Februar 2014

    “Es ist allerdings zweifelhaft, ob die paar tausend Jahre ausreichen, um Leben entstehen zu lassen.”

    kommt darauf an, wie man Leben definiert.

    Wenn damit gemeint ist, daß da etwas (komplexe Moleküle?) stoffwechselt (Energie aus der Umgebung aufnimmt und umwandelt) , sich vermehrt und eine langsame, aber stetige Veränderung (Evolution durch Mutationen und Selektion derselben) zu mehr Komplexität abläuft, erscheint mir ein Zeitraum von ein paar tausend Jahren (Impaktereignissen) unter Titanbedingungen nicht lange genug. Das “Protoleben” bleibt da vermutlich in der Entwicklung stecken, weil es zu früh zu kalt für schnelle Reaktionen wird…

  22. #24 Silvia
    13. Februar 2014

    Es würde mich jedoch nicht wunder, wenn wir in Zukunft dort ehemalige Impaktgebiete finden würden, in denen “Protoleben” (also tiefgefrorene Konzentrationen von Aminosäuren) vorhanden wären…

  23. #25 Hoffmann
    13. Februar 2014

    @ Silvia:

    “kommt darauf an, wie man Leben definiert.”

    Vielleicht so:

    Lebendige Organismen sind Systeme, die ihren Zustand sehr hoher Ordnung in einer Umgebung von geringerem Ordnungsgrad selbsttätig aufrecht erhalten und vermehren können.

    Quelle: E. Libbert (Hrsg.) – Kompedium der allgemeinen Biologie. Jena 1977, S. 20

  24. #26 Lars
    13. Februar 2014

    @Hoffmann:
    sehr schöner, ausführlicher beitrag! Ich weiß immer nicht, wie detailliert man werden darf.
    Auf ein paar Punkte möchte ich noch hinweisen:
    Bezüglich interstellarem Raum hast Du Recht, hier herrschen ganz andere Stoßbedingungen, angeregte Zustände werden lange nicht gelöscht, so daß die Atome/Moleküle reagieren können. Allerding entstehen durchaus auch andere als teerartige Substanzen, das geht ohne weiteres auch runter bis zu 2-atomigen Molekülen wie CO. Viele der etwas größeren Moleküle mit 4, 5 oder 6 Atomen sind Heteroverbindungen also Verbindungen von C mit O/N/S/P, niedere Alkohole, Aldehyde, Ketone. Die gelangen auch in Meteorite (Murchinsonmeteorit) und über diese auf Planeten/Monde.
    Bezüglich der unpolar/unpolar-Argumenation sollte man bedenken, daß Aminosäuren zwar als polar anzusprechen sind, die im Vergleich dazu aber riesigen Proteine wohl eher nicht. Die haben natürlich polare Stellen, keine Frage. Wenn mehrere Aminosäuren miteinander reagieren, wird das Produkt immer unpolarer und daher unlöslicher in Wasser. Ich denke, daß hier gleichzeitig soetwas wie eine Hüllenbildung stattfinden muß, die das Reaktionssystem von der Außenwelt abschirmt und andere Bedingungen im Inneren ermögilcht. Schließlich ist auch zu berücksichtigen, daß die entstehenden Proteine stark anfällig für Hydrolysereaktionen sind, also eigentlich rasch wieder zerfallen müßten. Auch dies erfordert eine gewisse Abschirmung gegen die Umgebung. Hier bewege ich mich aber auf dünnem Eis, ich bin kein Biochemiker.

    Unpolare Moleküle können auch miteinander wechselwirken, wenn auch schwächer, beispielsweise über van-der-Waal-Kräfte, sie können auch ineinander verhaken wie Elastomere.
    Bezüglich der Reaktionsgeschwindikgeit hast Du natürlich auch Recht. Wenn aber alles langsamer abläuft, ist das kein Nachteil für ein Lebewesen, da es nicht von etwas schnellerem gefressen/aufgelöst werden kann. Für ein solches Lebewesen sind dann eben zehntausend Jahre wie für uns ein Tag. Allerdings wird wohl auch die chemische Evolution dann sehr viel langsamer ablaufen.
    Insgesamt teile ich Deine Einschätzung, daß es auf der Titanoberfläche wohl eher kein Leben gibt, aber das dort vorhandene Molekülreaktionssystem zu untersuchen wäre unglaublich spannend.

    @Alderamin:
    schaue ich Dir nach, habe ich momentan nicht griffbereit (leider).

  25. #27 Hoffmann
    13. Februar 2014

    @ Lars:

    Ja, natürlich gibt es im ISM auch noch andere Moleküle – einschließlich Aminosäuren (Glycin hat man bereits entdeckt) – aber bei anhaltendem Strahlungseintrag bleiben die PAH’s als stabilste Verbindungsklasse übrig bzw. reichern sich schließlich am stärksten an.

    Die Organica z.B. im Murchison-Meteoriten, entstanden im Verlauf der Kondensation der Staubpartikel zu einem massiven Festkörper, wobei der vorhandene Wasergehalt seinerseits dazu beigetragen haben dürfte, bestimmte Verbindungsklassen bevorzugt entstehen zu lassen.

    Zu den Proteinen: Die Komposition aus hydrophilen und hydrophoben Seitenketten pro Aminosäure ergibt in wässriger Lösung die spezifische Faltung, die die Eignung z.B. als Enzym nach sich zieht. Hierbei treten die hydrophilen Bereiche nach außen und die hydrophoben nach innen, so dass Vertiefungen (Taschen) und Ausstülpungen entstehen, die den Abbau durch Hydrolyse erschweren. Letztlich gewinnt jedoch die zunehmende Entropie die Oberhand, und das Protein wird abgebaut. Allerdings gelingt der Schutz vor Funktionsverlust durch das prompte Nachliefern der benötigten Proteine über den Mechanismus der Translation. Insofern also “selbsttätige” Entropietrennung via Rückkopplungseffekt auf die Genomaktivität.

    Zur Wechselwirkung unpolarer Moleküle: Ja, sicher, das ist möglich, aber so etwas wie komplementäre Basenpaarung setzt dann doch spezifischere Seitenketten voraus als lediglich methylierte Reste, die chemisch gleichförmig sind. Das zieht dann allenfalls unspezifische Wechselwirkungen nach sich, die sich schwerlich für eine Art Genom verwerten lassen, geschweige denn für eine spezifische Enzymtätigkeit.

    “… aber das dort vorhandene Molekülreaktionssystem zu untersuchen wäre unglaublich spannend.”

    Ja, das auf jeden Fall! Mal sehen, wann die nächste Titan-Mission auf den Weg geschickt wird. Und ob das Geld bereit gestellt wird …

  26. #28 Zhar The Mad
    13. Februar 2014

    @ Hoffmann
    Danke für den detailierten, kompetenten und informativen Beitrag! You made my day, sozusagen, war mir eine Freude.

    @ Lars
    “Ich weiß immer nicht, wie detailliert man werden darf.”

    also mir macht es spaß experten zuzuhören! Und da es sich ja sehr nah am thema des Artikels hält, ist es doch genau richtig! Waren echt spannende Neuigkeiten für mich dabei, gerne mehr 🙂

  27. #29 swage
    14. Februar 2014

    Es wäre aber sehr verwunderlich, wenn sich auf diesem Planeten Roboter zusammennieten würden, die sie im 2 Meter tiefen Meer aus Schrauben und Mutter mühsam suchen müssten.

    Phosphate…

    Oder das Leben auf der Erde mit Leben auf anderen Himmelskörpern vergleichen und daraus etwas über die Ursprünge lernen…

    Ich möchte an der Stelle nochmals darauf hinweisen das wir nicht sicher sind ob das Leben wirklich auf der Erde entstanden ist. Aber es lohnt sicherlich den Vergleich zu ziehen.

    Also mal sehen… Leben wie wir es kennen können wir schon mal ausschließen. Leben wie wir es nicht kennen muss sich aber auch an physikalische Gegebenheiten halten.

    Jeder Organismus den wir kennen benötigt Wasser. Ein Alleinstellungsmerkmal von Wasser ist seine Dichtanomalie. Es gibt zwar andere Stoffe, die diese Eigenschaft teilen, diese haben aber alle einen recht hohen Siedepunkt.

    Nun ist es so, dass mit abnehmendem Druck der Siedepunkt gedrückt wird, andererseits ist es auf dem Titan sehr kalt. Bekannte Stoff haben unter nicht terrestrischen Bedingungen recht exotische Zustandsformen, die auf der Erde einfach nicht vorkommen.

    Ich könnte mir einen Organismus vorstellen, der anstatt Wasser flüssiges Metall verwendet, aber nicht auf dem Titan – es ist dort einfach zu kalt.

  28. #30 DasKleineTeilchen
    14. Februar 2014

    @stone1: war “the andromeda-strain” nicht auf silliziumbasis?

  29. #31 Franz
    14. Februar 2014

    @Teilchen
    Mir fallen nur die Trolle bei Terry Pratchett ein.

  30. #32 znEp
    14. Februar 2014

    @Franz @DasKleineTeilchen
    Und natürlich die Horta
    http://en.memory-alpha.org/wiki/Horta

  31. #33 Thomas Rosin
    14. Februar 2014

    Bei diesem Thema fällt mir Stephen Baxter´s “TITAN” (SF-Roman) ein. Spannend erzählte Reise (mit heutigen Mitteln) zum Titan. Ein Unterkapitel heisst “Sommer auf Titan”; dann, wenn die Sonne sich in vielen Millionen Jahren ausdehnen wird und es wärmer wird auf Titan, dann sieht die Frage nach Leben auf Titan ganz anders aus; wurde die Frage hier zu früh gestellt?

  32. #34 Lars
    14. Februar 2014

    wo ist meine Antwort an Alderamin hin? Erneutes Senden führte zu einer Fehlermeldung.
    @Alderamin: ich versuche es weiter….

  33. #35 Hoffmann
    14. Februar 2014

    @ Thomas Rosin:

    Wenn die Sonne zum Roten Riesen wird und Titan auftaut, haben wir einen großen Ozean, auf dem Teer-Inseln schwimmen, falls die Atmosphäre dem dann erhöhten Sonnenwind standhält.

    Problematisch ist dann, dass Titan kein Magnetfeld aufweist, welches die geladenen Partikel umlenken kann. Das zieht dann nach sich, dass die Atmosphäre abgetragen wird. Weiterhin ist die Gravitation erheblich geringer als die der Erde, so dass die Gasteilchen bei ca. 300 Kelvin in größerer Zahl die Fluchtgeschwindigkeit erreichen als das bei der Erde der Fall ist..

    Angenommen, die Atmosphäre bleibt dicht genug, dann bleibt das Problem der fehlenden Möglichkeit des Abtransports des anfallenden Reaktionswassers, das bei der Verkettung von Monomeren entsteht. Dort gibt es keine Inseln und keine Gezeiten, die ein periodisches Austrocknen ermöglichen.

    Die vorhandenen Monomere (z.B. Aminosäuren) bleiben in Lösung und vermischen sich mit der immensen Wassermenge eines globalen Ozeans, der mehrere Hundert Kilometer tief ist. Aufgrund der fehlenden Inseln, Uferlinien usw. besteht keine Möglichkeit, dass sich diese Monomere aufkonzentrieren und an katalytisch wirkenden Oberflächen verketten können.

    Spontan ist daher nicht mit einer Entstehung von Lebewesen auf Titan zu rechnen. Wenn, dann müssten wir es dorthin importieren, falls es uns bis dahin noch gibt …

  34. #36 Lars
    14. Februar 2014

    @alderamin, der dritte Versuch:
    Nachdem mein bisheriger Text irgendwo verschluckt wurde, noch einemal die noch geschuldete nähere Auskunft zu den black smokern:
    physikalische Bedingungen: T = 420K bei off-axis Systemen, ~640K bei on axis Systemen; Druck je nach Tiefe der hydrothermalen Quelle bei 90-500bar;
    chemische Bedingungen: je nach physikalischer Bedingung unterschiedliche Redoxsysteme wirkend, Pyrit/Pyrrhotit/Magnetit (FeS2/FeS/Fe3O4=ppm-sytem) oder Fayalit/Magnetit//Quarz (Fe2SiO4/Fe3O4/SiO2=fms-System); Gegenwart von Mineralien als Katalysatoren (Montmorillonit, Sulfide, eisenoxide, Tonmineralien…)
    chemische Synthese im Experiment:
    1.Experiment: 570K, 500bar, Reaktionszeit 69 Tage: Wasserstoffproduktion angestiegen, CO2 verringert, Anstieg an Methan, Ethan, Propan, Aliphate;
    2.Experiment: Gemisch von HCN, HCHO und NH3 bei 420K und 10bar und ppm-System: es entstanden Aminosäuren mit einer zehnfach höheren Ausbeute als bei dem Miller-Urey-Experiment der Gasentladung; Aminosäuren entstanden nur als Racemate, also nicht wie bei Erdlebewesen als chiral reine Stoffe; Daher ist allerdings auch gesichert, das es sich nicht um Verunreinigungen handeln kann;
    3. Experiment: galt der Untersuchung des Verhaltens von gebildeten Aminosäuren bei diesen Umweltbedingungen. Es sollte untersucht werden, ob die wieder zerfallen. Die Versuchsbedingungen waren: 473K, 50bar, 48Stunden Reaktionszeit: Es entstand Glycin aus abgebautem Serin, Alaningehalt angestiegen; Ergebnis: unter solchen harrschen Bedingungen reagieren Aminosäuren anders als auf der Erdoberfläche;
    Quelle für das alles: Horst Rauchfuß, Chemische Evolution, Springer, 2005;
    Uff, das war jetzt hoffentlich nicht zu speziell!
    Es zeigt sich, daß hydrothermale Quellen als Syntheseorte für unsere “Lebensmoleküle” nicht ausgeschlossen sind und das man jeweils die ablaufende Chemie unter den herrschenden physikalischen Bedingungen überprüfen muß. In jedem Fall muß alles Leben auf den unter den dort herrschenden physikalischen Bedingungen eine Chemie zulassen.

  35. #37 stone1
    14. Februar 2014

    @DasKleineTeilchen:
    Nein, das meinte ich auch nicht. Hab ein bisschen rumgesucht, aber nachdem ich mich weder an den Autor noch an den ungefähren Titel und auch nicht ans Erscheinungsjahr erinnere, hab ich die Suche abgebrochen, das Motiv kam schon öfters in der SciFi vor.
    Dabei ist mir hier und da noch was zu Leben jenseits von Kohlenstoff untergekommen, hat aber nichts mit dem eigentlichen Thema hier zu tun.

    @Hoffmann:
    Wenn, dann müssten wir es dorthin importieren
    Vielleicht eher exportieren, Eisfischen auf Titan hört sich jedenfalls mal nach einer außergewöhnlichen Freizeitbeschäftigung an. 😉

  36. #38 emreee
    14. Februar 2014

    Wenn wir schon beim Thema Silizium sind . Welche Chemische Ursuppe wäre für Siliziumbasiertes leben von Nöten bzw von vorteil .? Ja ich weiß , das ist alles nur theoretisch , würde mich aber ein wenig weiterbilden wollen . Habe diesbezüglich einiges schon gelesen , die quellen waren jedoch in einigen fällen eher fraglicher Natur . Bin dementsprechend skeptisch gegenüber dem wissen eingestellt , was ich mir eingehäuft habe .

  37. #39 Kassenwart
    14. Februar 2014

    @emreee

    Ich fürchte keine chemische Ursuppe wäre für siliziumbasiertes Leben von Vorteil. Silizium hat bei weitem nicht die Fähigkeiten von Kohlenstoff verschiedenste Bindungen einzugehen. Zumal Si-basierte Bindungen auch ein anderes Verhalten zeigen (Stabilität, usw.). Leben ist so quasi nicht baubar. Also gerade theoretisch spricht faktisch alles dagegen. Weiterbilden am besten über Basiswissen Chemie (falls du das nicht bereits hast).

  38. #40 Hoffmann
    14. Februar 2014

    @ emree:

    “Welche Chemische Ursuppe wäre für Siliziumbasiertes leben von Nöten bzw von vorteil?”

    Da es kein siliziumbasiertes Leben geben kann, entfällt die Frage nach der chemischen Ursuppe, die diesem vorausgehen würde. Silizium bildet unter realistischen Bedingungen Silikate. Und Silikate bilden Kristalle statt Polymere, die einen Stoffwechsel in Gang halten könnten. Damit entfällt die Möglichkeit, dass Leben auf der Basis von Silizium funktionieren könnte.

  39. #41 Alderamin
    15. Februar 2014

    @Hoffmann

    Aber interessant, dass es Silane gibt, die wie die Alkane zum Teil bei Zimmertemperatur gasförmig und flüssig sind, und sogar Ringe bilden können. Allerdings sind sie instabil und müssen synthetisiert werden. So reaktionsfreudig wie sie sind, können sie keine Basis für Leben sein.

    Sähe

  40. #42 Hoffmann
    15. Februar 2014

    @ Alderamin:

    Silane reagieren mit Wasser jedoch zu Kieselsäure bzw. Siliziumdioxid und sind damit für weitere Synthesen nicht mehr verfügbar. Und da Wasser bei der Planetenbildung immer irgendwie präsent ist, können sich Silane nirgends anreichern, um komplexere Verbindungen zu bilden.

  41. #43 Alderamin
    15. Februar 2014

    @Hoffmann

    Damit ist die abgeschnittene Frage (ich wurde unterbrochen) auch geklärt: Sähe das bei tiefen Temperaturen vielleicht anders aus? Nein.

  42. #44 Rolf Froböse
    15. Februar 2014

    Aus chemischer Sicht ist es nahezu ausgeschlossen, dass irgendwo Leben auf der Basis von Silizium existieren könnte. Insofern oute ich mich gerne als “Kohlenstoff-Chauvinist”. Spannender finde ich dagegen die Frage, ob die Entstehung von Leben die Existenz flüssigen Wassers voraussetzt. Und in diesem Punkt gehen die Meinungen auseinander. Diskutiert werden polare wasserähnliche Medien wie flüssiges Ammoniak oder auch unpolare Kohlenwasserstoffe wie Methan oder Ethan. Extrem spannend ist für mich die Frage, was sich durch den Methan-Zyklus auf Titan in den Seen angereichert hat. Leider ist meines Wissens bisher keinen neue Titan-Mission mit Landeeinheit geplant.

  43. #45 Hoffmann
    15. Februar 2014

    @ Rolf Froböse:

    zu den unpolaren Lösungsmitteln hatte ich in #20 bereits etwas geschrieben. Und Ammoniak kann sich in Reinform als Flüssigkeit nicht anreichern, da es mit Wasser ein eutektisches Gemisch bildet, welches einen niedrigeren Gefrierpunkt hat als reines Ammoniak. Wasser könnte aus dem Gemisch also nicht ausfrieren, so dass reines Ammoniak übrig bliebe. Folglich wäre Ammoniak stets in Konkurrenz zu Wasser präsent, und dabei macht Wasser aufgrund seiner erheblich besseren Eigenschaften als Lösungsmittel und als Stoffwechselintermediat als Resultat einer Selektion das Rennen.

  44. #46 Rolf Froböse
    15. Februar 2014

    @Hoffmann: Was halten Sie von den Spekulationen über mögliche Lebensformen, die Ethin (Acetylen) als Energiequelle nutzen? Siehe z.B.: http://www.nationalgeographic.de/aktuelles/es-gibt-leben-auf-dem-saturnmond-titan

  45. #47 Hoffmann
    15. Februar 2014

    @ Rolf Froböse:

    Kleine Ergänzung zum eutektischen Ammoniak-Wasser-Gemisch:

    http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ammonia_aqueous.svg

    Zur Möglichkeit, dass Ethin + Wasserstoff => Methan als Energiequelle angezapft werden könnte:

    Die in #20 geäußerten Einwände werden damit ja nicht entkräftet. Auch wenn diese Reaktion z.B. auf Tholinpartikeln stattfindet, weil diese eventuell reaktive Oberflächenstrukturen aufweisen (analog zu z.B. Aktivkohle), bedeutet das nicht automatisch, dass hierbei funktionsfähige Polymere aufgebaut werden.

    Die freigesetzte Energie könnte z.B. lediglich eine Modifizierung der in den Partikeln vorhandenen PAH’s bewirken (kondensierte Ringe aufbrechen bzw. umlagern und neu verknüpfen), was jedoch mit einem Stoffwechsel fernab vom chemischen Gleichgewicht nicht viel zu tun hätte.

    Stoffwechsel setzt sowohl Kompartimentierung wie auch Reaktionsnetzwerke voraus, die unter Beteiligung von hinreichend komplexen Verbindungen eine Entropietrennung bewirken. Beides erfordert eine hinreichend große Umsatzrate pro Zeiteinheit und damit entsprechend hohe Reaktionsgeschwindigkeiten, um dem Trend zur Entropiezunahme etwas entgegensetzen zu können. Bei lediglich 95 Kelvin Oberflächentemperatur habe ich da allerdings wenig Hoffnung.

  46. #48 stone1
    15. Februar 2014

    @Rolf Froböse:
    In diese Richtung (#45) gehende Vermutungen sind mir schon vor einiger Zeit im bdw untergekommen, dass National Geographic die Artikelüberschrift als Feststellung formuliert, halte ich aber für schlechten Journalismus im Sinne der Quotenmaximierung.
    Was Chemie betrifft bin ich zwar ein ziemlicher Noob, nehme aber an dass im Artikel geschilderten Vorgänge auf eine Menge andere Arten erklärt werden könnten als durch Lebensformen auf Titan. Habe aber wie gesagt kaum Ahnung und bin vorsichtshalber erstmal skeptisch abwartend.
    Wäre aber ein durchaus guter Grund, eine Landemission auf Titan in Angriff zu nehmen.

  47. #49 Hoffmann
    15. Februar 2014

    @ Stone 1 und Rolf Froböse:

    Zum Thema “Leben auf Titan entdeckt” gab es bereits vor knapp vier Jahren einmal ein recht deutliches Fast-Dementi von Chris McKay:

    http://www.ciclops.org/news/making_sense.php?id=6431&js=1

    Darin kommt er zu folgendem Fazit:

    In conclusion, there are four possibilities for the recently reported findings, listed in order of their likely reality:

    1. The determination that there is a strong flux of hydrogen into the surface is mistaken. It will be interesting to see if other researchers, in trying to duplicate Strobel’s results, reach the same conclusion.

    2. There is a physical process that is transporting H2 from the upper atmosphere into the lower atmosphere. One possibility is adsorption onto the solid organic atmospheric haze particles which eventually fall to the ground. However this would be a flux of H2, and not a net loss of H2.

    3. If the loss of hydrogen at the surface is correct, the non-biological explanation requires that there be some sort of surface catalyst, presently unknown, that can mediate the hydrogenation reaction at 95 K, the temperature of the Titan surface. That would be quite interesting and a startling find although not as startling as the presence of life.

    4. The depletion of hydrogen, acetylene, and ethane, is due to a new type of liquid-methane based life form as predicted (Benner et al. 2004, McKay and Smith 2005, and Schulze-Makuch and Grinspoon 2005).

  48. #50 bikerdet
    17. Februar 2014

    Auch Sam Kean äußert sich in seinem Buch ‘Treffen sich zwei Elemente’ zu dem Thema Leben auf Siliziumbasis. Ich habe es als ‘Leseclubkandidaten’ gekauft. Da wir es nun erstmal nicht zusammen lesen, kann ich ja draus zitieren.
    Die Aussagen von Hoffmann sind praktisch 1:1 bestätigt (Sorry, Hoffmann, kenne ja Deine Vita nicht. Hoffendlich ist das jetzt keine Herabsetzung für Dich) . Auch Kean hält Leben auf Siliziumbasis für FAST unmöglich, da die Si-Verbindungen Feststoffe sind. Somit für Atmung und Stoffwechsel praktisch ungeeignet. Bemerkenswert finde ich aber den Schlußsatz des Kapitels . Zitat Kean ‘Ich bin nicht so dumm, meine Hand dafür ins Feuer zu legen, das Leben auf der Grundlage von Silizium unmöglich ist, aber wenn diese Lebewesen nicht Sand ausscheiden und Planeten bewohnen, auf denen Vulkane permanent ultramikroskopische Siliziumpartikel ausstoßen, ist das Element wahrscheinlich nicht imstande, ihr Leben wirklich lebendig zu machen.’

  49. #51 Hoffmann
    17. Februar 2014

    @ bikerdet:

    Lustig fand ich diese Passage von Manfred Reitz:

    “Ein Lebewesen auf Siliziumbasis würde in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre Sand ausatmen, und ein intelligentes Lebewesen auf Siliziumbasis müsste sich am Ende eines arbeitsreichen Tages am Schreibtisch regelmäßig aus einem Sandhaufen freischaufeln, der im Tagesverlauf ausgeatmet worden ist. …

    Ein siliziumhaltiges Lebewesen würde vermutlich sogar auf der Erde Feuer speien, da Silan (eine Verbindung aus Silizium und Wasserstoff) in Gegenwart von Sauerstoff sofort brennt. Freunde der Außerirdischen könnten deshalb sofort bei den feuerspeienden Drachen aus uralten Sagen zu spekulieren beginnen: Es waren Außerirdische auf Siliziumbasis, deren Atem in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre zu einem Flammenwerfer wurde.”

    Quelle: Manfred Reitz, Leben jenseits der Lichtjahre. insel taschenbuch 2186, Frankfurt am Main und Leipzig 1998, S. 143

  50. #52 Lars
    18. Februar 2014

    @alderamin, der fünfte Versuch:
    Nachdem mein bisheriger Text irgendwo verschluckt wurde, noch einemal die noch geschuldete nähere Auskunft zu den black smokern:
    physikalische Bedingungen: T = 420K bei off-axis Systemen, ~640K bei on axis Systemen; Druck je nach Tiefe der hydrothermalen Quelle bei 90-500bar;
    chemische Bedingungen: je nach physikalischer Bedingung unterschiedliche Redoxsysteme wirkend, Pyrit/Pyrrhotit/Magnetit (FeS2/FeS/Fe3O4=ppm-sytem) oder Fayalit/Magnetit//Quarz (Fe2SiO4/Fe3O4/SiO2=fms-System); Gegenwart von Mineralien als Katalysatoren (Montmorillonit, Sulfide, eisenoxide, Tonmineralien…)
    chemische Synthese im Experiment:
    1.Experiment: 570K, 500bar, Reaktionszeit 69 Tage: Wasserstoffproduktion angestiegen, CO2 verringert, Anstieg an Methan, Ethan, Propan, Aliphate;
    2.Experiment: Gemisch von HCN, HCHO und NH3 bei 420K und 10bar und ppm-System: es entstanden Aminosäuren mit einer zehnfach höheren Ausbeute als bei dem Miller-Urey-Experiment der Gasentladung; Aminosäuren entstanden nur als Racemate, also nicht wie bei Erdlebewesen als chiral reine Stoffe; Daher ist allerdings auch gesichert, das es sich nicht um Verunreinigungen handeln kann;
    3. Experiment: galt der Untersuchung des Verhaltens von gebildeten Aminosäuren bei diesen Umweltbedingungen. Es sollte untersucht werden, ob die wieder zerfallen. Die Versuchsbedingungen waren: 473K, 50bar, 48Stunden Reaktionszeit: Es entstand Glycin aus abgebautem Serin, Alaningehalt angestiegen; Ergebnis: unter solchen harrschen Bedingungen reagieren Aminosäuren anders als auf der Erdoberfläche;
    Quelle für das alles: Horst Rauchfuß, Chemische Evolution, Springer, 2005;

    Uff, das war jetzt hoffentlich nicht zu speziell!

  51. #53 Alderamin
    18. Februar 2014

    @Lars

    Danke, klingt ja ganz vielversprechend. Die Wärme an Black Smokern beschleunigt ja chemische Reaktionen ganz heftig, und die Produkte können durch das aufströmende Wasser schnell in kühlere Regionen befördert werden, wo sie nicht gleich wieder zerlegt werden.

    Ob es auf der Europa auch so etwas gibt? Immerhin ist Io vulkanisch sehr aktiv. Es sollte wirklich mal jemand eine Sonde durch die kürzlich entdeckten Fontänen von Europa schicken und ein paar Tropfen einsammeln und zur Erde bringen. Wäre sicherlich hochinteressant zu sehen, was da alles im Wasser gelöst ist.

  52. #54 Hoffmann
    18. Februar 2014

    @ Lars,

    der dritte Versuch kam hier bereits als #36 durch. 🙂

    In derselben Quelle (Rauchfuß) wird auf S.229ff. ausgeführt, welche kritischen Aspekte zu den Synthese-Experimenten zu berücksichtigen sind.

    Nehmen wir Experiment 1: Durch Umwandlung von Fe (II) in Fe (III) wurde Wasser zu Wasserstoff reduziert und CO2 nachfolgend zu Methan, Ethan und kettenförmigen Kohlenwasserstoffen (Aliphate). Das zeigt, dass reduzierende Bedingungen vorherrschen. So weit, so gut. Nun wird auf S. 229 ausgeführt, dass es nahe den Quellen keine Gradienten gibt. Die freigesetzten Moleküle reagieren also nicht weiter, sondern werden quasi “schockgefroren” und zerstreuen sich im kalten Meerwasser. Es findet also kein Recycling statt, der gewährleisten könnte, dass längerkettige Moleküle hochwachsen.

    Nehmen wir Experiment 2: Hier wurde mit N-haltigen Verbindungen und Formaldehyd gearbeitet. Dabei ist zunächst zu hinterfragen, wie diese Verbindungen unter natürlichen Bedingungen in das System gelangen, denn die vulkanischen Exhalate bestehen ja vor allen Dingen aus CO2 und H2O sowie SO2. HCN und NH3 finden sich darin wohl eher nicht, was u.a. daran liegt, dass Stickstoff keine Mineralien bildet, die in den Erdmantel gelangen könnten, um dort u.a. zu Blausäure und Ammoniak umgewandelt zu werden.

    Die synthetisierten Mengen an Aminosäuren sind zwar beeindruckend hinsichtlich Ausbeute und Verbindungsklassen, aber wie Experiment 3 zeigt, zerfallen die gebildeten reaktionsfreudigeren Aminosäuren (Serin, Asparaginsäure, Glutaminsäure und Isoleucin) bereits nach 2 Tagen in die chemisch eintönigeren Varianten Glycin und Alanin, auch wenn die Pufferwirkung des Redox-PPM-Systems hier einige Verzögerungen bewirken.

    Tests mit Aminosäuregemischen zeigen, dass sie bei hohen Temperaturen und hohem Druck praktisch restlos zersetzt werden.

    In superkritischen Bedingungen wie sie z.B. am Grund des subglazialen Ozeans von Europa erwartet werden dürfen, reagiert Glycin einerseits zu Diglycin (das Dipeptid) und zu Diketopiperazin (ein ringförmiger Zusammenschluss von zwei Glycinmolekülen, der nicht weiter anwachsen kann), andererseits wurden unter diesen Bedingungen (623 und 648 K sowie 22,2 und 40,0 MPa) die höchsten Zersetzungsraten von Glycin ermittelt.

    Hydrothermale Quellen am Meeresgrund können zwar einerseits Synthesen bewerkstelligen, gewähren jedoch andererseits keine Bedingungen des Wachstums hin zu Biopolymeren sowie deren weitere Interaktion zu Reaktionsnetzwerken, weil die Temperatur- und Druckverhältnisse einerseits und die fehlenden Gradienten andererseits die Polymerbildung ausschließen. Immerhin könnten solche Quellen jedoch erheblich zur Anreicherung ufernaher Bereiche der Urerde mit Monomeren beigetragen haben, indem sich in den Flachwasserzonen die freigesetzten Aminosäuren aufkonzentrierten.

  53. #55 Lars
    18. Februar 2014

    @Hoffmann:
    ja, habe ich aber erst angezeigt bekommen, als ich den fünften Versuch abgeschickt hatte… die Tiefen des Internets… oder die eigene Bräsigkeit…

    Zu Deinen sehr berechtigten Ausführungen:
    Rauchfuß ist an dieser Stelle auch kritisch, da bei Black Smokern tatsächlich jede Anreicherungs- und Abgrenzung gegen die Umgebung schwer fällt. Der große Ozean verdünnt das Reaktionsgemisch, bzw. die Produkte zu stark. Darüberhinaus führt Rauchfuß auch aus, wenn ich mich recht erinnere, daß Black Smoker nicht besonders lange aktiv sind, nur wenige tausend oder zehntausend Jahre.

    Mir scheint, daß die Bildung von reaktiven und reproduzierenden Molekülsystemen unbedingt eine Abgrenzung des Reaktinosraumes gegen die Umwelt erfordert, so daß Aufkonzentration, Schutz gegen thermischen/strahlungsbdingten/hydrolytischen, usw. Abbau der entstandenen Reaktionsprodukte gewährleistet sind.
    Gleichzeitig sollte katalytische Aktivität vorhanden sein, wie bei Schichtsilikaten. Ich meine mich erinneren zu können, daß Montmorillonit hier ein besonders interessanter Kandidat ist.
    Was ich auch Rauchfuß und anderen Schriften mitgenommen habe, ist das immer mal wieder überflutetete und abtrocknende Pfützen an den Ufern von Vulkaninseln die aussichtsreichsten Orte darstellen, an denen sich Reaktionssysteme entwickeln konnten. Von denen ist dann unser jetziges, hochkomplexes, hochspezialisiertes “Chemiegebäude” übrig geblieben. Das wären dann auch Deine ufernahen Bereiche. Dort muß man dann allerdings gegen Molekülabbau durch UV-Strahlung sichern, schließlich gelangte damals mangels Ozon in der Atmosphäre reichlich UV-Licht auf die Erdoberfläche. Rauchfuß hat auch eine Abschätzung bezüglich der energetischen Auswirkungen der damaligen häufigeren Meteoriteneinschläge gemacht.
    Ein letztes noch zu den Black Smokern: Vielleicht gibt es auch unterseeische Höhlen mit geologisch aktiven Bereichen, in denen eine kleines Wasservolumen abgegrenzt ist und in dem sich Anreicherungen ausbilden können. Vielleicht sollte man mehr nach so etwas suchen.
    Da sich auf der Erde eine komplette “Lebensschicht” gebildet hat, die alles vorherige überformte, werden wir hier wohl nicht fündig werden. Deswegen ist es ja so interessant, andere Planeten/Monde zu besuchen, von denen können wir viel über unsere Entstehung lernen. Ich hätte gerne – aus sicherer Warte- miterlebt, was sich damals auf der Erde abgespielt hat.

    @Alderamin:
    ich weiß von einem Durchflug durch eine Fontäne auf Enceladus, bei der “komplexere” organische Moleküle gemessen wurden. Leider ist mir nicht bekannt, welche genau bestimmt wurden, es sollte jedenfalls kompliziertere als Methan, Ethan, etc gewesen sein.

  54. #56 Hoffmann
    18. Februar 2014

    @ Lars:

    Was ich auch Rauchfuß und anderen Schriften mitgenommen habe, ist das immer mal wieder überflutetete und abtrocknende Pfützen an den Ufern von Vulkaninseln die aussichtsreichsten Orte darstellen, an denen sich Reaktionssysteme entwickeln konnten.

    Dazu gab es hier schon mal etwas:

    http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2013/03/01/entstand-das-erste-leben-auf-einer-vulkaninseln/

  55. #57 Lars
    18. Februar 2014

    @Hoffmann:
    Danke für den Hinweis, werde ich mir gerne ansehen, man lernt nie aus und schon gar nicht auf diesem spannenden Gebiet…

  56. #58 Lars
    18. Februar 2014

    @Hoffmann:
    LInk angesehen, 43 Seiten Pdf-Lesefutter für die nächsten Tage beschafft; Danke für den guten Hinweis auch an Florian für seinen vielseitigen Blog!

  57. #59 Hoffmann
    18. Februar 2014

    @ Lars:

    Viel Spaß beim Lesen! 🙂

    Florians neues Buch handelt ebenfalls von der Suche nach Leben im All. Bestimmt findet sich darin ebenfalls einiges zu diesem Thema. Na ja, nächste Woche um die Zeit bin ich schlauer …

  58. #60 bikerdet
    18. Februar 2014

    Im Zusammenhang mit den Black Smokern habe ich von Bakterien gelesen, die für die ‘Photosynthese’ das Infrarotlicht der heißen Quellen nutzen. Leider habe ich nichts weiter darüber herausfinden können, ob es sich hierbei um eine Mutation der ‘Sonnenlichtesser’ handelt, oder ob es sich umgekehrt entwickelt hat. Dagegen würde sicherlich die kurze Aktivitätsdauer der Smoker sprechen. Aktuell wissen wir aber wohl nicht einmal, ob sich die Populationen von Smoker zu Smoker ‘umsiedeln’, evtl. auch in Sporenform, oder sich an jedem Smoker neu bilden. Würde sich die Umsiedelungstheorie bestätigen, wäre auch eine langfristige Entwicklung möglich.

  59. #61 swage
    18. Februar 2014

    Sieh an… Chris McKay argumentiert für Leben auf dem Titan. Kannte ich noch gar nicht, man lernt nie aus. Ergänzenswert wäre eventuell noch, das man auch den Titan für eine Eis-Wasser-Sandwich hält. Hmm…

  60. #62 swage
    18. Februar 2014

    Was die Black Smoker angeht, so handelt es sich eher um eine chemische Oxidationsgeschichte, was Bakterien erledigen und so die Grundlage der sonnenlichtunabhängigen Nahrungsketten bilden. Das die entsprechenden Ökosysteme sich von Smoker zu Smoker ausbreiten ist eine Tatsache. Es scheint etwas mit den thermischen Bewegungen des erhitzen Wassers zu tun zu haben, diese Strömungsdynamik scheint einen recht brauchbares Transportsystem abzugeben.

  61. #63 Hoffmann
    18. Februar 2014

    @ bikerdet:

    Die Ökosysteme an den hydrothermalen Quellen basieren auf Archaeen, die sich dort angesiedelt haben, wobei die Besiedlung – da es sich um ausgedehntere vulkanisch aktive Gebiete handelt – kontinuierlich erfolgt. Ein lokaler vulkanischer Ausbruch, der einen Black Smoker nach sich zieht, vernichtet zwar zunächst viel von der ursprünglich dort vorhandenen Archaeen-Population, macht aber andererseits Platz für neue Nischen, die dann, nachdem sich die Verhältnisse stabilisiert haben, neu besiedelt werden.

    Archaeen sind zwar stammesgeschichtlich sehr alt, aber haben sich dennoch später vom Hauptstamm abgezweigt als die Bakterien. Möglicherweise stellen sie Relikte aus einer Zeit dar, als große Asteroideneinschläge häufiger waren. Die aufgeheizten Ozeane boten dann optimale Bedingungen für den Vorgang der Thermoreduktion, wie sie u.a. von Richard Egel beschrieben worden ist. Daraus folgt, dass es sich hierbei um einen Seitenzweig der Evolution handelt, der unter den zeitweilig heißen Bedingungen eine adaptive Radiation erfahren hat, deren Relikte bis heute überdauert haben.

    Archaeen findet man insbesondere in vulkanisch aktiven Gebieten auch oberhalb des Meeresspiegels z.B. in Kraterseen oder auch Geysieren. Von daher erscheint es plausibel, dass nach erfolgter Abkühlung eine Wiederbesiedlung durch Bakterien und den Vorläufern der heutigen Eukaryoten stattgefunden hat und diese die Archaeen in die thermophile Nische zurückgedrängt haben.

  62. #64 bikerdet
    21. Februar 2014

    @ Hoffmann :

    Danke für die Info’s. Das war mir so nicht bekannt. ‘Richard Egel’ habe ich mir notiert, mal sehen, ob ich da Puplikationen finde …

  63. #65 Hoffmann
    22. Februar 2014

    @ bikerdet:

    Ich bezog mich auf dieses Paper:

    http://www.mdpi.com/2075-1729/2/1/170

    Ergänzend dazu kann ich noch das hier empfehlen:

    http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18613974

    Viel Spaß beim Lesen! 🙂

  64. #66 stone1
    22. März 2014

    Noch ein Nachtrag zu meinem #10:

    Das erwähnte Buch habe ich heute (bei einer ohnehin notwendigen Entrümpelung des archivierenden Dachbodens – hatschi!) ausgegraben, es handelt sich um James P. Hogans “Der Schöpfungscode” (engl. Originaltitel “Code of the Lifemaker”), erschienen 1983 (hab eine Ausgabe der 1. dt. Auflage 1984, Knaur Verlag, vielleicht ein Sammlerstück?).

    Allerdings hat mir mein Gedächtnis da anscheinend einen kleinen Streich gespielt, es geht darum, dass ein automatisches Robotschiff einer fremden Zivilisation mit sehr fortschrittlicher Computertechnologie (daher meine Erinnerung an Silizium) durch eine Nova in unser Sonnensystem, nämlich auf den Saturnmond Titan, geschleudert wurde und im 21. Jhd. von den Menschen entdeckt wird.
    Ich weiß nicht mehr wie es ausgegangen ist, aber ich nehme an die Erbauer des Schiffs waren dann doch kohlenstoffbasierte Lebensformen, vielleicht lese ich es noch Mal wenn ich Zeit dazu finde, hab grad recherchiert, dass es in den Neunzigern noch eine Fortsetzung gab, Hogan sich aber später anscheinend eher pseudowissenschaftlichen Themen widmete und auch sonst eher in Obskure abdriftete. Sein sehr kurzer WPedia-Eintrag zeigt, dass er wohl keinen größeren Autorenruhm erlangt hat.

    Das waren halt noch Zeiten, als man noch kein Internet zur Verfügung hatte, und Romane einfach nach Klappentext und Titel und bei genügend Zeit allenfalls noch ein wenig Reinlesen in der nächstgelegenen Buchhandlung kaufte… seufz.

  65. #67 rolak
    23. März 2014

    James P. Hogan

    Tja stone1, der hat anfangs klassische HardSF verfaßt, allerdings im Laufe der Zeit zu viel Blödsinn bis Unappetitliches einfließen lassen. Nichtsdestotrotz ist nicht nur die ‘Riesen’-Reihe sehr zu empfehlen.

    nach Klappentext und Titel

    Und nach Cover – der zweite (Heyne)Teil von Herberts Dune-Saga sprang mit seiner Destillanzug-Darstellung schon von ferne unübersehbar ins Auge…