Wichtig ist hier auch der vollständige Titel der ursprünglichen Publikation: „Search for past life on Mars: possible relic biogenic activity in martian meteorite ALH84001“. „possible […] biogenic activity“ heisst „mögliche […] biogene Aktivität“. Plakative Überschriften zu Reizthemen sind ein unter Wissenschaftlern nicht selten durchgeführter Kunstgriff, um eine Publikation ins Licht der Öffentlichkeit zu schubsen.

Eine spezielle Form diese Suche nach Leben ist das SETI-Projekt: SETI-Forscher horchen ins Weltall, um von extraterrestrischen Lebewesen erzeugten Lärm aufzuspüren. Genauer gesagt, suchen sie im
Radiobereich des elektromagnetischen Spektrums nach möglichen Anzeichen und Signalen technischer Zivilisationen.

Die „Goldilocks-Zone“

Die Goldilocks-Zone (oder Green Belt) ist die sogenannte habitable Zone um eine Sonne herum.
Die dort kreisenden Planeten bzw. Monde sind weit genug weg, um flüssiges Wasser zu haben. Näher an der Sonne würde das Wasser verdampfen, weiter weg würde es gefrieren.
Das ist allerdings zu einschränkend gedacht.
Leben könnte nämlich auch außerhalb des Green Belts existieren – wenn der Planet oder Mond eine Schutzschicht gegen Hitze, Kälte oder Strahlung hat. Darum sind heute die Jupiter-Monde ein lohnenswertes Forschungsziel. Der Mond Europa beherbergt unter einem dicken Eispanzer einen flüssigen Salzwasserozean, Callisto und Ganymed möglicherweise auch. Europa ist zurzeit mein Favorit als möglicher Ort außerirdischen Lebens, ich halte dazu regelmäßig Vorträge.

Wie könnten außerirdische Lebensformen aussehen?

Die meisten Astrobiologen sind gar nicht der Meinung, dass außerirdisches Leben aussehen sollte, wie das, was auf der Erde herumkreucht und fleucht.
Sie halten das sogar meist für recht unrealistisch.
Stattdessen gucken sie auf der Erde in immer neuen extremen Lebensräumen nach und finden in den scheinbar lebensfeindlichsten Ökosystemen blühende Kolonien von meist einzelligen Organismen. Diese extremen Ökosysteme sind sehr heiß, stehen unter Druck, sind lichtarm oder lichtlos, extrem kalt oder extrem heiß und geben einen Einblick in ökologische Nischen, wie es sie vielleicht in der frühen Geschichte des Lebens gegeben haben könnte. Die dort existierenden Lebensformen heißen Extremophile. Sie leben in Habitaten, die vor 50 Jahren kein Mensch für bewohnbar gehalten hätte: In der Tiefsee, in Erdöl, in heißen Schwefelquellen, unter Eis und an vielen anderen scheinbar lebensunfreundlichen Stellen.

Vor einigen Jahren hatte ich den Astrobiologen Dale Andersen interviewt: Er forscht und taucht in extrem kalten Ökosystemen wie in antarktischen Seen und hatte wirklich Spannendes zu erzählen: Von kegelförmigen Bakterien-Hochhäusern, die in einem alkalischen, eiskalten See wachsen.

Das Haupt-Problem dieser basalen Lebensformen ist, dass sie absolut nicht sexy sind.
Nicht photogen und darum schwer verkäuflich. Darum tun viele Wissenschaftler gern so, als ob sie nach so richtigen Aliens suchen, die mindestens so photogen sind wie die Borg-Queen.
Oder wenigstens wie ein Twi`lek.

Der Beginn des Lebens auf der Erde

Fest steht: Die Entwicklung vom Einzeller zum Mehrzeller braucht Zeit.
Die Erde ist ca 4,5 Mrd Jahre alt.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Banded_Iron_Formation_Barberton.jpg

Wikipedia: Banded Iron Formation

Erste Bakterien sind fossil nachgewiesen und sind 3,8 Mrd Jahre alt.
Z. B. BIFs – Banded Iron Formations.
Und die entstehen so: Bakterien leben gern in Kolonien und bilden dann auf Gesteinen regelrechte Matten (bacterial mat). Auf diesen Matten fangen sich z. B. Metalle. Wenn die Bakterien absterben, bleiben die Metalle erhalten. In Sedimentgesteinen können die Eisenpartikel dann regelrechte rote Bänder bilden.

Rezente Stromatolithe in Shark Bay, Australia

An anderen Stellen der Erde können auch die Bakterienrasen selbst fossilisieren.
Uralte fossile Bakterienrasen sind Stromatolithe (Blaualgen-Ablagerungen), die ältesten unter ihnen sind in Australien und werden auf ca 3,5 Milliarden Jahre datiert.

Wichtig: Die Interpretation dieser sehr alten Strukturen als Lebensspuren ist nicht unumstritten. Sie werden immer mal wieder auch als nicht biogen entstanden betrachtet. Im Moment ist die herrschende Meinung so, dass sie Bakterienspuren sind.

Nach der Entstehung von Bakterien hat es dann ziemlich lange gedauert, bis etwas mehr passierte.
Die ältesten Nachweise für mehrzellige Organismen kommen aus dem späten Präkambrium. Diese ältesten mehrzelligen Lebewesen sind wahrscheinlich um 599 Mio Jahre alt – sie sind in Ediacara in Australien gefunden worden.

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Kommentare (46)

  1. #1 miesepeter3
    25. September 2014

    @Bettina Wurche

    Es wird immer nach ausserirdischen Lebewesen gesucht, die nach menschlichen Vorstellungen bzw. irdischen “Naturgesetzen” möglich sind. Was, wenn es Naturgesetze gibt, die wir noch gar nicht kennen, nach denen es Lebewesen gibt, die wir uns gar nicht vorstellen können? Ich glaube der Schock wäre beim Aufeinandertreffen wesentlich größer, als wenn wir dinoähnliche Intelligenzen oder sowas träfen. Ob mit denen, die wir uns nicht vorstellen können, überhaupt eine Kommunikation möglich wäre? Vielleicht erkennen wir die gar nicht als Lebewesen. Möglicherweise leben sie schon ewig auf der Erde neben uns her und wir merken es nicht. Der Phantasie sind keine Grenzen gesetzt.

    • #2 Bettina Wurche
      25. September 2014

      Da hat Thorsten Dambeck doch gerade noch was Passendes dazu geschrieben:
      Also doch Aminosäuren in Meteoriten!
      https://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/interstellarer-raum-astronomen-entdecken-organische-substanz-a-993817.html
      Ich bin ja auch schon sehr gespannt, wie es mit 67/P Tschurimov-Gerasimenko weitergeht – vielleicht ist da ja auch noch was Spannendes dabei!

      @ Miesepeter: Das habe ich auch so geschrieben: “Eine wichtige Grundbedingung dafür ist, dass die Wissenschaftler mit absolut offenen Augen und offenem Geist vorgehen müssen. Forschung geschieht immer irgendwie aus der anthropozentrischen Perspektive – und man sollte sehr aufpassen, damit man wirklich nichts übersieht.” rolak:

      @ rolak: Danke für den Literaturtipp! Das muss ich auftreiben : )
      Ja, da gibt es soooo spannende Vorstellungen.
      Ein Bekleckern als Erstkontakt wäre eine wunderbare Story – lol.
      Solange werde ich mit dem Twi´lek vorlieb nehmen.

  2. #3 rolak
    25. September 2014

    wenigstens wie ein Twi`lek

    (Nicht nur) Für ein buntes Spektrum an ziemlich exotischen Lebensformen empfiehlt sich ein Blick in Baxters Xeelee-Zyklus. Im Moment wohl am ehesten als eBook, noch wahrscheinlicher im Original zu erhalten.
    Die letzten mir gut gefallenden bildlichen Aliens waren die Schatten in Babylon5.

    Ich wage kaumzu hoffen

    Sagen wir mal so: Ich bin mir zwar ebenfalls ungemein sicher, daß höherer Erstkontakt¹ nicht mehr binnen menes Lebens erfolgen wird, dennoch halte ich das Hoffen darauf nicht für ein Wagnis und erlebe es auch nicht so, die Phantasien zum zukünftigen Geschehen sind erfüllend bis irritierend.
    Ein winziges extraterrestrisches Zellkultürchen würde selbstverständlich ausreichen, das Prinzip Leben wäre auf einen Schlag nicht mehr erdgebunden.
    ________

    Was, wenn es Naturgesetze gibt, die wir noch gar nicht kennen

    Was, wenn uns morgen der Himmel auf den Kopf fällt?

    _____
    ¹ Kontakt kann ja auch Bekleckern sein, wäre also für Alienbakterien ebenfalls passend 😉

  3. #4 Alderamin
    25. September 2014

    @Bettina

    Toller Artikel, vielen Dank.

    In einem Meteoriten sind Aminosäuren entdeckt worden, nachdem der Brocken auf über 1100 ° C erhitzt worden war. Da habe ich ganz spontan echte Probleme, nicht an eine Kontamination nach der Erhitzung zu denken.

    Dagegen spricht aber die Gleichverteilung der Händigkeiten der Moleküle, wie im Link beschrieben. Aminosäuren im All sind doch m.W.n. schon in interstellaren Staubwolken nachgewiesen worden (plus eine Menge anderer organischer Moleküle wie Ameisensäure) – an sich nichts ungewöhnliches. Wie ich den Link verstanden habe, wird hier lediglich eine neue Entstehungsweise vorgeschlagen – beim Abkühlen eines Meteoroiden. Und nicht durch UV-Licht eines Sterns auf der Oberfläche von Staubkörnern, wie bisher gedacht.

    Europa ist zurzeit mein Favorit als möglicher Ort außerirdischen Lebens, ich halte dazu regelmäßig Vorträge

    Da wäre ich sehr gerne mal dabei, wenn einer irgendwo in der Kölner Gegend stattfände…
    Der sachkundige Kommentator Hoffmann hat bei Florian mal erläutert, warum er es für absolut notwendig hält, dass es eine Gezeitenzone gibt, in der sich Moleküle konzentrieren können und daher nicht an Leben auf der Europa glaubt (diese Stelle genau finde ich derzeit leider nicht, aber war im Gespräch mit mir). Wie siehst Du das?

    • #5 Bettina Wurche
      26. September 2014

      @ Alderamin:
      zu den Aminosäuren: Mein Einwand war überholt. (s. auch Thorstens Beitrag)

      zum Vortrag:
      Normalerweise werde ich von Sternwarten, Naturwissenschaftlichen Vereinen, SF-Clubs oder -Cons oder besonderen Astro-Events eingeladen. Aber nach Köln habe ich überhaupt keine Connections. Darum ist da im Moment auch nichts geplant, sorry.

      Gezeitenzone: Ich gucke mir die Kommentare mal an.

  4. #6 DasKleineTeilchen
    25. September 2014

    @Alderamin: waren die mikrokänale in wassereis (in denen wasser eben fluid ist) nicht mal als “alternative” zur gezeitenzone angedacht? ansonsten reicht doch ne strömung und ne mulde, um moleküle zu sammeln, oder?

    ah, ok, “perodisches austrocknen”. keine gezeiten, kein entstehen von leben, naja, kommt mir büschn zu sehr von eben dem leben wie wir es kennen abgeleitet vor.

    • #7 Bettina Wurche
      26. September 2014

      Zu den Gezeiten:
      Mir ist nicht bekannt, ob periodisches Austrocknen wirklich unbedingt eine Vorbedingung für die entsprechenden biochemischen Prozessen sein muss. Ich suche mal nach Hoffmanns Kommentar, danke fürden Tipp. Allerdings würde ich auch immer in Grenzzonen – und Gezeitenzonen sind solche Grenzzonen zwischen zwei Elementen- nach Spuren suchen.

      Auf Europa werden starke Gezeitenkräfte angenommen. Durch die Anziehungskraft des Jupiter wird der Mond regelmäßig duchgewalkt, der Gesteinskern soll dadurch tektonisch sehr aktiv sein -> Plattentektonik. Magmatische Eruptionen bringen viel Hitze nach oben in Richtung Eisschild, so dass ein tiefer, mondumspannender Salzwasserozean angenommen wird. Die roten Bänder auf der Oberfläche sollen u. a. als Eisen- und Schwefelablagerungen enthalten.
      https://www.astrobio.net/news-exclusive/unmasking-europa/

      Unter diesen Bedingungen sollten auf Europa erhebliche Gezeitenkräfte am Werk sein. Der Eispanzer wird von Rissen und Gräben durchzogen, die Tiden heben und senken den Ozean und zerbrechen dabei immer wieder die Eiskruste. Es sind also sehr wohl Gezeitenzonen zu erwarten, auch Grenzgebiete zwischen Ozean, Eis und den darüber liegenden Schichten.
      Das wäre wohl mal einen eigenen Beitrag wert : )
      Aus dem gleichen Grund könnten auch Mikrokanäle im Eis sein. Oder noch ganz andere Strukturen.
      Im Moment nehmen wir für Europa als Vergleich die Meereis-Systeme in der Antarktis, aus Mangel an anderen Vergleichen.

  5. #8 DasKleineTeilchen
    25. September 2014

    okok, hoffmann ist *sehr* kundig…trotzdem, ist mir irgendwie zu kurz gedacht…und *eigentlich* gings ja explizit um die bedingungen auf titan.

  6. #9 Alderamin
    25. September 2014

    @DasKleineTeilchen

    Wie gesagt, ich hatte mit Hoffmann auch mal über Europa gesprochen, und da meinte er ähnliches wie in dem Titan-Post.

    keine gezeiten, kein entstehen von leben, naja, kommt mir büschn zu sehr von eben dem leben wie wir es kennen abgeleitet vor.

    Vielleicht, aber mangels weiterer Datenpunkte kann man auch so wahrscheinlichkeitsmäßig argumentieren: Die Sonne ist kein besonders häufiger Stern, nur etwa 10% der Sterne sind mit ihr vergleichbar. Im Sonnensystem gibt es keinen Planeten, der einen annähernd so großen Mond hat, wie die Erde (ok, der Zwergplanet Pluto…). Dass mindestens diese beiden eher weniger häufigen Gegebenheiten ausgerechnet bei uns zu finden sind, spricht dafür, dass sie für unsere Entstehung notwendig waren. Denn wenn 3/4 aller Sterne M-Zwerge sind, wäre es doch wahrscheinlicher, wenn wir einen solchen umkreisen würden – es sei denn M-Zwerge sind für die Entstehung und Entwicklung von höherem Leben nicht besonders geeignet. Dito für den Mond.

    Nun sind wir ja höher entwickeltes Leben, das auf Europa eher nicht zu erwarten ist (mangels Sauerstoff), vielleicht sind die Anforderungen für Leben an sich ja viel geringer.

    Ich kann mir jedenfalls gut vorstellen, dass es in der Tiefe von Europa vulkanische Quellen gibt, denn sie wird durch Gezeitenreibung warm gehalten. Auf Io führt der gleiche Mechanismus zu offenem Vulkanismus an der Oberfläche.

    Das Tolle bei der Europa ist, dass man neulich Hinweise auf Plattentektonik auf ihr gefunden hat, d.h. es kommen Stoffe von der Oberfläche in die Tiefe, aber auch aus der Tiefe an die Oberfläche. Um Bakterien auf Europa nachzuweisen, bräuchte man also nicht, wie früher gedacht, einen Roboter unter dutzende Kilometer dickes Eis zu bringen, sondern nur an der richtigen Stelle im Oberflächeneis herumzukratzen, da müssten biologische Spuren zu finden sein, wenn das Leben im Wasser unter dem Eis einigermaßen verbreitet wäre.

    Im Moment ist leider kein Europa-Lander konkret geplant. Und erst recht keine Probenrückholung zur Erde. Aber mal schauen, 30 bis 35 Jahre traue ich mir noch zu, vielleicht geht da noch was.

    • #10 Bettina Wurche
      26. September 2014

      @ Alderamin:
      Mit der Abhängigkeit vom Sauerstoff bin ich mir nicht so sicher. Auch Schwefel ist ein guter Energieträger. Und es gibt genügend Organismen, die sich einen Pool Schwefelbakterien zulegen und daraus Energie ziehen. Für unseren Säuger-Energie-Verbrauch würde das nicht reichen. Aber auch höher organsisiertes Leben wäre mit einem viel geringeren Stoffwechsel denkbar – es wäre dann eben langsamer.

      Zur Beprobung von Europa:
      Im Moment ist JUICE (ESA) die einzig geplante Mission zu den Jupitermonden und ausgerechnet an Europa ist sehr wenig Erkundung vorgesehen. GRRRRRRRRRRRR.
      Allerdings hoffen wir alle darauf, dass ein Durchflug der Sonde durch eine der Wasserfontänen, die ja gerade entdeckt wurden, möglich wird. Dann könnte eine direkte Probennahme möglich werden. Echt schade, die Sache mit JIMO und Cryobot/Hydrobot hätte mich schon gereizt. Aber die ist ja gestrichen worden. JUICE ist jedenfalls verabschiedet, sie soll 2022 starten und 2030 beim Jupiter sein.

  7. #11 Alderamin
    26. September 2014

    @Bettina

    Danke für die Antworten.

    Es gibt ein paar Vorschläge für weitere Sonden zum Jupitersystem. Die Amerikaner diskutieren unter anderem auch einen Lander. Die benötigen eine derartige Mission schon alleine, um die SLS häufiger einsetzen zu können, weil diese mindestens einmal im Jahr fliegen soll, um wirtschaftlich zu sein (man muss ja auch das ganze Personal bezahlen, das die Rakete betreut). Alleine mit bemannten Flügen wird man nur auf einen Flug alle zwei Jahre kommen.

    Die Russen planen einen Lander, aber leider für Ganymed, wohl weil es leichter wäre (da hallt mir noch Kennedy im Ohr: “We chose to go the Moon and do the other things, not because they are easy, but because they are hard.”) Na ja, wenn die ihr Zuverlässigkeitsproblem nicht in den Griff kriegen, wird das nicht viel werden, ich traue denen derzeit nichts zu. Russland hat seit seiner Gründung nach dem Fall des eisernen Vorhangs noch keine einzige Deep-Space-Mission hingebracht.

    Bzgl. Deiner Vorträge: kündige die doch einfach hier an, jedenfalls wenn diese öffentlich sind, so wie Florian das macht. Vielleicht ergibt sich ja irgendwann mal eine Gelegenheit hier in der Gegend. Bei Florian war ich schon zweimal.

    • #12 Bettina Wurche
      26. September 2014

      @ Alderamin: Danke, die Missionen kannte ich noch gar nicht.

      Ob die Russen etwas auf die Reihe bekommen, darf man skeptisch betrachten. Die haben ihr Knowhow ziemlich eingebüsst. Durch die katastrophale wirtschaftliche Lage laufen denen die Ingenieure weg, die können woanders mehr Geld verdienen. Ich habe da einige interne Informationen aus ESA-Kreisen, die die derzeitige russische Raumfahrt-kapazität etwas suboptimal einschätzen. Hast Du ja auch genauso schon geschrieben.

      Zu den Vortragsankündigungen: das ist eine gute Idee, mache ich zukünftig. Nur Köln sieht echt schlecht aus. Ich bin superstolz, dass die ESOC mich zum Vortrag eingeladen hat, der ist leider nicht öffentlich. Wir haben das im SciFi-Verein organisiert.
      Aber, wie gesagt, Köln sieht schlecht aus.

  8. #13 Gerhard
    26. September 2014

    Der allgemeine Konsens scheint ja heute zu sein, daß das Leben auf der Erde relativ leicht entstanden ist. Und es hat alle “Unbill” der Entwicklungen auf der Erde überstanden, was für die Robustheit des Lebens spricht..

    Meine Frage ist in diesem Zusammenhang eine eher seltsame: Hat sich eigentlich der Hintergrund der Frage nach ausserirdischen Lebewesen im Laufe der Jahrzehnte gewandelt?
    War der Ausgang der Fragestellung einst der Zweifel, daß Leben “einfach so” entstehen kann? Und was sind heute die Fragen bzw das Forschungsinteresse?
    Dazu würde ich gerne etwas wissen!

    • #14 Bettina Wurche
      26. September 2014

      @ Gerhard: Ich glaube nicht, dass es einen Konsens dazu gibt, Leben sei auf der Erde “relativ leicht” entstanden. Da müssen schon sehr viele wichtige Grundbedingungen zusammengekommen sein.
      Und dann ist das Leben bzw. große Gruppen von Oranganismen immer wieder komplett ausgestorben. Es gab grausame Eiszeiten, Vulkanausbruchspeaks und massive chemische Veränderungen in den Ozeanen und in der Atmosphäre. Ja, insgesamt war da immer irgendetwas ein richtiges “tough cookie”.

      Die Entwicklung der Astrobiologie: (echt gute Frage!):
      Vor der Mondlandung hatte man zunächst einmal auch Angst.Dass die Astronauten auf etwas treffen könnten, was nicht vorhersehbar reagieren würde. Oder dass sie aus dem All infektiöse Lebensspuren mit zurück bringen würden.
      Grob gesagt: Zunächst hat man nach der Mondlandung nach außerirdischen Zivilisationen gesucht. Damals waren die Leute total fortschrittsbegeistert.
      Daraus entstand z. B. das SETI-Projekt. Auch die Erforschung der Delphinsprache fällt in diese Zeit, man wollte damit für die Kommunikation mit außerirdischen Organismen üben.
      Nach jahrzehntelanger erfolgloser Suche hat man das Ganze jetzt deutlich runtergeschraubt – auf eher mikrobiologische Fragen.
      Ganz klar hat der technische Fortschritt die Forschung verändert: Wir fargen heute nicht mehr, ob es andere Planeten gibt, sondern wo und ggf. wie viele (Herr Prof. Ruder hatte es am Montag gerade noch einmal ausgerechnet). Durch die Spektroskopie können wir statt einfach nur zu träumen mit mehr Fakten arbeiten.
      Und wir haben schon unglaublich viel erfahren: Venus und Mars waren die nächsten Ziele, die sind ja ganz massiv beackert worden. Durch die Venussonden hat man viel über eine andersartige Atmosphäre erfahren, durch die Mars-Rover kennen wir heute die Geologie der Mars-Oberfläche.
      Die gesamte Astrobiologie hat sehr viele Erkenntnisse über die Entstehung des Lebens auf der Erde gebracht.
      Der wesentliche Punkt ist: 1969 war die Frage: “Gibt es außerirdisches Leben?”. Heute ist da eher die Frage: “Wo gibt es außerirdisches Leben und wie ist es beschaffen?”.

      Hier ist eine kurze Präsentation dazu:
      https://www.snsb.se/Global/Forskare/SRS/Duner.SRS.pdf
      Diese Publikation ist ausführlicher:
      https://doctorlinda.wordpress.com/2011/05/31/50-years-of-exoastrobiology/

      doctorlinda schreibt: “NASA’s Astrobiology Program today addresses three fundamental questions: How does life begin and evolve? Is there life beyond Earth and, if so, how can we detect it? What is the future of life on Earth and in the universe?”

      Soweit erstmal derkurze Überblick – das reicht wohl für einen eigneen Blog-Beitrag: )

  9. #15 Gerhard
    26. September 2014

    Herzlichen Dank!
    Ich glaube, ich hatte unpräzise geschrieben, etwas, was sich offenbar nicht so leicht vermeiden lässt.
    Ich meinte, daß man jetzt der Ansicht ist, im Wesentlichen die Grundbedingungen zu kennen. Man kann also m:E. sagen: Lebensentstehung ist grundsätzlich möglich. Es entsteht dort, wo die Voraussetzungen stimmen! Das meinte ich mit “leicht”.

  10. #16 hubert taber
    26. September 2014

    noch eine bemerkung zu einem der notwendigen initiatoren, der energie :
    https://scienceblogs.de/chevoja/2014/09/16/ende-der-sommerpause-oder-auch-die-gefahren-des-fortschritts/#comments

    mfg.

  11. #17 Bettina Wurche
    26. September 2014

    @ Gerhard: bei einem derartig komplexen Thema ist es gar nicht so einfach,präzise zu schreiben.
    Ich freue mich einfach über dein Interesse!

    Außerdem habe ich mich selbst der unpräzisen Ausdrucksweise schuldig gemacht. Und zwar bei den chemischen Grundlagen zu C und H2O:

    Dort sollte es besser heißen:
    “Kohlenstoff kann die längsten Ketten bilden, während Wasser unter den Lösemitteln einen besonders weiten Bereich hat, in dem es flüssig ist. Vor allem sind Kohlenstoff-Verbindungen in Verbindung mit Wasser meist recht stabil.
    Als weiterer Kettenbildender Kandidat käme noch Bor in Frage.”
    (Danke Stephan : )”

  12. #18 inge schuster
    Wien
    27. September 2014

    Ein sehr schöner Artikel!

    Zu anregenden Diskussion möchte ich als (Bio)chemiker mein Scherflein beitragen:

    das Spektrum der im interstellaren Raum dominierenden Moleküle/Verbindungen und deren Reaktivtäten, reichen aus, um die präbiotische Evolution zu praktisch allen (uns bekannten) Grundtypen biologischer Moleküle zu erklären und im Labor auch experimentell zu bestätigen.

    Vor allem dürfte der ubiquitäre Formaldehyd (CH2O) eine Schlüsselrolle spielen: auf Grund seiner Reaktivität kondensiert er mit sich selbst zum Glykolaldehyd, der ebenfalls im interstellaren Raum nachgewiesen wird, und in weiterer Autokondensation führt er zu relevanten Zuckermolekülen. Formaldehyd und seine (Kondensations)produkte lagern auch andere Gruppen an, bespielsweise Cyanogruppen (-CN) – durch Hydrolyse entstehen daraus Aminosäuren.
    Die Addition von -CN-Gruppen an Glykolaldehyd führt übrigens dazu, dass 4 unterschiedliche Substituenten an einem Kohlenstoffatom vorliegen, dass damit also chirale Verbindungen entstanden sind!

    Dass ausgehend von der im interstellaren Raum vorherrschenden, gleichen chemischen Basis eine ähnliche präbiotische Entwicklung auch anderswo stattgefunden hat, ist nicht von der Hand zu weisen.

    Wieweit aus einem gleichen Arsenal biologisch relevanter Moleküle dann Lebensformen entstanden sind, die denen auf der Erde gleichen????????

    Mit der möglichen Rolle des Formaldehyds als Grundbaustein des Lebens hat sich u.a. der Chemiker Christian Noe (experimentell) beschäftigt und dazu im ScienceBlog einen hübschen Artikel verfasst: https://scienceblog.at/formaldehyd-als-schlüsselbaustein-der-präbiotischen-evolution-%E2%80%94-monade-der-welt-der-biomoleküle#

    Noch eine kleine Bemerkung zur Entstehung vielzelliger Organismen:
    die ersten Vielzeller dürften die kürzlich entdeckten Gabonionta gewesen sein, die vor bereits 2,1 Milliarden Jahren entstanden sind – ausgelöst durch einen hohen Sauerstoffgehalt der Atmosphäre („Great Oxidation Event“). Mit dem darauffolgenden Absinken des O2-Spiegels, verschwanden diese Organismen wieder und es dauerte rund 1,5 Milliarden Jahre bis ein weiterer Versuch der Natur zu (bis dato) stabilen mehrzelligen Lebensformen führte. (Zu diesem Thema ist ein Artikel bereits in der Warteschleife des ScienceBlog – voraussichtliches Erscheinungsdatum 24. oder 31. Oktober)

    • #19 Bettina Wurche
      29. September 2014

      Liebe Frau Schuster,
      danke für die biochemischen Ergänzungen, gerade die Bedeutung des Formaldehyds war mir nicht bewußt. Wieder ein Beweis dafür, dass Astrobiologie nur interdisziplinär anzugehen ist : ).
      Es ist so spannend, dass jede(r) aus ihrer/seiner Perspektive unterschiedliche Antworten auf die gleiche Frage gibt.

      Ich sehe es genauso: mit dem Vorhandensein der chemischen Basics ist zumindest theoretisch auch an anderen Stellen die Voraussetzung für die Entstehung von Leben gegeben.
      Dabei steht für mich noch der Fragenkomplex im Raum, wie die entsprechenden chemischen Reaktionen bei anderen Drücken und anders zusammengesetzten Atmosphären oder Umgebungen ablaufen könnten. Das geht in die theoretische Chemie hinein bzw. in den Grenzbereich zwischen Chemie und Physik.

      Zu den Gabonionta:
      Auf den Artikel freue ich mich sehr!
      ich hatte mich bei dem Kürzest-Abriss der Lebensentstehung erst mal auf die mir besser bekannten Organismen beschränkt. Wobei die ja auch regelmäßig neu sortiert und datiert werden.

  13. #20 Dr. Webbaer
    28. September 2014

    Eine spezielle Form diese Suche nach Leben ist das SETI-Projekt: SETI-Forscher horchen ins Weltall, um von extraterrestrischen Lebewesen erzeugten Lärm aufzuspüren. Genauer gesagt, suchen sie im Radiobereich des elektromagnetischen Spektrums nach möglichen Anzeichen und Signalen technischer Zivilisationen.

    Was wird hier von dieser gelegentlich gehörten Argumentation gehalten? :
    Es gibt vermutlich eher wenig verständiges Leben im All, denn ansonsten hätte es sich – bspw. ‘im Radiobereich des elektromagnetischen Spektrums’ – bemerkbar gemacht.

    MFG + einen schönen Sonntag noch,
    Dr. W

    • #21 Bettina Wurche
      29. September 2014

      @ Dr. Webbaer: Das SETI-Projekt stammt aus einer Zeit, in der man sehr positiv in eine immer bessere Zukunft sah. Man ging ziemlich fest davon aus, dass außerirdische Zivilisationen im All existierten und man einfcah mal “Hallo” sagen könnte. In diese Zeit fällt auch die Entschlüsselung/Erforschung der Delphin-Sprache durch Lilly – mehr Wissen über eine komplett andere Sprache/Kommunikation vernunftbegabter Wesen auf der Erde schien eine gute Voraussetzung zu sein, um Erfolg bei der Kommunikation mit Aliens aufzunehmen.
      Heute scheint mir die Astrobiologie viel pragmatischer zu sein – es ist mehr Mikrobiologie und Biochemie.
      Einige der SETI-Projekte laufen noch. Ich persönlich schätze ihre Erfolgsaussichten sehr skeptisch ein, aber das ist nur meine subjektive Meinung.
      Die SETI-Projekte sind trotzdem extrem wichtig: Immerhin hat man nur durch ihre unermüdliche Arbeit die Existenz von Pulsaren entdeckt!
      https://www.heise.de/tr/artikel/Vom-Umgang-mit-Ausserirdischen-1807949.html
      Und diese Entdeckung war so bedeutend, dass sie mit einem Nobelpreis geehrt wurde.
      Die SETI-Projekte leisten weiterhin erfolgreiche Arbeit und echte Grundlagenforschung. Sie betreiben mittlerweile nicht mehr “nur” Radioastronomie, sondern auch andere Disziplinen. So gehört der von mir bereits zitierte Dale Anderson zum SETI-Institut:
      https://www.seti.org/users/dale-andersen
      Seine Forschungsarbeit an Rotalgen-Türmen in der Antarktis definitiv ist ein spaannender Aspekt der Astrobiologie.

      Wie schon gesagt, habe ich erhebliche Zweifel, dass wir in meiner Lebensspanne auf eine außerirdische Zivilisation stoßen werden, die uns antwortet. Angesichts einiger möglicher Szenarien wie in “Mars attacks”, “Iron Sky” oder “Starship Troopers” ist das vielleicht auch ganz gut so.
      Außerdem ist es auch fraglich, ob wir einer anderen Zivilisation Gutes bringen würden: s. “Starship Troopers” oder “Echo” (McDewit). Die Einhaltung der “Obersten Direktive” dürfte wohl noch lange ein frommer Wunsch bleiben.
      Friedliche Koexistenzen wie im Star Trek-Universum oder in Alan Dean-Fosters Homanx-Zyklus halte ich zwar für wünschenswert, aber für wenig wahrscheinlich.

  14. #22 JanG
    29. September 2014

    Großartiger Text zu einem großartigen Thema, vielen Dank dafür. Ich bin selber als Physiker auf einem ganz anderen Gebiet zu Hause, verfolge aber die Thematik der Entstehung von Leben seit langem mit großem Interesse.

    An dieser Stelle auch großen Dank an Kommentar No. 18 (inge schuster), sehr aufschlussreich. Vor allem, weil sie mit der Bemerkung zu den Gabonionta meiner Frage zuvor gekommen ist. Ich freu mich auf den Artikel dazu.

  15. #23 Gerhard
    29. September 2014

    Danke auch Inge Schuster für ihren wertvollen Beitrag.
    Auf den Gabonionta-Eintrag freue ich mich auch.

  16. #24 Dr. Weltbaer
    29. September 2014

    Großartiger Text zu einem großartigen Thema, vielen Dank dafür.

    Ja, genau. Ausführlich, mit vielen Webverweisen und Verständigkeit durchscheinen lassend.

    MFG (in der v2)
    Dr. W

  17. #25 rolak
    29. September 2014
    • #26 Bettina Wurche
      29. September 2014

      Das Video ist klasse!
      Der Zusammenhang zwischen Plattentektonik und Klima sowie die Ausführungen zum Sauerstoff haben mir besonders gefallen.
      Und die Rechnung mit der Anzahl der Sterne aufgrund der neuesten Ergebnisse von Kepler habe ich am Mittwoch von dem Astrophysiker Herrn Prof. Dr. Hanns Ruder genauso so gehört.
      Wir haben uns nach den Vorträgen noch prächtig unterhalten und herumgealbert. (Bild s. o. als PS im Beitrag)

  18. #27 Gerhard
    30. September 2014

    Schönes Foto im P.S. 🙂

  19. #28 Hoffmann
    4. Oktober 2014

    @ Bettina:

    Leider stoße ich erst jetzt auf Deinen sehr lesenswerten Beitrag, anderenfalls hätte ich schon eher etwas dazu geschrieben.

    Es sind also sehr wohl Gezeitenzonen zu erwarten, auch Grenzgebiete zwischen Ozean, Eis und den darüber liegenden Schichten.

    Die Eisschicht wird durchgewalkt, das ist richtig. Auch Risse und Verwerfungen bis hin zu Brüchen und Eisbergen mit nachfolgendem Einfrieren ist alles drin. Eins der Bilder aus der Galileo-Mission zeigt so ein chaotisches Terrain:

    https://www.google.de/imgres?imgurl=https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/78/Europa_Chaos.jpg/300px-Europa_Chaos.jpg&imgrefurl=https://en.wikipedia.org/wiki/Chaos_terrain&h=132&w=300&tbnid=zmt9RHEuYYmiiM:&zoom=1&tbnh=90&tbnw=205&usg=__9Iu1Zb-SDe6mMDz_HrCCNTEpMYk=&docid=SFLPazJZ-ANMYM&client=firefox-a&sa=X&ei=yTIwVLrfA-PTygProYLADA&ved=0CDMQ9QEwAQ&dur=23

    Problematisch für die Lebensentstehung auf Europa scheint mir das Fehlen katalytischer Oberflächen zu sein, wo es unter Energiezufuhr bei gleichzeitigem Austrocknen zu Polykondensationsreaktionen kommt, die z.B. aus Aminosäuren Polypeptide werden lassen.

    Eis selbst bietet in den Rissen zwar Möglichkeiten, dass sich anflutende Stoffe konzentrieren können, aber das katalytische Potenzial von Eiskristallen für Kondensationsreaktionen ist doch sehr beschränkt. Die Arbeit von Hauke Trinks und Wolfgang Schröder zeigt das sehr schön:

    https://doku.b.tu-harburg.de/volltexte/2006/265/

    Dort wird auf Seite 17 auf eine Arbeit von R. Bode verwiesen und postuliert, dass der Gefrierprozess das bei Bode erforderliche Eindampfen von heißen Pfützen ersetzen könne. Leider fehlen dazu allerdings Belegquellen, die dies nahelegen würden. Die danach auf Seite 18 erwähnten Chlorierungen, die für die Initiierung von chemischen Reaktionen durch Meereis sprechen, stellen jedoch Additionsreaktionen dar, die ohne Wasserfreisetzung ablaufen. Hier sehe ich also ein ernstes Problem für Polymersynthesen.

  20. #29 hoffmann
    4. Oktober 2014

    @ Alderamin:

    zu #4

    Der sachkundige Kommentator Hoffmann hat bei Florian mal erläutert, warum er es für absolut notwendig hält, dass es eine Gezeitenzone gibt, in der sich Moleküle konzentrieren können und daher nicht an Leben auf der Europa glaubt (diese Stelle genau finde ich derzeit leider nicht, aber war im Gespräch mit mir).

    Das war u.a. auch hier:

    https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2013/09/28/wie-wahrscheinlich-ist-die-existenz-von-aliens/#comment-218906

    • #30 Bettina Wurche
      5. Oktober 2014

      @ Hoffmann: Ich habe einen umfangreichen Vortrag zu Europa ausgearbeitet und dazu sehr viel Literatur gewälzt, z. B. (“Unmasking Europa” von Greenberg). Gezeitenzonen halte ich für absolute HotSpots für alle möglichen biologischen Vorgänge. Sie werden auf Europa angenommen. Und zwar wegen der dramatischen Tiden. Die heben und senken den Ozeanspiegel , so kommt es zu Cracks und Rifts auf der Oberfläche. Sehr wahrscheinlich tritt dort flüssigen Ozean an die Oberfläche. Die von Dir genannten katalytischen Oberflächen sind sehr wahrscheinlich vorhanden.
      Dazu kommen noch andere mögliche extreme Ökosysteme wie Hydrothermalquellen-Tätigkeit am Grunde des Ozeans. Auch dort besteht – wahrscheinlich- noch eine interessante Kontaktzone zwischen Mondinnerem und Ozean, an der auch viele chemische Verbindungen freigesetzt werden. Gerader der Schwefel ist ein sehr interessanter Energieträger für mögliche Stoffwechselszenarier möglicher Lebensspuren.
      Für Europa und andere Himmelskörper wird u. a. postuliert, dass über Meteoriteneinschläge Spurenelement und z. B. organische Verbindungen ankommen.
      Ich möchte da jetzt nicht detailllierter drauf eingehen, aber für mich sieht gerade Europa wirklich vielversprechend aus.

  21. #31 Bettina Wurche
    5. Oktober 2014

    Eine Sache ist mir sehr wichtig: Der Artikel hatte die Überschrift “Grundlegende Gedanken…”:
    Ich habe vor allem aus meiner Perspektive geschrieben. Vor allem, weil mir der Aspekt mit dem Zeitfenster bei den meisten Überlegungen zu außerirdischem Leben fehlt.
    Ansonsten muss man sich hier immer mal wieder vor Augen halten, dass wir hier mit einer ganzen Reihe von Hypothesen arbeiten, von denen viele zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht beweisbar sind.

    Miesepeters Kommentar gleich zu Beginn hat einen wirklich wichtigen Gedanken ergänzt: Wir sollten nicht annehmen, dass auf anderen Himmelskörpern alles genauso abläuft wie auf der Erde.
    Auerdem haben wir ja auch auf der Erde noch gar nicht alles entdeckt und verstanden.
    Für mich sind etwa die Stories mit den Methanhydraten oder den Hydrothermalquellen in der Tiefsee völlig abgefahren. Hätte man das um 1950 jemandem erzählt, wäre man ziemlich schräg angeguckt worden.
    Für mich zeigen diese Erkenntnisse u. a. , dass chemische und biochemische Prozesse auch anders ablaufen können, etwa unter hohem Druck.

    Wir dürfen davon ausgehen, dass auf anderen Himmelskörpern etwas andere Bedingungen herrschen, die möglicherweise auch mit sehr ähnlichen “Zutaten” doch recht andere Wege gehen.

  22. #32 Hoffmann
    5. Oktober 2014

    @ Bettina:

    Ich sehe die Dinge nicht ganz so optimistisch, auch wenn ich freilich nicht a priori ausschließen kann, das da doch Prozesse ablaufen könnten, an die keiner bislang gedacht hat.

    Und zwar wegen der dramatischen Tiden. Die heben und senken den Ozeanspiegel , so kommt es zu Cracks und Rifts auf der Oberfläche.

    Problematisch in Bezug auf Polykondensationsreaktionen ist hierbei jedoch, dass der Ozean zur Unterseite der Eisdecke ständigen Kontakt hat, so dass im Verlauf der Tiden kein periodisches Austrocknen erfolgt. Es entstehen zwar Brüche und Risse, in die das Ozeanwasser einsickert, aber es kann von dort nicht einfach wieder wegfließen, um später wiederzukommen. Entweder frieren die Risse also wieder zu oder aber das Wasser wird über Kapillareffekte in den feinen Rissen gehalten, was jedoch einen Austausch von Wasser ausschließt.

    Ein periodisches Austrocknen hätte zudem eine wechselnde Salinität zur Folge, was auf der Erde u.a. auf das Polymerwachstum rückkoppelte (Auftrennung von Doppelsträngen und Reorganisation derselben mit variierenden Basensequenzen – siehe dazu die Überlegungen von R. Lathe). Insgesamt erscheinen mir die Zustände an der Unterseite der Eisdecke von Europa nicht “abwechslungsreich” genug für eine chemische Evolution, die in eine biologische münden könnte. Das Problem der Abführung entstehenden Reaktionswassers steht schließlich nach wie vor im Raum.

    Dazu kommen noch andere mögliche extreme Ökosysteme wie Hydrothermalquellen-Tätigkeit am Grunde des Ozeans.

    Auch hier besteht die Notwendigkeit, Reaktionswasser abführen zu müssen, damit Polymere wachsen können. Die irdischen submarinen Hydrothermal-Systeme bieten zwar eine Fülle an Metall-Ionen, einschließlich katalytischer Oberflächen sowie reduzierender Bedingungen – also eigentlich ideal für Miller-Urey-Synthesen – aber das was dann am Ende dort entsteht, wird hier durch Archaeen als Nahrung aufgenommen. Interessant fand ich in diesem Zusammenhang den Befund, dass bei der Untersuchung von Schlotbruchstücken nur die 20 Aminosäuren gefunden wurden, die sich auch in Lebewesen befinden. Das heißt also, dass sie alle komplett biogenen Ursprungs waren und nicht dort entstanden sind. Das könnte zugleich bedeuten, dass submarine hydrothermale Quellen doch nicht so geeignete “Brutreaktoren” sind, wie vermutet wird.

    Doch selbst wenn dort geeignete Monomere entstehen, bleibt die zur Polykondensation nötige Verschiebung des chemischen Gleichgewichts durch geeignete chemische Reaktanden, die das anfallende Reaktionswasser binden und aus dem Reaktionsraum abführen. Hierbei sehe ich das Problem, dass solche “Vents” nicht trockenfallen, während das auf der frühen Erde in vulkanisch aktiven Zonen in Küstennähe kein Problem gewesen ist.

    Für Europa und andere Himmelskörper wird u. a. postuliert, dass über Meteoriteneinschläge Spurenelement und z. B. organische Verbindungen ankommen.

    Ja gut, aber was passiert mit diesem Material, nachdem es in den Ozean gelangt ist? Abgesehen davon, dass man in Meteoriten bislang noch keine Peptide oder andere Polykondensate gefunden hat – selbst wenn solche im Verlauf des Impakts kurzfristig entstehen sollten, würden sie infolge des nicht ableitbaren Wassers wieder in ihre Monomerbestandteile hydrolysiert werden. Spurenelemente bilden entweder Oxide oder Sulfide und fallen dann entweder als Niederschlag aus oder werden in Salzverbindungen umgewandelt, die dann als Lösung vorliegen – extrem stark verdünnt natürlich.

    Ansonsten muss man sich hier immer mal wieder vor Augen halten, dass wir hier mit einer ganzen Reihe von Hypothesen arbeiten, von denen viele zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht beweisbar sind.

    Dessen sollte man sich natürlich immer bewusst sein, allerdings sind die Gesetze der Chemie nicht beliebig dehnbar, wenn man Grenzen hypothetisch auslotet.

    Wir sollten nicht annehmen, dass auf anderen Himmelskörpern alles genauso abläuft wie auf der Erde.

    Richtig. Das geht schon allein deswegen nicht, weil z.B. Europa ganz anders beschaffen ist als die Erde. Also sind hier z.T. ganz andere Reaktionsabläufe zu erwarten als solche, die auf der frühen Erde abgelaufen sind. Neben der fehlenden Atmosphäre und der daraus folgenden Strahlungsexposition der Oberfläche (was u.a. zur Entstehung von Peroxiden auf der Eisoberfläche führt, die wiederum entstandenen Monomeren oder eben auch Polymeren wirksam den Garaus machen, sollten sie an die Oberfläche gelangen bzw. die Peroxide in die tieferen Eisschichten!) ist es insbesondere das Überangebot an Wasser, was die Reaktionsverläufe in Richtungen einschränkt, die so auf der Erde nie beschritten worden sind.

    Für mich zeigen diese Erkenntnisse u. a. , dass chemische und biochemische Prozesse auch anders ablaufen können, etwa unter hohem Druck.

    Wobei allerdings fraglich ist, ob ein Druck von mehreren Tausend Bar in einigen Dutzend Kilometern Tiefe am Ozeangrund die Entstehung von Polymeren überhaupt zulassen würde. Ich kann mir gut vorstellen, dass hierbei längere Molekülketten schlicht zerbrechen, sobald infolge der dort herrschenden Temperaturen die Oligomere in Schwingungen geraten.

    Wir dürfen davon ausgehen, dass auf anderen Himmelskörpern etwas andere Bedingungen herrschen, die möglicherweise auch mit sehr ähnlichen “Zutaten” doch recht andere Wege gehen.

    Das ist natürlich unbestritten richtig, allerdings steht am Ende des Weges nicht notwendigerweise ein Biotop oder gar eine Biosphäre. Wenn ich raten müsste, würde ich auf eine Art teeriger Schlamm tippen – ganz so wie das, was zu 85 Prozent aus dem Versuchsansatz von Miller und Urey geworden ist – garniert mit ein paar Metallsulfiden …

    Einen schönen Sonntag noch! 🙂

    • #33 Bettina Wurche
      5. Oktober 2014

      @ Hoffmann: Zumindest für die großen Rifts, möglicherweise auch für cracks und blobs wird für Europa ein unmittelbarer Kontakt des Ozeans zur Oberfläche postuliert.
      Ich beziehe mich auf dieses Modell:
      https://www.newscientist.com/data/images/ns/cms/dn2929/dn2929-1_750.jpg
      bzw. diese Abbildung:
      https://www.newscientist.com/data/images/ns/cms/dn2929/dn2929-1_750.jpg
      Diese Kontaktfläche sieht für mich vielversprechend aus.
      Außerdem nehmen Planetologen auch an, dass es eine (marginale) Atmosphäre gibt, direkt an der Kontaktzone von Mondoberfläche und “Fast-Weltraum”. Ich habe kein Zitat dazu, sondern hatte mal direkt bei einem der Experten nachgefragt (wahrscheinlich Frank Postberg vom MPI in HD, bin aber nicht sicher).
      Zur Salinität: Nein, wechselnde Salinität kann auch nur im Ozean entstehen.
      In der Antarktis friert Meerwasser zu Eis. Das hat den Effekt, dass direkt unter dem Meereis eine signifikant höhere Salinität besteht. Mit einem ganz eigenen Ökosystem aus Bakterienrasen, Krill (nur im Winter) u. a..
      Und ich wäre sehr vorsichtig, wegen der hohen Drücke Leben in der Tiefe des Ozeans auszuschließen.
      Das hat man für die Erde auch sehr lange getan. Zu Unrecht. Tiefseeorganismen haben sich angepaßt. Heute wissen wir, dass nicht der Druck selbst das Problem ist, sondern eher die vertikale Wanderung.
      Und zweitens wissen wir nicht, ob es doch irgendwelche im Wasser schwebenden/treibenden (anorganischen) Strukturen gibt, die ein Substrat bieten könnten.
      Aber da kann man mit vielen Hypothesen spielen : ).

  23. #34 Hoffmann
    6. Oktober 2014

    @ Bettina:

    Diese Kontaktfläche sieht für mich vielversprechend aus.

    Wie aus der Abbildung hervorgeht, setzt man dabei allerdings bereits entstandenes mehrzelliges Leben voraus, das dann die Wände der Rifts besiedelt. Das zugrundeliegende Problem ist jedoch, dass zunächst einzelliges Leben entstehen müsste, bevor es damit beginnt, verfügbare Nischen zu erschließen. Und hierbei sind solche Rifts denkbar ungeeignet, weil der Prozess der Polykondensation, der die zur Lebensentstehung nötigen Polymere liefert, dort gar nicht erst in Gang kommen kann.

    Außerdem nehmen Planetologen auch an, dass es eine (marginale) Atmosphäre gibt, direkt an der Kontaktzone von Mondoberfläche und “Fast-Weltraum”.

    Meines Wissens handelt es sich dabei um eine extrem dünne Sauerstoffatmosphäre, die infolge radiolytischer Wasserspaltung entsteht. Allerdings stellen sich dann oxydierende Bedingungen ein, die für die Entstehung von z.B. Aminosäuren kontraproduktiv sind, wie Simulationsexperimente ergeben haben. Dann setzen sich Methan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff zu CO2, Stickstoff, SO2 und Wasser um, nicht aber z.B. zu Alanin oder Cystein, um mal zwei gängige Aminosäuren hervorzuheben.

    Nein, wechselnde Salinität kann auch nur im Ozean entstehen.

    Auf der Erde entsteht so etwas u.a. in den Gezeitenzonen, wenn z.B. kleinere Watt-Tümpel eintrocknen, aber auch in der Nähe von Flussmündungen, wenn das abfließende Salzwasser während der Ebbe durch Süßwasser verdrängt wird.

    Auf Europa haben wir diesen Wechsel nicht, weil die Eisdecke ständig geschlossen ist. Ausnahmen sind vielleicht frisch aufgebrochene Rifts oder eben kurzfristig entstehende “chaotische Terrains”, die danach wieder zufrieren, aber diese kurzfristigen Unterbrechungen sind alles andere als periodisch, weil sich die Rifts nicht wiederholt an ein und derselben Stelle ereignen, sondern – wie auf den Bildern zu erkennen ist, die wir seit der Galileo-Mission haben – stets woanders, so dass frische Bruchkanten ältere überschneiden.

    Insofern ist hier ein Wechsel der Salinität allenfalls episodisch auf eng begrenztem Gebiet gegeben, nicht aber periodisch in permanent existierenden Gezeitenregionen, wo sich in geschützten Reaktionsräumen (Gesteinsporen und -risse) Moleküle anreichern und miteinander reagieren können.

    Tiefseeorganismen haben sich angepaßt.

    Ja eben. Sie haben sich angepasst, nachdem sie vorher anderswo entstanden sind. Das Problem bei Europa ist ja nicht, dass irgendwelche barophilen Mikroben den Ozeangrund nicht besiedeln und als Nische erschließen könnten, sondern, dass der Druck am Grund so hoch ist, dass dort von vornherein Polymere gar nicht wachsen können, weil infolge der dort zugleich vorhandenen Thermik längere Molekülketten zerbrechen.

    Abgesehen von der zerstörerischen Wirkung der Hydrolyse, die ohnehin bereits das Polymerwachstum erschwert, sorgt der Druck im Verein mit der Temperatur dazu, dass selbst bescheidene Anfänge (Oligomere) keine Chance haben, sich zu längeren Molekülen zu verketten, die dann im Rahmen einer späteren Biochemie als Replikationsmatrize oder als Biokatalysator fungieren könnten. Von daher erscheint mir das Ganze zu unwahrscheinlich, um gangbar zu sein.

    … ob es doch irgendwelche im Wasser schwebenden/treibenden (anorganischen) Strukturen gibt, die ein Substrat bieten könnten.

    Über die Vents wird ja viel “ausgespuckt”, was zu größeren Gebilden verklumpen könnte. Im Rahmen von Miller-Urey-Synthesen entsteht z.B. eine Menge Teer, der nicht notwendigerweise auf den Boden absinkt, sondern über Konvektion durchaus bis an die Unterseite der Eisdecke gelangen kann.

    Da zudem die vulkanischen Effusionsprodukte sehr schwefelreich sein dürften (siehe dazu den Vulkanismus des Nachbarmondes Io), reichert sich der Ozean zunehmend auch mit schwefelhaltigen Verbindungen an, was sich u.a. in einer Zunahme des Gehalts an Sulfat-Ionen niederschlagen dürfte.

    Und diese wiederum sorgen für eine Versäuerung des Wassers (es entsteht verdünnte Schwefelsäure) und damit zu einer Verklumpung der Teerprodukte zu einer Art Gummi (Vulkanisationseffekt).

    Möglicherweise bestehen die beobachteten bräunlichen Stellen an den Rifts aus solchen Teer- und Gummi-Flöckchen, die aus dem Ozeanwasser an die Oberfläche gedrückt werden. Falls diese ein Substrat darstellen sollten, müssten sich darin auch Mikroben bzw. deren Reste finden lassen. Allerdings habe ich da wenig Hoffnung. Eine Sampling-Return-Mission könnte darüber Aufschluss geben, aber diese ist ja leider nicht einmal in Planung … 😮

    • #35 Bettina Wurche
      7. Oktober 2014

      @ Hoffmann: Danke, ich weiss recht gut, was in Gezeitenzonen passiert.

      Ich sprach von einem ganz anderen Ökosystem als Wattümpeln – dem unter dem Meereis, in dem ebenfalls wechselnde Salinität vorkommen kann. Durch den o. g. Prozess.
      “Zur Salinität: Nein, wechselnde Salinität kann auch nur im Ozean entstehen.
      In der Antarktis friert Meerwasser zu Eis. Das hat den Effekt, dass direkt unter dem Meereis eine signifikant höhere Salinität besteht. Mit einem ganz eigenen Ökosystem aus Bakterienrasen, Krill (nur im Winter) u. a..”

      Zu den Eisschloten: Die Abbildung zeigt den Eisschlot und denkbare Ökosysteme, nicht aber die Entstehung des Lebens. Das habe ich auch nicht behauptet.
      Meiner Erfahrung nach sind solche Eis- (und andere) Strukturen äußerst selten vollständig glatt, meistens haben sie zahlreiche Röhren, Kanäle, Risse,… Ökosysteme sind nie “entweder” oder “oder”. I. d. R. sind es viele (leicht unterschiedliche) Mikrohabitate nebeneinander. Ich habe jedenfalls auf meinen jahrelangen Reisen zwischen Artis und Antarktis an Fels und Eis nie glatte Wände gesehen.

      Die größeren Rifts auf den Bildern sind bei Galileo und Voyager zu sehen, sie bestehen also seit mindestens 30 Jahren. Wenn man sich die ziemlich hohen Kanten der Rifts anguckt, sieht man auch, dass das ganze wohl schon etwas länger dauern wird. Greenberg interpretiert diese Bereiche als offene Kontaktzonen.
      Andere Wissenschaftler interpretieren sie sicherlich anders, aber ich folge in diesem Gedankengang Greenberg.

      Zufälligerweise habe ich heute bei einem kleinen Workshop auch einen Chemieprofessoren der Uni Gießen getroffen und ihn einfach direkt gefragt, ob er sich vorstellen kann, dass auch in der Tiefe des Ozeans auf dem Jupitermond Europa größere Moleküle entstehen können. Er meinte, dass der Druck überhaupt kein Hinderungsgrund sei, sondern viele Reaktionen unter höherem Druck noch viel fröhlicher funktionieren.
      Wir unterhielten uns dann auch noch kurz darüber, was in den letzten 50 Jahren so entdeckt worden ist, was man bis dahin für völlig undenkbar gehalten hat. Dabei kommen mir Gashydrate oder Black Smoker in den Kopf, letztere hattest du ja auch schon genannt.
      Dazu kommt ja auch noch, dass der Druck dort im Ozean aufgrund der geringeren Größe udn Gravitation Europas nicht mit dem irdischen vergleichbar sein sollte. Und dass die Dichte der Flüssigkeit in diesem Ozean sicherlich auch anders ist, als im irdischen Ozean.
      Ich wäre mit einem pauschalen Ausschluss daher etwas vorsichtig.

      Das Sampling wird leider zurzeit nicht geplant. Allerdings hofft man, möglicherweise einen kürzlich postulierten sehr hohen “Geysire” zu durchfliegen und Messungen durchzuführen.
      Und die NASA scheint gerade doch wieder an der Planung einer Sampling-Mission zu arbeiten. Zumindest haben sie aufgerufen, Instrumente für eine solche Mission vorzustellen.
      https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2694257/Will-Jupiters-icy-moon-reveal-alien-life-Nasa-sets-aside-25-million-probe-Europa-uncover-truth-2023.html

      Mal schauen, was dabei rauskommt. Vielelicht gibt es ja doch noch eine Mission.

  24. #36 Oliver H
    7. Oktober 2014

    @Hoffmann

    Wieso bitte soll hoher Druck einer Polymerisation entgegenwirken? Das macht thermodynamisch m.E. keinen Sinn. Mehrere kleiner Moleküle würden einen größeren Raum beanspruchen.

    Polymerisationsprozesse haben häufig ein negatives Aktivierungsvolumen, höherer Druck begünstigt also die Reaktion. die metallocenkatalysierte Polymerisation von Propen z.B. läuft umso schneller, je höher der Druck ist. Es ist höhere Temperatur, nicht höherer Druck, die nachdem sie zunächst die Polymerisation begünstigt, bei weiterer Steigerung letztendlich den Kettenbruch fördert. Das aber ist für das Thema kein weiteres Problem, beeinflusst es doch lediglich, in welchem Abstand zu thermisch aktiven Zonen eine Polymerisation möglich ist. Auch bei α‐Methylstyrol verschiebt höherer Druck das Gleichgewicht auf die Seite des Polymers.

    Aber das sind nur Beispiele, denn das lässt sich ziemlich gut verallgemeinern: https://www.researchgate.net/publication/243816950_Thermodynamics_of_Addition_Polymerization_Processes

    “The polymerizability of compounds such as 1,l-disubstituted ethylenes, aldehydes, ketones, isocyanates, and five- and six-membered ring compounds is determined largely by thermodynamic considerations. The transition from non-polymerizability to polymerizability, correspondlng to a change in the sign of ΔG, is often quite sharp. Factors which generally make the free energy of polymerization more negative, and which therefore favor polymerization, are low temperature, high pressure, and high monomer concentration.”

  25. #37 Hoffmann
    8. Oktober 2014

    @ Betina:

    Ich habe im Moment nicht viel Zeit, deshalb nur ganz kurz.

    Die Abbildung zeigt den Eisschlot und denkbare Ökosysteme, nicht aber die Entstehung des Lebens.

    Das war offensichtlich. Damit ein Eisschlot als Ökosystem denkbar werden kann, muss jedoch erst mal Leben entstanden sein. Und darum dreht sich derzeit unsere Diskussion.

    Er meinte, dass der Druck überhaupt kein Hinderungsgrund sei, sondern viele Reaktionen unter höherem Druck noch viel fröhlicher funktionieren.

    Die Frage ist aber nicht, ob einfach nur größere Moleküle entstehen, sondern ob solche Moleküle entstehen können, die z.B. Katalysen nach Art eines Enzyms bewerkstelligen können. Und da kommt es auf die Polykondensation an und nicht auf Polyaddition, wie von Oliver H. erwähnt. Polymere auf der Basis von Additionsreaktionen sind leider chemisch äußerst abwechslungsarm und damit inert, wie man an unseren Plastiksorten sehen kann.

    Und dass die Dichte der Flüssigkeit in diesem Ozean sicherlich auch anders ist, als im irdischen Ozean.

    Nein. Die Dichte von Wasser in flüssigem Zustand ist überall gleich. Lediglich durch Druckkompression entstehen am Ozeangrund leicht verschiedene Werte, die sich aber ebenfalls nicht signifikant von den irdischen unterscheiden, weil infolge der geringen Kompressibilität von Wasser der Effekt der Gravitation hier nicht so stark zum Tragen kommt. Bei 100 km Wassersäule ist also auch auf Europa ein Druck von etwa 10.000 Atmosphären zu erwarten.

    Vielelicht gibt es ja doch noch eine Mission.

    Darüber würde ich mich sehr freuen. 🙂

    @ Oliver H.:

    Polymerisation von Propen … bei α‐Methylstyrol … compounds such as 1,l-disubstituted ethylenes, aldehydes, ketones, isocyanates, and five- and six-membered ring compounds

    Das betrifft also Monomere, die ungesättigt und damit für Polyadditionsreaktionen geeignet sind. Aminosäuren, die für Katalysereaktionen in Zellen benötigt werden, verketten sich jedoch über Polykondensation und setzen dabei Wasser frei. Deshalb reichen

    … low temperature, high pressure, and high monomer concentration.

    nicht aus. Es muss noch eine Möglichkeit bestehen, das Wasser irgendwie los zu werden, damit die Reaktion überhaupt ablaufen kann. In fortgeschrittenerem Stadium ist es nötig, das Wasser zumindest zeitweilig abzuschirmen, damit der Hydrolysedruck die Halbwertszeit der Peptide nicht übersteigt. Und da sehe ich auf Europa ein echtes Problem.

    • #38 Bettina Wurche
      8. Oktober 2014

      @ Hoffmann:
      zur Dichte von Wasser:
      Die Dichte von Wasser ist keinesfalls überall gleich. Sie ist abhängig von Temperatur und Salinität. Die Dichteanomalie ist sogar ein wesentlicher Charakter von Wasser und macht es so interessant.
      Darum trägt uns Meerwasser auch besser als Süßwasser.

      So, mir reicht´s jetzt auch. Und tschüß…

  26. #39 Oliver H
    8. Oktober 2014

    “Das betrifft also Monomere, die ungesättigt und damit für Polyadditionsreaktionen geeignet sind. Aminosäuren, die für Katalysereaktionen in Zellen benötigt werden, verketten sich jedoch über Polykondensation und setzen dabei Wasser frei.”

    Im Übergangszustand ist das Wasser noch nicht freigesetzt. Und der ist für das Aktivierungsvolumen entscheidend.

    Zwar kann Hochdruck durchaus zu Hydrolyse führen, aber die Hydrolyseprodukte können umgekehrt auch wieder polymerisieren – auch durch Polykondensation und auch zu Peptiden:

    https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF01195432#page-1

    “It has been established that high pressure increases the rate and extent of the polycondensation of glycine methyl ester”

  27. #40 Hoffmann
    8. Oktober 2014

    @ Oliver H:

    Danke für den Link.

    Leider kann ich der Zusammenfassung nicht entnehmen, ob die Reaktanden (offenbar Methanol und Glycin) in wässrigem Medium in Lösung vorlagen oder ob die Reaktion direkt in Methanol stattfand. Insofern ist für mich nicht entscheidbar, ob sich diese Art der Esterbildung auf die Peptidbildung in wässriger Lösung übertragen lässt.

    Glycin-Methyl-Ester ist übrigens kein Peptid.

  28. #41 Oliver H
    8. Oktober 2014

    @Hoffmann

    Nichts davon ändert irgendetwas an der Thermodynamik der Reaktion. Der Druck verhindert, dass jedweder “Versuch” der Hydrolyse über den Übergangszustand hinausgeht – Wasser könnte zwar angreifen, aber nicht spalten.

    Erst war’s “Ja, aber das gilt nur für Polyaddition, nicht für Polykondensation”. Nachdem das Gegenteil belegt wurde “Ja, aber das ist kein Peptid”. Mit wissenschaftlichem Diskurs hat dieses Rausreden reichlich wenig zu tun – aber das sieht man schon am bewussten Ignorieren thermodynamischer Prinzipien.

    Hier nochmal ein Artikel, ich bin aber jetzt raus, denn auf Diskussionen basierend auf einer Pippi-Langstrumpf-Thermodynamik habe ich ehrlich keine Lust.

    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21961531
    “Our results show that the amino acids glycine and alanine are stabilized by high pressure. Oligomers up to pentamers were formed, which has never been reported for alanine in the absence of a catalyst. The yields of peptides at a given temperature and reaction time were higher under higher-pressure conditions. ”

    Also nochmal zum Mitschreiben: Höherer Druck verschiebt das Gleichgewicht auf die Seite des Polymers. Problematisch für die Stabilität ist nicht die Hydrolyse sondern die Deaminierung.

    Und Tschüss….

  29. #42 Alderamin
    8. Oktober 2014

    @Hoffmann

    Dass die Dichte von Wasser auf Europa die gleiche ist wie auf der Erde, da bin ich wegen der Inkompressibilität von Flüssigkeiten ganz bei Dir aber das

    Bei 100 km Wassersäule ist also auch auf Europa ein Druck von etwa 10.000 Atmosphären zu erwarten.

    stimmt sicher nicht, denn der Druck wird durch die Gewichtskraft des darüberliegenden Wassers erzeugt, und die Schwerebeschleunigung ist auf Europa nur 1,32 m/s² = 0,134 g. Damit ist der Druck der Wassersäule auf Europa auch nur 13,4% des Drucks der gleichen Wassersäule auf der Erde. In 100 km Tiefe herrscht dort ein Druck von 1345 bar, eine ähnliche Größe wie auf der Erde im Marianengraben (ca. 11000 m, also 1100 bar).

  30. #43 Hoffmann
    8. Oktober 2014

    @ Oliver H:

    Nichts davon ändert irgendetwas an der Thermodynamik der Reaktion.

    Ich denke schon, dass es einen Unterschied macht, ob die Reaktanden als Lösung in Wasser vorliegen oder in Reinform ohne zusätzliches Wasser. Wenn es sich bei dem von Dir verlinkten Beispiel um eine Reaktion von Methanol mit Glycin handelt, bei der im Verlauf der Esterbildung Wasser entsteht, ist es sehr wohl entscheidend, ob das entstehende Wasser in ein wässriges Milieu abgeführt werden muss oder aber ob dieses entstehende Wasser den Hydrolysedruck erst erzeugt.

    Nachdem das Gegenteil belegt wurde …

    Deshalb hatte ich ja nachgefragt, ob die Reaktion zwischen Methanol und Glycin in wässriger Lösung stattgefunden hat oder nicht. Diese Frage wurde mir übrigens noch nicht beantwortet. Vielleicht kannst Du mich ja noch darüber informieren, denn für einen Artikel aus dem Jahr 1954 möchte ich nicht knapp 35 Euro bezahlen. Das wäre sehr nett.

    Höherer Druck verschiebt das Gleichgewicht auf die Seite des Polymers.

    Aus dem Abstract konnte ich allerdings noch diese Vorannahme entnehmen:

    based on the hypothesis that the polymerization of amino acids occurred in marine sediments during diagenesis and metamorphism

    Diagenese und Metamorphismus ist ein Prozess, der nicht mehr im Wasser abläuft, sondern in den marinen Sedimenten unter Wasser, wo unter Wasserverlust eine Veränderung der Sedimente stattfindet. Und das wäre dann eine geeignete Voraussetzung dafür, dass Polykondensationen zwischen Aminosäuren ablaufen können, weil das Reaktionswasser ja dann abgeführt wird.

    Was dann unter Europa-Bedingungen aus diesen Peptiden dann wird, wäre dann noch genauer zu hinterfragen, da nicht klar ist, ob diese in den Ozean zurück gelangen oder in den Sedimentschichten verbleiben. Daraus ergeben sich zwei Optionen:

    1. Die Peptide verbleiben in den Sedimenten, dann ergibt sich die Frage, wie weit das Peptidwachstum vorankommen kann, wenn kein Stoffaustausch infolge ausbleibender Wasserströmungen erfolgt. Weiterhin ergibt sich die Frage, ob in diesen Sedimenten ein Entstehen von Stoffkreisläufen erfolgen kann, die zu einem Komplexitätsniveau führen, welches für Leben notwendig ist. Ich denke nicht, dass das geht, aber lasse mich gern eines Besseren belehren.

    2. Die Peptide gelangen nach einer gewissen Zeit z.B. über submarinen Vulkanismus wieder in den Ozean. Dann ergibt sich die Frage, wie die Peptide dem Hydrolysedruck widerstehen können, wenn sie nach erfolgter Freisetzung im Ozeanwasser frei umhertreiben. Auch hier habe ich momentan keine Idee, wie die Peptide hier überdauern könnten, bevor sie in ein metabolisches System gelangen könnten, wo sie stabilisiert und ggf. reproduziert werden.

    @ Bettina:

    Die Dichte von Wasser ist keinesfalls überall gleich.

    Gut. Ich hatte mich da etwas verkürzt ausgedrückt. Natürlich variiert die Dichte u.a. auch nach Salzgehalt, aber eben nicht so sehr, dass aus einer Dichte von 1 eine Dichte von 2 wird oder eben von 0,5. Eis hat eine Dichte von etwa 0,9 und schwimmt deshalb oben, während Wasser mit 3,5 Prozent Salzgehalt eine Dichte bei etwa 1,03 besitzt. Aber diese Abweichungen von 1 sind nicht so gravierend, dass man nun von einer erheblich anderen Dichte des Wassers am Grund des Ozeans von Europa ausgehen müsste.

    So, mir reicht´s jetzt auch. Und tschüß…

    Schade, ich hätte gern noch einige Argumente von Dir gelesen, die für die Entstehung von Leben auf Europa sprechen. Bislang kamen nur Belege, die für die Habitabilität sprechen, nachdem dort Lebewesen vorhanden sind.

    Natürlich könnte man annehmen, dass über Transspermie extremophile Mikroben von der Erde dorthin gelangt sind und sich dann dort – meinetwegen über die postulierten Kontaktzonen – etabliert haben. Auch wenn ich kein Verfechter dieser Hypothese bin, sehe ich dieses Szenario nicht für ganz so aussichtslos an wie für Panspermie.

    Es könnte also sein, dass das was wir vielleicht doch einmal an Leben auf Europa finden sollten, seinen Ursprung auf der Erde hat. Dann wäre Europa zwar keine Wiege des Lebens, aber dennoch ein bereits erschlossener und besiedelter Lebensraum.

    @ Alderamin:

    Danke für die Richtigstellung. Dann hat sich mein diesbezüglicher Einwand folglich erledigt. 🙂

  31. #44 Alderamin
    8. Oktober 2014

    @myself

    In 100 km Tiefe herrscht dort ein Druck von 1345 bar

    Dazu kommt noch das Gewicht des Eises, das 10-15 km dick sein soll, also grob überschlagen nochmal gute 10% mehr.

    Dann dürfte es dort unten auch nicht besonders heiß sein, sondern Wasser hat bei 4°C seine geringste Dichte und das ist daher auch die Temperatur an den tiefsten Stellen der irdischen Ozeane, weltweit. Gilt natürlich nicht in der Nähe von vermutlich vorhandenen heißen Quellen auf Europa.

  32. #45 Hoffmann
    8. Oktober 2014

    @ Alderamin:

    Hier ist Dir ein kleiner Lapsus unterlaufen:

    Wasser hat bei 4°C seine geringste Dichte

    Du meinst natürlich, dass Wasser bei 4°C seine höchste Dichte hat und deshalb bis zum Grund absinkt. 😉

  33. […] Beitrag ist das Ergebnis einer Diskussion, die hier […]