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Warum die meisten außerirdischen Lebewesen wahrscheinlich Mikroorganismen sind
von Anonym
Woran denken sie zuerst, wenn sie an „außerirdisches Leben“ denken? Wahrscheinlich eher an außerirdische Wesen aus Filmen und Serien wie z. B. „Star Wars“, „Star Trek“, „Man in Black“, „Independence Day“, „Alien“, usw.
Dabei ist es viel wahrscheinlicher, dass sich auf den meisten der belebten Planeten und Monde im All nur Mikroorganismen befinden. Aber warum ist dies so? Um das zu verstehen, müssen wir uns zunächst auf unserer Erde umsehen.
Viele irdische Mikroorganismen können unter extremen Umweltbedingungen überleben
Wenn man sich ansieht, welche Lebensformen noch unter – aus Sicht der Menschen – extremen Umweltbedingungen überleben und/oder sich sogar fortpflanzen können, dann handelt es sich fast immer um Mikroorganismen.
Mikroorganismen sind einzeln kleiner als 0,01 mm. Die meisten Mikroorganismen sind Einzeller, es gibt aber auch einige, die mehrzellig sind und aus wenigen Zellen bestehen. Zu den Mikroorganismen gehören:
1.) Prokaryoten (Lebewesen ohne Zellkern). Diese unterteilt man in Bakterien (Bacteria) und Archaeen (Archaea), und
2.) kleine Eukaroyten (Lebewesen mit Zellkern), die einzellig oder wenigzellig sind. Diese bezeichnet man als Protisten. Dazu gehören z. B. kleine Algen, Pilze (z. B. Hefen) und Tiere (z. B. Amöben, Pantoffeltierchen).
Dagegen werden Viren meist nicht zu den Mikroorganismen und den Lebewesen gezählt, da Viren keinen eigenen Stoffwechsel haben und sich nicht selbstständig vermehren können.
Unter extremen Umweltbedingungen findet man auf der Erde eine erstaunlich große Anzahl an Lebewesen und Viren, die sich an diese Umweltbedingungen angepasst haben. Diese nennt man Extremophile.
Unter den Extremophilen sind vor allem viele Archaeen und Bakterien und einige Viren. Es gibt aber auch einige mehrzellige Pilze, Algen und Tiere, die extreme Bedingungen überleben.
Bei den Extremophile gibt es mehrere Gruppen, die man anhand ihrer Lebensweise unterteilt:
Thermophile Lebewesen kommen in Vulkangebieten und heißen Quellen, an heißen Tiefseeschloten und in tieferen Gesteinsschichten der Erdkruste vor. Thermophile können Temperaturen von 80 °C bis zum Teil 122 °C überleben, z. B. die Archaeen-Arten Methanopyrus kandleri und Pyrolobus fumarii (letztere Art bildet Kolonien, in deren Nähe es bis zu 350 °C heiß werden kann). Bärtierchen können unter bestimmten Bedingungen Temperaturen bis zu 151 °C überleben. [1, 2]
Auch in sehr kalten Regionen findet man Lebewesen, sogenannte Kryophile. Diese überleben sehr kalte Temperaturen von dauerhaft unter -10 °C und können sich dabei zum Teil auch vermehren. Ihre Lebensräume sind z. B. die Oberfläche und das Innere von Felsen in Polargebieten und Hochgebirgen, Permafrostböden, Gletscher und salzhaltige Seen (durch den Salzgehalt bleibt das Wasser auch bei Temperaturen von unter 0 °C flüssig) unter dem Eis.
Bakterien der Art Colwellia psychrerythraea haben sogar bis -196 °C noch Stoffwechselreaktionen [3].
Bärtierchen hielten während der Kryptobiose, einem Zustand in dem fast kein Stoffwechsel stattfindet, in Versuchen bis zu -273 °C aus [4].
Im tiefgefrorenen Zustand können manche Dauerformen wie Sporen (von Bakterien, Pilzen u. Sporenpflanzen), Samen (von Pflanzen), Zysten (von Protisten und Tieren) und Eier (von Tieren) zum Teil viele Jahrhunderte oder Jahrtausende überdauern. In Permafrostböden wurden in ca. 500000 Jahre alten Schichten Actinobakterien (Actinobacteria) gefunden, die nach dem Auftauen noch lebten. Die ältesten gefundenen Bakterien in der Arktis stammten aus bis zu 3 Millionen Jahre alten Schichten, in Antarktika aus bis zu ca. 5 Millionen Jahre alten Schichten. [5, 6]
Nematoden (Fadenwürmer) der Gattung Plectus aus ca. 42000 – 40000 Jahre alten Permafrostboden-Schichten in Sibirien wurden nach dem Auftauen wieder lebendig [7].
Halophile Organismen kommen in Salzseen vor und haben sich an sehr hohe Konzentrationen von Salzen angepasst, z. B. Archaeen der Gattung Halobacterium [8, 9].
Einige Lebewesen haben sich an sehr niedrige pH-Werte (Acidophile) oder an sehr hohe pH-Werte (Alkaliphile) angepasst.
Einige Lebewesen haben sich an sehr trockene Lebensräume angepasst, diese nennt man Xerotolerante. Auch manche Dauerformen wie Samen und Sporen können unter trockenen Bedingungen (z. B. in Wüsten und Eiswüsten) mehrere Jahrhunderte o. Jahrtausende überdauern.
Toxitolerante Mikroorganismen können hohe Konzentrationen von Stoffen ertragen, die für Menschen schon in zum Teil deutlich geringeren Konzentrationen giftig sind, z. B. Arsen, Schwefelwasserstoff, aromatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Benzol), oder Schwermetalle wie Uran wie z. B. bei Bakterien der Gattungen Geobacter und Pseudomonas [10].
Radiotolerante Organismen können hohe Dosen von ionisierender Strahlung (z. B. Alpha-, Beta- u. Gammastrahlung, Neutronenstrahlung, Röntgenstrahlung, kurzwellige UV-Strahlung) überleben.
Z. B. kann sich das Bakterium Deinococcus radiodurans, welches unter anderem im Kühlwasserkreislauf von Atomreaktoren gefunden wurde, bei einer ständigen Strahlendosis von 60 Gray (Gy) / Stunde vermehren [11].
Deinococcus radiodurans kann kurzzeitige Strahlendosen bis zu 17500 Gy überleben (Menschen würden schon ab einer Strahlendosis von 7 bis 10 Gy sterben) [12].
Die Stämme LH5 und LH7a der Archaeen-Art Halobacterium sp. NRC-1 überleben sogar kurzzeitige Strahlendosen bis zu 25000 Gy [13]
Radiotrophe Pilze besitzen den schwarzen Farbstoff Melanin, welcher freie Sauerstoffradikale (die unter anderem durch ionisierende Strahlung entstehen können) unschädlich machen kann. Die Pilze können ionisierende Strahlung – wahrscheinlich mit Hilfe des Melanins – in für den Organismus nutzbare Energie umwandeln. In der Natur wurden solche Pilze in Bodenschichten mit erhöhter Radioaktivität gefunden. Im Unfallrektor von Tschernobyl wurden die Pilzarten Cryptococcus neoformans und Wangiella dermatitidis gefunden [14].
Bakterien der Art Deinococcus radiodurans, welche hohe Dosen von isolierender Strahlung überleben können.( Urheber: Laboratory of Michael Daly, Uniformed Services University, Bethesda, MD, USA. , Bildrechte: public domain)
Barophile Lebewesen überleben sehr hohe Drücke, wie sie z. B. in größeren Tiefen der Erdkruste und in der Tiefsee herrschen. In den tiefsten Minen und Tiefseegräben und in Bohrungen bis in 5 bis 10 km Tiefe wurden lebende Bakterien u. Archaeen gefunden.
Im Gestein lebende Mikroorganismen, so genannte Endolithen, gewinnen die zum Leben notwendige Energie aus der Oxidation von Schwefel- u. Eisen- oder Mangan-Verbindungen, in einigen Fällen auch aus der Umwandlung von Arsen- und Uranmineralen. Viele können Kohlenstoffdioxid binden und daraus nur mit chemischer Energie nur aus anderen anorganischen Verbindungen organische Moleküle aufbauen. Damit sind diese Lebewesen völlig unabhängig vom Sonnenlicht.
Endolithische Bakterien und Algen bilden eine grüne Schicht einige mm unter der Oberfläche eines Felsens aus klarem Gestein aus Antarktika. Durch das helle Gestein gelangt Licht für Photosynthese bis in eigene mm Tiefe. Luft und Wasser können durch feine Poren im Gestein eindringen. Der Felsen wurde aufgebrochenen, das Foto zeigt einen Ausschnitt von etwa 5 cm Breite. ( Urheber: Guillaume Dargaud. , Bildrechte: GFDL (self made), Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License.)
Desulfurizierende Bakterien wie die Gattung Desulfovibro gewinnen ihre Energie aus der Sulfatreduktion. Dazu benötigen sie weder Sauerstoff noch Sonnenlicht. In wässriger Umgebung gibt Eisen (Fe) Eisen(II)-Ionen (Fe2+) ab. Metalle wie Eisen geben leicht Elektronen (e–) ab, welche mit Wasserstoff-Ionen (H>+) zu Wasserstoff (H2) regieren. Die Bakterien bilden aus Wasserstoff und Sulfat-Ionen (SO42-) Schwefelwasserstoff (H2S). Diese Reaktion dient den Bakterien als Energiequelle. Schwefelwasserstoff reagiert mit Eisen‑2-Ionen zu Eisen(II)sulfid (FeS). (Urheber: William Crochot, Bildrechte: Creative Commons CC BY-SA 4.0)
Viele Bakterien-Arten bilden unter ungünstiger werdenden Umweltbedingungen Sporen, welche lange Zeiträume überdauern und bei günstigeren Bedingungen wieder auskeimen können. Diese Sporen enthalten nur wenig Wasser und haben eine sehr undurchlässige Wand, so dass sie z. B. Austrocknung, Hitze, Strahlung (z. B. UV-Strahlung) und toxische Chemikalien besser überstehen können. [15]
Neben den Lebewesen, die eine extreme Bedingung überleben können, gibt es auch solche, die mehrere Extrembedingungen überleben können, sogenannte Polyextremophilie. Die Allermeisten davon sind wiederum Bakterien (wie z. B. Deinococcus radiodurans) und Archaeen (z. B. Halobacterium) [16, 17, 18]. Polyextremophilie sind besonders interessant, da einige von ihnen die Bedingungen im freien Weltraum überleben könnten [19, 20].
Einige Mikroorganismen können mehrere Millionen Jahre als Dauerformen bzw. mit sehr niedriger Stoffwechselaktivität überleben
In 25 bis 40 Millionen Jahre altem Bernstein fand man im Hinterleib einer eingeschlossenen Biene Bakteriensporen der Gattung Bacillus. Diese brachte man in eine Nährlösung, wo sie auskeimten [21]
In einer Höhle in New Mexiko (USA) fand man in einem ca. 250 Millionen Jahre alten Salzkristall ebenfalls Bacillus-Sporen, welche wiederbelebt werden konnten [22]. Hier ist aber umstritten, ob die Sporen nicht doch zu einem späteren Zeitpunkt z. B. durch Sickerwasser in das Salz gelangten.
In sehr trockener Umgebung ist kaum Wasser für einen hydrolytischen Abbau der Erbsubstanz Desoxyribonukleinsäure (DNS, im Englischen DNA für deoxyribonucleic acid) vorhanden.
Es ist möglich, dass die Bakterien den langen Zeitraum von mehreren Millionen Jahren nicht die ganze Zeit über nur als Sporen überdauert haben, sondern dass die Bakterien sich zwischenzeitlich über längere Zeit in einem Stadium mit sehr niedriger Stoffwechselaktivität befanden, welches ihnen die Reparatur von Schäden an ihrer DNS ermöglichte [23].
Per „Panspermie“ durch die Galaxis?
Die Hypothese der sogenannten Panspermie besagt, dass sich Mikroorganismen oder andere Lebewesen über größere Entfernungen durch das Weltall von Himmelskörpern zu anderen Himmelskörpern bewegen können (z. B. mit Hilfe von Meteoroiden u. Asteroiden), so dass Leben von einem Himmelskörper auf einen anderen gelangen kann.
Für diese Hypothese gibt es noch keine Beweise, da die Menschheit bisher noch keine Lebewesen auf Himmelskörpern außerhalb der Erde gefunden hat, welche mit Lebewesen auf anderen Himmelskörpern (z. B. den Lebewesen auf der Erde) verwandt sind.
Das Leben auf der Erde entstand schon sehr früh
Die Erde entstand vor etwa 4,54 Milliarden Jahren [24]. Vor ca. 4,4 Milliarden Jahren hatte sich die Erdkruste abgekühlt und verfestigt [25].Offene Wasserflächen gab es bereits vor mindestens 4,3 Milliarden Jahren [26].
Die ersten Hinweise auf mögliches Leben gibt es schon vor ca. 4,1 Milliarden Jahren. In Zirkon-Kristallen wurden Kohlenstoff-Einschlüsse aus dieser Zeit entdeckt, in denen das Verhältnis der Kohlenstoff-Isotope C-12 und C-13 zueinander dem von Lebewesen entspricht.
Lebewesen bevorzugen das leichtere Isotop C-12 gegenüber C-13. Organische Reste von Lebewesen erhalten daher deutlich weniger C-13 als Kohlenstoffverbindungen, welche nicht durch Lebewesen durch rein chemische Reaktionen (z. B. im Gestein, im Wasser o. in der Luft) gebildet wurden [27]. Die ältesten bisher bekannten Fossilen auf der Erde stammen von Mikroorganismen und sind ca. 3,7 bis 3,8 Milliarden Jahre alt [28].
Damit entstand das Leben nur ca. 300 – 700 Millionen Jahre nach dem Festwerden der Erdkruste, die Entstehung geschah also relativ schnell.
Dies könnte ein Hinweis sein, dass die Entstehung von Mikroorganismen auch auf anderen Himmelskörpern möglicherweise nur eigene 100 Millionen Jahre bis knapp 1 Milliarde Jahre dauert.
Im frühen Sonnensystem gab es häufig Einschläge – und günstige Bedingungen auf dem Mars
Bis vor ca. 3 Milliarden Jahren gab es auf der Erde (und dem Mond) relativ häufig Einschläge von Meteoriten und Kometen [29]. Dabei wurden höchstwahrscheinlich auch Stücke der Erdkruste als Meteoroiden bzw. Asteroiden ins Weltall geschleudert. Dabei könnten auch im Gestein eingeschlossene Mikroorganismen ins All gelangt sein. Einige dieser Erd-Asteroiden u. -Meteoroiden könnten andere Himmelskörper, z. B. Planeten u. Monde des Sonnensystems, getroffen und mit Leben „angesteckt“ haben.
Auf dem Mars gab es vor ca. 3,8 Milliarden Jahren größere Mengen an fließendem Wasser, also Meere und Ozeane, da die Marsatmosphäre relativ dicht war und sich dort genügend Treibhausgase befanden, wodurch die Temperaturen höher waren als heute [30, 31, 32, 33].
Das Stücke der Erde andere Himmelskörper getroffen haben, ist sehr wahrscheinlich. Denn umgekehrt wurden auf der Erde einige Meteoriten gefunden, welche von anderen Himmelskörpern des Sonnensystems, z. B. vom Mars, stammten [34, 35, 36].
Können Mikroorganismen einen Einschlag überleben, bei dem sie ins All geschleudert werden?
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das Fraunhofer Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut (EMI) haben Simulationen von Meteoriteneinschlägen durchgeführt. Aus den Ergebnissen kann man schlussfolgern, dass Organismen von der Erde einen Einschlag überleben können, welcher so heftig ist, dass irdisches Gestein samt der darin enthaltenen Organismen von der Erde getrennt und ins All geschleudert wird [37, 38].
Können Mikroorganismen einen Flug durchs All überleben?
Irdische Mikroben können im All überleben, und dass mindestens für mehrere Monate bis Jahre. Dies zeigten mehrere Experimente auf Raumstationen und Satelliten.
Auf der Internationalen Raumstation ISS wurden bei den Experimenten ADAPT und PROTECT Organismen und deren Dauerformen (z. B. Sporen) auf der Außenseite der ISS getestet.
Internationale Raumstation ISS, russisches Swesda-Modul, roter Pfeil: „Expose R“-Anlage. Dort können biologische oder chemische Proben angebracht und dem freien Weltraum ausgesetzt werden. Ähnliche Anlagen gab es auch am ISS-Modul Columbus der Europäischen Weltraumorganisation ESA. An den Anlagen können Daten aufgezeichnet werden, z. B. um während eines Versuchs die Summendosis der ionisierenden Strahlung und die UV-Strahlung zu messen.( Roskosmos, ESA, DLR-Institut für Planetenforschung, Bildrechte: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
Man testete Archaeen der Art Halococcus dombrowskii (die unter hohen Salzkonzentrationen lebt) und die Bakterien Anabaena cylindrica (welche Photosynthese betreiben) und Bacillus subtilis (Bodenbakterien, deren Sporen auf der Erde Austrocknung u. starke UV-Strahlung überleben).
Die Organismen u. Dauerformen wurden über 18 Monate verschiedenen Bedingungen ausgesetzt:
- Weltraum-Bedingungen mit Sonneneinstrahlung: Beinahe-Vakuum; kosmische Strahlung; und Temperaturen bis ca. -100 °C bis min. -156 °C wenn die ISS sich im Erdschatten befindet und von ca. 100 °C bis max. 121 °C wenn die ISS von der Sonne beschienen wird [39, 40]; und die extraterrestrische UV-Strahlung der Sonne.
- Weltraum-Bedingungen ohne Sonneneinstrahlung über 18 Monate: Wie oben, aber ohne die UV-Strahlung der Sonne.
- Simulierte Marsbedingungen über 18 Monate: Proben in geschlossen Behältern mit simulierter Marsatmosphäre (hauptsächlich Kohlenstoffdioxid bei Mars-ähnlichem Druck) und Marsstrahlung (UV-Filter reduzieren die UV-Strahlung auf Werte, die auf der Marsoberfläche gemessen wurden).
Nach den 18 Monaten erhielt man folgende Ergebnisse:
- Die UV-Strahlung der Sonne in Kombination mit Weltraumvakuum töteten Zellen und Sporen in der oberen Schicht der Proben ab. Wenn Zellen und Sporen in mehreren Schichten übereinander lagen, wurden in tieferen Schichten überlebende Zellen u. Sporen gefunden.
- Waren die Proben im Vakuum, aber nicht dem Sonnenlicht ausgesetzt, war die Überlebensrate höher. Hier überlebten auch 10 % der Mikroorganismen in der obstersten Schicht der Proben. Sporen, die von der UV-Strahlung der Sonne abgeschirmt waren, überlebten bis zu 10000-mal häufiger als Sporen, die der UV-Strahlung ausgesetzt waren.
- Unter simulierten Marsbedingungen (mit Marsatmosphäre) gab es die größten Überlebensraten. Hier überlebten deutlich mehr Organismen als bei den Proben, die dem Vakuum ausgesetzt waren. Dies zeigt, dass einige irdische Mikroorganismen auf dem Mars überleben könnten. [41]
ISS, Nahaufnahme der Anlage „Expose R“ am russischen Swesda-Modul, bestückt mit verschiedenen Organismen. .( ESA; IBMP Moskau; DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, Köln; Universität Erlangen, Bildrechte: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
Außerdem testete man auf der Außenseite der ISS bei den Experimenten R3D-E und SPORES Bakteriensporen von Bacillus subtilis und Pilzsporen über 22 Monate unter folgenden Bedingungen:
- Ungeschützt den Weltraumbedingungen und der UV-Strahlung der Sonne ausgesetzt.
- Ungeschützt den Weltraumbedingungen ausgesetzt, aber ohne UV-Strahlung.
- In bzw. unter Meteoritenmaterial eingebettet, im Vakuum, der UV-Strahlung der Sonne ausgesetzt.
- In bzw. unter Meteoritenmaterial eingebettet, im Vakuum, ohne UV-Strahlung.
- In simuliertem Marsboden in Einzelschicht oder in mehreren Lagen übereinander.
Die Ergebnisse dieser Tests waren folgende:
1.) Sporen von Bacillus subtilis, die der UV-Strahlung ausgesetzt waren, wurden an der Oberfläche komplett abgetötet. Wenn sie in mehreren Schichten übereinanderlagen, überlebten in den tieferen Schichten sehr wenige Sporen.
2.) Wenn sie vor der extraterrestrischen UV-Strahlung geschützt waren, überlebten ca. 50 % der Sporen von Bacillus subtilis und ca. 30 % der Pilzsporen.
3) bis 5): Im Vergleich zu den Sporen, welche dem Weltraum ungeschützt ausgesetzt waren, stieg die Überlebenswahrscheinlichkeit der Sporen etwa um das 10- bis 100‑fache an, wenn sie mit Meteoritenmaterial oder simuliertem Marsboden überdeckt waren.
Der Schutz durch Meteoritenmaterial oder simuliertem Marsmaterial erhöht die Wahrscheinlichkeit des Überlebens von Dauerformen von Mikroorganismen also deutlich [42].
Dies lässt sich damit erklären, dass Gestein einen Großteil der Stählung im All abhält. Schäden an der DNS der Mikroorganismen bzw. deren Dauerformen entstehen hauptsächlich durch ionisierende Strahlung und energiereiche elektromagnetische Strahlung. Strahlungen im Kosmos sind vor allem die UV-Strahlung von Sternen und die kosmische Strahlung.
UV-Strahlung wird schon durch eine dünne Gesteinsschicht von einigen mm bis wenigen cm abgehalten.
Die kosmische Strahlung besteht zum einen aus geladenen Teilchen, z. B. schnellen Helium𔂮-Atomkernen (Alpha-Strahlung), schwereren Ionen (z. B. Lithium, Beryllium, Bor, Eisen usw.), Elektronen (Beta-Strahlung) u. Protonen. Diese Teilchen haben in Materie eine relativ kurze Reichweite von einigen Millimetern bis Zentimetern.
Zum anderen gehören zur kosmischen Strahlung auch sehr energiereiche elektromagnetische Strahlungen wie Gammastrahlung und Röntgenstrahlung. Diese Strahlungen dringen tiefer in Materie ein. Gamma- u. Röntgenstrahlung mit hohen u. niedrigen Energien wird umso besser absorbiert, je höher die Protonenzahl in den Atomkernen der Elemente der Materie ist. Um z. B. Gamma-Strahlung mit einer Energie von 100 Mega-Elektronenvolt (MeV) auf ein Zehntel abzuschwächen, braucht man 40,6 cm Beton, 6,96 cm Eisen oder 2,03 cm Blei. Bei Gamma- u. Röntgenstrahlung mit mittleren Energien gibt es zwischen den Elementen nur wenig Unterschiede in der Absorption. Mehrere Meter Gestein oder Eis absorbieren einen Großteil der kosmischen Strahlung.
Man kann schlussfolgern, dass die Überlebensrate von Mikroorganismen in Meteoriten über längere Zeiträume steigt, je dicker die Schicht des Meteoritenmaterials zwischen den Mikroorganismen und dem freiem Weltraum ist. Da die kosmische Strahlung hochenergetische Gammastrahlung enthält, stiegen die Überlebenschancen auch, wenn das Meteoritenmaterial viele schwere Elemente (z. B. Metalle) enthält. [43, 44, 45]
Mars-Meteoriten landeten auf der Erde
![Marsmeteorit EETA79001 in Querschnitt. Dieser Meteorit wurde 1979 in Antarktika in der Region Viktorialand gefunden. Er besteht aus Basalt-Gestein mit dunklen Stellen aus ehemals geschmolzenem Glas, welches Spuren von Gasen der Marsatmosphäre enthält [46]. Der Würfel links unten ist 1 cm3 groß.( Urheber: NASA, USA. Public domain)](https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/files/2018/09/06_Marsmeteorit_EETA79001.jpg)
Marsmeteorit EETA79001 in Querschnitt. Dieser Meteorit wurde 1979 in Antarktika in der Region Viktorialand gefunden. Er besteht aus Basalt-Gestein mit dunklen Stellen aus ehemals geschmolzenem Glas, welches Spuren von Gasen der Marsatmosphäre enthält [46]. Der Würfel links unten ist 1 cm3 groß.( Urheber: NASA, USA. Public domain)
Auf der Erde findet man auch Meteoriten, die vom Mars stammen. Untersuchungen zeigten, dass ein Großteil der Materie dieser Mars-Meteoriten nie über 100 °C erhitzt wurde.
Mars-Meteoriten lagen meist schon längere Zeit auf o. unter der Erdoberfläche. Das heißt, selbst wenn man in einem solchen Meteoriten Lebewesen oder Spuren davon findet, kann man nicht sicher sein, dass diese nicht durch Kontamination von außen (z. B. durch Sickerwasser, das in feine Spalten eindringt) hineingelangt sein könnten. [47]
Höchstwahrscheinlich gibt es auch Meteoriten von der Erde auf dem Mars. Bisher wurden zwar noch keine gefunden, aber die Marssonden haben bisher nur einen winzigen Teil der Marsoberfläche und des Marsbodens genauer untersucht.
Können Mikroorganismen in einem Meteoriten den Weg durch die Atmosphäre und den Einschlag überleben?
Auf der Erde gefundene Meteoriten und Meteoritenbruchstücke wurden nur an der Oberfläche erhitzt und geschmolzen. Schon ab nur 1 cm Tiefe unter der Oberfläche wird das Meteoritenmaterial kaum erhitzt, so dass Mikroorganismen überleben würden.
Da heißt, Mikroorganismen im Inneren eines Meteoriten können den Durchtritt ihres Meteoriten durch die Atmosphäre und den Einschlag auf der Oberfläche überleben, solange der Meteorit größer als wenige cm ist und solange er kompakt genug ist, so dass er nicht in der Atmosphäre in zahlreiche zu kleine Stücke zerfällt. [48, 49, 50]
Schlussfolgerungen für unser Sonnensystem und das übrige Weltall:
Die Erde könnte andere Himmelkörper mit Leben „angesteckt“ haben, z. B. Venus, Mars, größere Jupitermonde (Wasserozean unter dem Eis von Europa ähnelt vermutlich salzigen Seen unter Gletschern auf der Erde), größere Saturnmonde (z. B. Titan, Enceladus) usw.
Vor kurzem wurde flüssiges (wahrscheinlich salzhaltiges) Wasser in ca. 1,5 km Tiefe unter der südlichen Polarkappe des Mars entdeckt [51]. Hier könnten Lebewesen bis heute überlebt haben.
Material von belebten Planeten könnte aber auch außerhalb ihres Heimat-Sternsystems gelangen.
Auch in unserem Sonnensystem tauchen ab und zu interstellare Objekte auf, wie z. B. 'Oumuamua (1I/2017 U1) im Jahr 2017.
Bis jetzt ist unbekannt, ob Mikroorganismen in einem Asteroiden oder Meteoroiden eine Reisedauer über viele 10000 Jahre bis mehrere Millionen Jahre von einem Planetensystem zu den Planetensystemen nahegelegener Sterne überleben können.
Die meiste Zeit gab es nur Mikroorganismen auf der Erde
Die meiste Zeit der Geschichte des Lebens auf der Erde gab es nur Mikroorganismen. Höhere, vielzellige Organismen traten erst viel später auf, vor ca. 600 bis 570 Millionen Jahren [52, 53]. Eine Zivilisation, welche Raumfahrt betreibt, gibt es auf der Erde sogar erst seit rund 6 Jahrzehnten (unbemannt seit 1957: Sputnik 1; bemannt seit 1961: Wostok𔂫 mit Juri Gagarin).
Daraus kann man folgende Hypothesen für Leben im All aufstellen:
1.) Wenn auf anderen Himmelskörpern Leben entstanden ist, wird es die meiste Zeit nur Mikroorganismen geben. Wenn die Umweltbedingungen über längere Zeiträume relativ extrem sind, ist es wahrscheinlich, dass sich dort nie kompliziert gebaute größere (vielzellige) Organismen entwickeln.
2.) In der Frühzeit von Planetensystemen gibt es die meisten Meteoriten- u. Kometen-Einschläge. Zu diesem Zeitpunkt ist es wahrscheinlich, dass es auf belebten Himmelskörpern nur Mikroorganismen gibt, die ins All befördert werden.
3.) Selbst wenn es später zum Zeitpunkt eines Einschlags außer Mikroorganismen schon größere vielzellige Organismen gibt, ist es weitaus wahrscheinlicher, dass nur Mikroorganismen einen Flug durchs All per Asteroid o. Meteoriod überleben.
Wie können wir außerirdische Mikroorganismen nachweisen?
Außerirdische Lebewesen ließen sich relativ leicht anhand ihrer chemischen Zusammensetzung identifizieren.
In allen irdischen Organismen kommen gemeinsame Moleküle vor, z. B. die Nukleinsäuren DNS und RNS und Proteine. Die Erbsubstanz DNS besteht bei allen Lebewesen aus den gleichen Molekülbausteinen, nämlich dem Zucker Desoxyribose, Phosphatgruppen, und den 4 organischen Basen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Um die Information der DNS in Proteine zu übersetzten, benötigen alle Lebewesen Ribonukleinsäure (RNS, im Englischen RNA für ribonucleic acid), welche ebenfalls bei allen Lebewesen aus den gleichen Molekülbausteinen besteht: dem Zucker Ribose, Phosphatgruppen, und den 4 organischen Basen Adenin, Cytosin, Guanin und Uracil.
Der genetische Code irdischer Lebewesen dargestellt als „Code-Sonne“: Vom Mittelpunkt des Kreises nach außen gelesen codieren je 3 Basen der mRNA (A…Adenin, C…Cytosin, G…Guanin, U…Uracil) für je eine Aminosäure (Abkürzungen für die Aminosäuren im Dreibuchstabencode und im Einbuchstabencode) oder beenden die Proteinbildung („Stop“). Die Basengruppe AUG codiert für den Start eines Proteins mit der Aminosäure Methionin (Dreibuchstabencode: Met, Einbuchstabencode: M). Die Basengruppen UAA, UAG und UGA beenden die Bildung des Proteins („Stop“). ( Urheber: Mouagip. Bildrechte: gemeinfrei)
Alle Lebewesen auf der Erde haben den gleichen genetischen Code. Das heißt, in den Genen der DNS bestimmen je 3 aufeinanderfolgende Basen, welche Aminosäure in ein Protein eingebaut werden soll. Die Verschlüsselung, welche Basen-Dreiergruppe welche Aminosäure bestimmt, ist bei allen irdischen Lebewesen gleich (nur bei einigen Lebewesen gibt es ein paar Ausnahmen bei wenigen Basengruppen). Auch die Basen-Dreiergruppen, die anzeigen, wo ein Gen beginnt und wo es endet, sind bei allen Lebewesen auf der Erde gleich (nur bei einigen Organismen gibt es bei 1 -2 Basen-Dreiergruppen Ausnahmen).
Um die Information der DNS in Proteine zu übertragen, verwenden alle irdischen Lebewesen RNS. Ein Gen auf der DNA wird in eine Boten-RNS (englisch mRNA für messenger ribonucleic acid) umgeschrieben. Auch diese hat einen Code, der für alle Erd-Lebewesen gleich ist (nur bei einigen Organsimen gibt es Ausnahmen bei wenigen Basen-Dreiergruppen) [54].
Der genetische Code verschlüsselt 20 sogenannte proteinogene Aminosäuren, aus denen die Proteine aufgebaut werden (bei einigen Organismen kommen zusätzlich noch Selenocystein bzw. Pyrrolysin als proteinogene Aminosäuren vor). Das heißt, bei allen irdischen Lebewesen kann man überall die gleichen 20 – 22 verschiedenen Aminosäuren in den Proteinen finden.
Die 20 Aminosäuren, welche standardmäßig durch den genetischen Code verschlüsselt werden und in den Proteinen aller irdischen Organismen vorkommen. Diese proteinogenen Aminosäuren sind nach ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften gruppiert. Die Abkürzungen in Klammern sind die Dreibuchstaben- und Einbuchstabencodes für proteinogene Aminosäuren. (verändert nach: Urheber: Sponk. Bildrechte: gemeinfrei)
Außerirdische Lebensformen, die unabhängig von den Organismen auf der Erde entstanden sind, werden sich mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit deutlich in ihrer chemischen Zusammensetzung von allen irdischen Lebewesen unterscheiden. Vielleicht ist bei außerirdischen Organismen die Erbsubstanz komplett anders aufgebaut. Der genetische Code wird mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit anders sein. Außerirdische Lebewesen haben vielleicht gar keine Proteine. Falls sie doch Proteine haben sollten, enthalten diese wahrscheinlich auch Aminosäuren, welche nicht in Proteinen von irdischen Lebewesen vorkommen. Denn es sind insgesamt über 400 Aminosäuren bekannt, die in der Natur vorkommen, aber nicht in Proteinen irdischer Lebewesen [55, 56].
Wenn also Lebensformen gefunden werden, kann man durch Untersuchungen ihrer chemischen Zusammensetzung herausfinden, ob es sich um außerirdisches Leben handelt.
Aber was wäre z. B., wenn Mikroorganismen in der Frühzeit der Erde auf den Mars oder andere Himmelskörper gelangt sind und sich seitdem dort weiterentwickelt haben?
Diese Lebewesen außerhalb der Erde hätten dann auch DNS und den gleichen (oder sehr ähnlichen) genetischen Code wie die irdischen Lebewesen, und sie hätten auch Proteine.
Doch wir könnten sie trotzdem von den irdischen unterschieden: Denn je länger Lebewesen räumlich isoliert sind und je unterschiedlicher die Umweltbedingungen in ihren Lebensräumen sind, desto mehr entwickeln sie sich im Laufe der Zeit auseinander (schon einige 100 bis 10000 Jahre können ausreichen, dass sie sich in neue Arten entwickeln).
Wenn Mars-Lebewesen mehrere Milliarden Jahre oder viele Millionen Jahre von den Lebewesen auf der Erde getrennt waren, müssten sich die Mars-Organismen deutlich von denen der Erde unterscheiden. Die DNS-Sequenz, also die Reihenfolge der Basen der gesamten DNS, die man in den Mars-Organismen findet, würde höchstwahrscheinlich so einzigartig sein, dass sie auf der Erde nirgendwo vorkommt. Auch wäre es eher unwahrscheinlich, auf der Erde Lebewesen zu finden, deren DNS-Sequenz zumindest sehr ähnlich ist. Von der Erde auf den Mars „ausgewanderte“ Organismen, die schon (sehr) lange auf dem Mars leben, müssten auch Proteine entwickelt haben, die ihnen helfen, sich besser an die Mars-typischen Umweltbedingungen (z. B. dünne Atmosphäre mit höherer Kohlendioxid-Konzentration, niedrigere Temperaturen) anzupassen. Es müsste daher auch Proteine geben, die einzigartig sind und die man in irdischen Lebewesen nicht findet.
Beim Vergleich der DNS und der Proteine der Marsbewohner mit denen der Erdbewohner würde man auf der Erde evtl. einige sehr entfernte Verwandte der Mars-Organismen finden.
Es könnte aber auch sein, dass die Gruppe der Lebewesen, von denen die Mars-Organismen abstammen, auf der Erde später komplett ausgestorben ist. Denn nach Schätzungen (anhand der als Fossilen bekannten Arten) sind ca. 99,9 % der Arten, die jemals auf der Erde gelebt haben, ausgestorben. Während der Erdgeschichte gab es mehrere Massenaussterben, bei denen größere Gruppen verwandter Lebewesen ausgelöscht wurden [57, 58, 59].
Lebewesen, welche erst vor kurzem von der Erde auf andere Himmelskörper gelangt sind, würden sich kaum unterscheiden. Bei Mikroorganismen, die erst vor kurzem z. B. von der Erde auf den Mars oder andere Himmelskörper gelangt sind, wäre die DNS-Sequenz sehr ähnlich oder sogar identisch zu einigen heute auf der Erde lebenden Organismen.
In den ersten Jahrzehnten der unbemannten Missionen zum Mars ging man davon aus, dass der Mars unbelebt ist. Mehrere Marssonden, die in diesem Zeitraum auf dem Mars gelandet oder dort abgestürzt sind, wurden vor ihrem Start nicht sterilisiert.
Heute werden Raumsonden vor dem Start gründlich sterilisiert, um eine Kontamination von anderen Himmelskörpern zu verhindern [60, 61, 62].
Müssen wir heute Angst vor einer Alien-Invasion – z. B. durch Mikroorganismen – haben?
Im Science-Fiction-Komödienfilm „Evolution“ (von 2001) stürzt ein Meteorit, welcher außerirdische Mikroorganismen enthält, auf die Erde. Einige der außerirdischen Einzeller mutieren schnell zu mehrzelligen und größeren Organismen, welche im Schnelldurchlauf eine Evolution durchmachen und Menschen angreifen. Doch diese Handlung ist zum Glück komplett unrealistisch.
Erstens ist unsere Erde schon dicht mit irdischen Lebewesen und Viren besiedelt. Auf der Erde neu eintreffende außerirdische Lebewesen sind den irdischen Viren, Mikroorganismen u. Parasiten noch nie begegnet und konnten daher keine Abwehrkräfte entwickeln. Daher würden außerirdische Lebewesen höchstwahrscheinlich schnell an Krankheiten zugrunde gehen, die durch Erreger verursacht werden, von denen die meisten für uns Menschen und die Tiere völlig harmlos sind.
Raumfahrende Außerirdische bräuchten auf der Erde mit hoher Wahrscheinlichkeit Schutzeinrichtungen der höchsten Biologischen Sicherheitsstufe 4 (also Schutzanzüge, virendichte Luftfilter usw.), wenn sie dort überleben wollten.
Umgekehrt bräuchten auch Menschen, die einem (potentiell) durch außerirdische Lebewesen bewohnten Himmelskörper betreten, solche Schutzeinrichtungen.
Zweitens sind auf der Erde auch kaum ökologische Nischen frei, die neue Organismen besetzen könnten. Fast alle irdischen Lebensräume sind dicht besiedelt, jedenfalls mit Mikroorganismen. Irdische Organismen sind in der Regel auch sehr gut an die Umweltbedingungen in ihrem Lebensraum angepasst. Außerirdische Organismen sind an die Bedingungen ihrer heimatlichen Umwelt angepasst, welche sich wahrscheinlich von denen der Erde unterscheiden. Wenn außerirdische Lebewesen neu auf der Erde eintreffen, wären sie mit großer Wahrscheinlichkeit schlechter an die hiesigen Bedingungen angepasst. Dadurch hätten sei einen Nachteil im Wettbewerb mit irdischen Lebewesen um den gleichen Lebensraum.
Drittens ist eine sehr schnelle Evolution von Lebewesen unwahrscheinlich, wenn man davon ausgeht, wie langsam sich auf das Leben auf der Erde entwickelt hat. So dauerte es z. B. nach der Entstehung der ersten Mikroorganismen ca. 3,53 – 3,1 Milliarden Jahre bis zur Entwicklung größerer vielzelliger Tiere. Die ersten zeitweise an Land lebenden Wirbeltiere gab es im Devon vor ca. 416 – 359 Millionen Jahren [63, 64, 65, 66]. Die ersten Säugetiere erschienen erst in der oberen Trias bis zum mittleren Jura vor ca. 235 – 170 Millionen Jahren. Die ältesten bekannten Primaten-Fossilen sind ca. 55 Millionen Jahre alt, die ersten Menschenaffen gab es vor ca. 18 – 15 Millionen Jahren [67]. Die Gattung des Menschen (Homo) erschien erst vor ca. 2,5 – 2 Millionen Jahren [68] und die heutige Menschenart Homo sapiens entwickelte sich vor ca. 300000 Jahren [69, 70, 71].
Auch die Bildung neuer Arten dauert auf der Erde relativ lange, bei einfachen Organismen meist min. einige 100 bis 1000 Jahre, bei größeren Organismen oft mehrere 10000 bis Millionen Jahre. dauert die vollständige Trennung zweier neu entstandener Arten bei Säugetieren mit mittlerer Größe meist min. 1,4 Millionen Jahre [72].
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