Außerirdisches Leben. Dieses Thema beschäftigt uns Menschen schon seit Jahrtausenden. Zu Recht – denn wer wll nicht wissen, ob wir das einzige in diesem Universum sind, das lebt? Historisch und auch aktuell-popkulturell denken wir bei „Außerirdischen“ natürlich immer sofort an irgendwelche Typen in Raumschiffen. Oder exotische Alien-Städte auf fernen Planeten. Aber eher nicht an Chlorogloeopsis fritschii oder Chroococcidiopsis thermalis. Was zwar durchaus außerirdische klingt, aber trotzdem die Namen sehr irdischer Lebewesen sind. Die uns aber dennoch was über Aliens verraten könnten. Die beiden Namen bezeichnen bestimmte Arten von Bakterien. Und die wurden kürzlich verwendet um zu erforschen, wie Leben auf anderen Planeten überhaupt funktionieren kann.
Sollte es da draußen irgendwo eine echte „zweite Erde“ geben, dann ist alles vergleichsweise einfach. Aber bis jetzt haben wir so etwas noch nicht gefunden. Wir kennen (noch) keinen Planeten auf dem genau die gleichen Bedingungen herrschen wie bei uns. Was unter anderem auch daran liegt, dass dafür nicht nur eine „zweite Erde“ nötig ist, sondern auch eine „zweite Sonne“. Und sonnenähnliche Sterne sind jetzt zwar nicht unbedingt selten. Aber eben auch nicht häufig. Die überwiegende Mehrheit der Sterne im Universum sind sogenannte „Rote Zwerge“. Also Sterne, die weniger Masse haben als die Sonne und daher auch schwächer leuchten. Würde die Erde nicht die Sonne umkreisen, sondern einen roten Zwerg, dann wäre es hier lebensfeindlich kalt. Kein Problem, sollte man denken: Dann müssen wir halt einen Planeten suchen, der einen roten Zwerg sehr viel näher umkreist als es die Erde bei der Sonne tut. Dann passt es auch mit der Temperatur.
Aber so einfach ist es eben nicht. Es kommt nicht nur auf die Temperatur an, sondern auch auf die Art des Lichts das die Oberfläche eines Planeten erreicht. So ein roter Zwerg hat ein paar tausend Grad weniger als die Sonne. Und heißt deswegen „rot“, weil er den Großteil seines Licht im roten Bereichs des Spektrums abstrahlt beziehungsweise in dem für unsere Augen nicht mehr sichtbaren infraroten Bereich. Auf der Erde bilden Lebewesen wie Pflanzen, Algen und Bakterien die Grundlage der Nahrungskette, die gelernt haben, Photosynthese zu betreiben. Sie können die Energie des Sonnenlichts nutzen um chemische Energie herzustellen und als Abfallprodukt ihres Stoffwechsel setzen sie Sauerstoff frei. Aber würde das auch auf einem Planeten funktionieren, der einen roten Zwerg umkreist?
Genau das haben italienische WissenschaflerInnen kürzlich untersucht („Super-Earths, M Dwarfs, and Photosynthetic Organisms: Habitability in the Lab“). Sie haben im Labor das Lichtspektrum eines roten Zwergs nachgebaut. Und untersucht, wie gut diverse Mikroorganismen damit klar kommen. Nämlich die beiden schon erwähnten Cyanobakterien Chlorogloeopsis fritschii und Chroococcidiopsis thermalis, und zusätzlich auch noch Synechococcus PCC 7335 und Synechocystis sp. PCC 6803. Die ersten drei Arten können spezielle Chlorophyll-Varianten bilden, mit denen sie auch infrarotes Licht verwerten können. Synechocystis kann das nicht und dient als Kontrolle des Experiments.
Hier auf der Erde findet man Chlorogloeopsis fritschii vor allem in heißen Quellen und extrem salzigen Seen. Chroococcidiopsis thermalis hat man in einer Bodenprobe aus Deutschland entdeckt, seine Verwandten leben aber ebenfalls gerne in heißen Quellen. Können aber auch heiße oder kalte Wüsten als Lebensraum nutzen, Salzwasser und Frischwasser, und so weiter. Kurz: Es sind zähe Lebewesen die es fast überall aushalten. Synechococcus hat man aus der Schale einer Meeresschnecke gefunden, die in der Gezeitenzone der Küsten lebt. Dieses Bakterium ist also an wechselnde Feuchtigkeits- und Helligkeitsbedingungen gewöhnt.
Wie haben sich die Mikroorganismen nun im Experiment geschlagen? So:
Von links nach rechts sieht man das Wachstum der Bakterien nach 0, 72 und 240 Stunden, aufgeteilt nach Sonnenlicht („G2“), Licht eines roten Zwergs („M7“) und nur Infrarotlicht (FR). Die vier Reihen stellen die 4 Mikroorganismen dar, mit der Kontrolle ganz oben. Man sieht sofort, dass es zwischen Sonne und Rotem Zwerg keinen Unterschied gibt. Alle Bakterien wachsen gleich gut, was ein wenig überraschend war (dazu später mehr). Was man nicht ganz so gut erkennen kann: Im Infrarotlicht wachsen erwartungsgemäß nur die Bakterien die in der Lage sind, dieses Licht auch zu verwerten. Es scheint so, also kämen die Bakterien gut damit klar, nur die Teile des Lichts des roten Zwergs zu verwenden, die sie auch von der Sonne kennen. Sie ignorieren also die infraroten Anteile und verwenden nur die normalen, sichtbaren Teile des Lichts. Ob sie darüber hinaus in der Lage sind, auch infrarotes Licht zu verwerten, scheint keine Rolle für das Wachstum im Licht eines roten Zwerges zu spielen.
Was heißt das jetzt? Dass ein roter Zwerg auf seinen Planeten ebenso gute Bedingungen für die Entwicklung von Leben bietet wie die Sonne? Nicht unbedingt! Rote Zwerge sind klein, aber hinterhältig. Sie sind sehr viel aktiver als größere Sterne, wie unsere Sonne. Was daran liegt, dass hier der ganze Zwerg „konvektiv“ ist. Soll heißen: Das Material aus dem der rote Zwerg besteht, wird komplett durchgemischt. Aus dem Kern steigt heißes Material bis an die Oberfläche, kühlt aus und sinkt wieder zurück. Bei der Sonne ist nur der äußere Bereich konvektiv; die Materieströme sind hier geringer. Beim roten Zwerg führen die großen Umwälzungen zu starker Sternaktivität und zu jeder Menge harter Strahlung, die ein Planet in seiner Nähe voll abkriegt. Was für etwaiges Leben im Allgemeinen nicht so gut ist. Aber sollte die Atmosphäre ausreichend dick sein; sollte es ein sehr starkes Magnetfeld geben – dann könnte das als Abschirmung vielleicht ausreichen.
Oder vielleicht haben sich die Mikroorganismen in einem ausreichend tiefen Ozean angesiedelt, der sie abschirmt. Es läuft wieder auf das hinaus, was bei diesem Thema immer schon gegolten hat: Wir wissen es nicht. Wir haben keinen potentiell lebensfreundlichen Planeten entdeckt und daher auch noch keinen aus der Nähe beobachtet. Aber zumindest wissen wir jetzt, dass es konkrete Lebewesen gibt, die mit dem Licht anderer Sterne klar kommen können. Und können probieren, mit diesem Wissen vielleicht abzuleiten, welchen Einfluss solche Mikroorganismen mit ihrem Stoffwechsel auf die Zusammensetzung einer Atmosphäre haben. Und wenn unsere Teleskope einmal gut genug sind, um fremde Atmosphäre zu untersuchen, dann finden wir die Dinger. Sofern es sie gibt…
du schreibst: „Bei der Sonne ist nur der innere Bereich konvektiv“ … lt. Wikipedia ist es der äußere Bereich, ab 71% des Radius‘.
Danke! So wars auch gemeint!
Manche Einzeller kommen aber auch mit recht hohen Strahlendosen zurecht. So etwas könnte es also auf einem Planeten, der einen Roten Zwerg umkreist, auch geben.
Was höheres Leben angeht, so könnte das Probleme damit haben, dass ein dermaßen sonnennaher Planet ähnlich wie unser Mond vermutlich gebunden rotieren würde mit einer ewigen Tag- und einer ewigen Nachtseite.
Unter welchen Umständen könnte übrigens in einem engen Orbit um einen Roten Zwerg kreisender Planet zu einer 2:3-Resonanz gelangen? Durch Mascons, also ungleichmäßige Verteilung der Masse?
Hallo Florian, danke für deine immer wieder interessanten Artikel.
Kleine Anmerkung, es sollte wohl 0, 72 und 240 Stunden heißen. Und M7 statt M2
LG, Christian
Ich meine, dass es ein großer Irrtum ist, zu glauben, dass die Existenz von Leben und seine Entstehung unter denselben Bedingungen stattfinden könnte.
Es sieht eher danach aus, dass für das Zustandekommen sehr viel mehr Bedingungen erfüllt sein müssen als beim Fortbestand. Dazwischen liegt ein langer und extrem selektiver Anpassungsprozess. Wahrscheinlich gibt es nur wenige Pfade für die Entstehung, aber sehr viele für die Anpassung an davon abweichende Bedingungen. Siehe hierzu:
https://de.wikipedia.org/wiki/Chemische_Evolution
Mir ist immer noch nicht klar, warum man untersuchen will, ob irdisches Leben unter den Bedingungen eines anderen Sterns leben könnte. Ich halte schon die Frage für akademisch.
Das Leben auf der Erde ist, wie es ist, weil sich unsere Vorfahren 3 Mrd. Jahre lang an die hiesigen Verhältnisse hier angepasst haben (oder ausgestorben sind). Dasselbe würde, wenn überhaupt, auf einem anderen Planeten unter den dortigen Bedingungen passieren müssen. Mit dem Leben, wie wir es hier kennen, wird das eher nichts zu tun haben. Chlorophyll-basierte Photosynthese funktioniert hier toll, weil Chlorophyll das Spektrum _unseres_ Stern optimal nutzt. Sollte es mal Lebewesen mit einer anderen, weniger effizienten Energiequelle gegeben haben, sind sie ausgestorben.
Unter dem Licht eines Roten Zwergs müssten sich andere Moleküle finden mit einem optimalen Effizienzbereich irgendwo im roten / infraroten Licht. Solches Leben sähe biochemisch ziemlich sicher ganz anders aus.
Oder habe ich die Fragestellung nicht verstanden?
@Harald: „Mir ist immer noch nicht klar, warum man untersuchen will, ob irdisches Leben unter den Bedingungen eines anderen Sterns leben könnte.
Weil wir nicht nach Leben suchen können, das anders funktioniert. Nicht weil wir nicht wollen, sondern weil es nicht geht. Wir wissen nur, wie eine Art von Leben funktioniert: Nämlich das hier auf der Erde. „Anderes“ Leben kann es natürlich geben. Aber wir haben keine Ahnung, wie wir es irgendwo bemerken sollten, wenn es existiert. Also macht es keinen Sinn, danach zu suchen.
Kleine Ergänzung zum einmal mehr spannend großartigen Artikel vor allem für die Mitleser, die noch recht neu in der überaus spannenden und inspirierenden Welt der Astronomie angekommen sind.
Wenn der Rote Zwergstern auch noch ein Flare-Stern ist (1), also nicht nur harte Strahlung absondert, könnte noch dieses Detail gegeben sein. Nämlich, dass es dort keine Atmosphäre mehr gibt oder nie eine gegeben hatte.
Das kleine Proxima Centauri System ist so ein System. Prox.-Cent. ist ein Flare Stern, bei dem es fraglich ist, ob es auf Prox.-Cent.-b überhaupt noch eine Atmosphäre gibt.
Besser sieht es da meines (bescheidenen) Wissens nach im TRAPPIST-01 System(chen) (2) aus, da TRAPPIST01 ein ruhiger Roter Zwergstern ist und sogar noch kleiner als Prox.-Cent. ist. so dass auf TRAPPIST01-d bis -f (3) eine der größten Wahrscheinlichkeiten für Exoleben existiert.
(1) Flares entstehen durch das Verdrillen der Magnetfelder. Entlang der Magnetfelder sammelt sich Materie und wenn die Verdrillung der Felder zu groß wird, platzt die Materieansammlung gleichermaßen auf. Das ergibt einen Flare.
Rote Zwergsterne haben auf Grund ihrer zumeist weitaus höheren Rotationsgeschwindigkeit als unsere Sonne teils bis zu Tausende-mal stärkere Flares als unsere derzeit verglichen damit noch „lieblich-friedliche“ Sonne.
Bei den meisten Sonnensystemen, deren terrestrische Planeten ihr Muttergestirn in der habitablen Zone umkreisen, dürfte es daher auch keine Atmosphäre (mehr) geben.
(2) In seiner Gesamtausdehnung ist das TRAPPIST01-System(chen) ca 39.9 Lichtjahre von hier im Sternbild Aquarius nicht größer als das System Jupiter und alle dort bekannten Monde.
Exomonde dürfte es in diesem System nicht geben.
Ein hypotetisches intelligentes Alien dürfte sich dort denken, wenn es unser Sonnensystem studiert:
„Heilige Sc.BLEEEP, wie können die in ihrem Megasystem überhaupt interplanetare Raumfahrt betreiben?“.
Alle Planeten im TRAPPIST01-Systemchen sind terrestrisch, darunter einige kleinere Supererden als auch einige eher marsgroße.
Auf jedem der dortigen Planeten könnte man die anderen sechs Planeten bis zu fast (erd)mondgroß am Himmel sehen.
(3) Da alle Planeten dort gleichzeitig entdeckt wurden, konnten hier die Buchstaben auch entsprechend der Orbits von innen nach außen aufsteigend vergeben werden, was bei den meisten anderen Exosystemen nicht der Fall ist.
@Florian Freistetter:
Da haben wir wieder einmal das Bild des Betrunkenen, der seinen Haustürschlüssel im Scheine einer Straßenlaterne sucht – nicht, weil er ihn unter der Laterne verloren hätte, sondern weil es dort Licht gibt.
Allerdings entwertet diese Überlegung auch die Suche nach den Gründen, wieso die Naturkonstanten anscheinend so fein darauf abgestimmt, uns hervorzubringen. Ohne dem Universum eine Absicht unterstellen zu wollen, so waren die Bedingungen darauf ausgelegt, dass wir haben entstehen können, um uns nun die Frage zu stellen, wieso das Universum genau so ist und nicht anders.
Denn: Wären die Bedingungen anders, gäbe es im gesamten Universum entweder gar kein intelligentes Leben, oder es sähe zumindest ganz anders aus wir (und ein wenig anders als wir im aktuellen kann halt sowieso niemand ausschließen). Diese Leute würden sich dann auch ihre Denkapparate darüber zerbrechen, wieso das Universum genau so fein abgestimmt wäre, um sie hervorbringen zu können.
@Captain: Da haben wir wieder einmal das Bild des Betrunkenen, der seinen Haustürschlüssel im Scheine einer Straßenlaterne sucht – nicht, weil er ihn unter der Laterne verloren hätte, sondern weil es dort Licht gibt.
Dann schlag doch ne Alternative vor? Die Astrobiologie ARBEITET JA daran, „anderes“ Leben zu verstehen. Aber das ändert nichts daran, dass man nicht nach etwas suchen kann, wenn man nicht weiß, was es ist, dass man sucht…
Das Problem bei roten Zwergsternen ist ja weniger, dass Planeten ihren Stern sehr nahe sein müssen, um in der habitablen Zone zu sein und sie damit gelockt sind. Das lässt sich mit entsprechend dicker Atmosphäre ausgleichen, die die Wärme gut verteilen kann.
Das Problem sind die regelmäßigen Ausbrüche des roten Zergstern (wie ja im Artikel besprochen). Proxima Centauri ist ja da ein Paradebeispiel und so sind sie alle (auch die Alten).
Wie ein Planet hier Atmosphäre oder Wasser halten kann, ist mir ein Rätsel. Ein starkes Magnetfeld würde sicher helfen, aber das muss schon sehr stark sein und wie ein Planet der gelockt ist das aufbauen soll (nämlich ein sehr starkes Magnetfeld), ist mir auch ein Rätsel.
Ich befürchte Leben um Rote Zergsterne ist eher die absolute Ausnahme. Maximal weiter draussen in Eiswelten, ähnlich den Überlegungen bei unseren Eismonden. Aber höheres Leben wahrscheinlich gar nicht. Damit würden für Alien-Zivilisationen schon die Mehrheit an Sternen wegfallen.
@Capt’n:
Vorsicht mit dem anthropischen Prinzip. Das führt oft in die Irre. Wenn ich einen 100-kg-Sack mit Centmünzen aus dem Fenster schippe und der Geldregen unten auf die Straße prasselt, dann kann es passieren, daß am Ende eine Centmünze auf dem Rand stehenbleibt. Daraus aber abzuleiten, daß „die Naturkonstanten anscheinend so fein darauf abgestimmt sind, eine auf dem Rand stehende Münze hervorzubringen“, ist ein Steptanz eines Elefanten mit Spikes auf einem sehr dünnen Eis.
@Bullet:
Wohl wahr, aber mir musst du das nicht sagen. Immerhin hast du mein „anscheinend“ mit zitiert.
Ehrlich gesagt (und ohne den entsprechenden Wissenschaftlern ins Handwerk pfuschen zu wollen), kommen mir diese Erwägungen zur „Feinabstimmung“ vor wie die Diskussionen früherer Zeiten, wie viele Engel auf einem Stecknadelkopf tanzen können. Mir fehlt da ein wenig die Phantasie, wohin das führen soll – abgesehen von einer Erweiterung des Begriffs „Universum“ zum „Multiversum“. Aber auch da gilt: Was brächte es uns? Universum mit anderen Naturkonstanten wären eher nicht für uns Menschen geeignet.
@Florian Freistetter:
Können vor Lachen!
Aber wieso hast du das als Kritik aufgefasst? Das ganze Bild mit dem Besoffenen, der seinen Schlüssel unter der Laterne sucht, obwohl er ihn fast sicher woanders verloren hat, soll doch die frustrierende Tatsache verdeutlichen, dass niemandem eine bessere Suchmethode eingefallen ist. Etwas anderes hatte ich auch nicht sagen wollen.
Meines Wissens hat das Magnetfeld mit der Rotation des Planeten eher nicht so viel zu tun, sondern mit der Konvektion des flüssigen Metalls im äußeren Erdkern.
Diese Konvektion wird durch die Hitze angetrieben, die im inneren Kern durch radioaktiven Zerfall und durch Kristallisationswärme entsteht. D.h. das Magnetfeld hängt vor allem davon ab wie viel Masse der Planet hat und wie viel radioaktive Elemente er enthält.
D.h. eine Supererde mit ein paar Erdmassen ist bei einem roten Zwerg gar kein so schlechter Kandidat für einzelliges Leben, da die höhere Masse nicht nur ein stärkeres Magnetfeld begünstigt, sondern auch eine dickere Atmosphäre. Wie das mit vielzelligem- oder gar intelligenten Leben aussieht, steht aber auf einem ganz anderen Blatt.
Sehr interessant, hätte ich jetzt nicht erwartet, dass die Bakterien mit dem Licht eines roten Zwerges zurecht kommen.
@Captain E.
Du gehst davon aus das die Naturkonstanten nur genau EINE Art von Leben hervorbringen können. Und jede andere Art der Energiegewinnung auf anderen Gesetzes basieren muss.
Das ist schonmal eine widerlegte und damit grottenfalsche Annahme. Energiegewinnung kann auch durch Gammastrahlung passieren…theoretisch. Genau nach den Gesetzen unsere Physik und Chemie. Leben das also auf Zerfallsprodukte setzt um seinen Stoffwechsel zu versorgen, würde völlig anders aussehen. Theoretisch würde es sich dann in der Korona eines Sterns bilden. Und das ohne im Widerspruch zu irgendeinem Naturgesetz zu stehen.
Daher sind nicht die Naturgesetze für das Leben optimiert wie wir es kennen, sondern das Leben hat sich eine von vielen Wegen geschnappt um mit diesen Naturgesetzen klar zu kommen.
Wir sind noch soweit weg in der Forschung, das wir aktuell bestenfalls nette Phantasien entwickeln können, welche Formen an Leben im Spektrum der EM-Strahlung möglich sind.
@chefin:
Nein. Wie kommst du denn überhaupt zu der Ansicht?
Im Rahmen der Naturgesetze gibt es eine Reihe von unterschiedlichen Ansätzen. Was dem einen Exkremente sind, ist für den anderen Nahrung. So sind beispielsweise überhaupt er die Eukaryoten entstanden. Du und ich nehmen auch kein Sonnenlicht auf, obwohl fast alle Pflanzen diesen Trick beherrschen. Überhaupt hat das erste Leben eher von energiereichen Mineralien gelebt als von der Sonne, bis die ersten Einzeller auf den Trichter gekommen sind, ihre benötigte Energie in Form von Strahlung aufzunehmen. Dafür war Sauerstoff ein Abfallstoff, der als freies Radikal ein gefährliches und zu entsorgendes Zellgift war (und nach wie vor ist). Dieses hat sich während seiner Anreicherung in der Atmosphäre als echter Killer erwiesen und viele der damaligen Lebewesen ausgerottet. Am Ende haben sich dann aber wiederum Lebensformen entwickelt (Tiere & Pilze), die den freien Sauerstoff überhaupt erst benötigen, um aus der Nahrung die Energie zu gewinnen.
Der Punkt ist aber: All die verschiedenen Lebensformen, die es auf der Erde gibt oder gegeben hat plus die noch exotischeren, die es sonst irgendwo im Universum geben mag, haben sich unter den Naturgesetzen entwickelt, die nun einmal gelten. Theoretisch mögliche Änderungen an diesen Gesetzen, und seien sie noch so klein, hätten dieses Leben aber von vornherein unmöglich gemacht. Wenn man sich also ein Universum mit einer ein klein wenig anderer Feinabstimmung vorstellt, dann könnte es dort tatsächlich Leben geben. Es sähe nur nicht so aus wie das, das wir kennen.
Ja und nein. Ja, das Leben hat sich verschiedene Nischen erschlossen. Und nein, denn mit anderer Feinabstimmung hätte all diese Nischen niemals gegeben. Das Universum sähe selbst bei kleinsten Änderungen ganz schön strange anders aus.