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Spiralgalaxie mit ungewöhnlicher Anatomie

Woran man außerirdisches Leben erkennt

Tiere, Pflanzen, Bakterien und künstliches Leben haben nach Ansicht dreier Forscher eine wichtige Eigenschaft gemeinsam: Sie alle weisen eine "Signatur des Lebens" auf - sie soll nun bei der Suche nach außerirdischen Lebensformen helfen.

Exobiologie 14.01.2011

Die Chemie von Gaia

Geschätzte 70 Trilliarden Sterne gibt es im Universum. Es wird vermutlich der eine oder andere darunter sein, dessen planetare Begleiter, sofern vorhanden, lebensfreundliche Bedingungen aufweisen. Angesichts der Größe dieser Zahl kann es eigentlich gar nicht anders sein. Die Frage ist nur: Wie kann man erkennen, ob ein extrasolarer Planet Lebewesen beherbergt? Der Chemiker und Mediziner James Lovelock gab in den 60er Jahren eine Antwort.

Er sagte: Lebewesen verändern die Chemie eines Planeten, sie hinterlassen dort so etwas wie einen biotischen Fingerabdruck. Lovelock ging sogar so weit zu behaupten, dass ein Planet mit den auf ihm lebenden Organismen eine Symbiose eingehe und als globaler Superorganismus betrachtet werden könne. Diese sogenannte Gaia-Hypothese ist umstritten. Dass die Atmosphären-Chemie etwas über die An- oder Abwesenheit von Leben erzählen kann, würde heute allerdings jeder Astrobiologe unterschreiben.

Das "Lego-Prinzip"

Im Detail freilich spießt es sich bei der Frage, wonach man überhaupt Ausschau halten soll. Der US-Planetenforscher Chris McKay betrachtet das "Lego-Prinzip" von Lebewesen als wesentlichen Ansatzpunkt: Die Lebewesen auf der Erde sind aus chemischen Bausteinen aufgebaut - Zucker, Aminosäuren, Lipide usw.

Allerdings ist die uns bekannte Biochemie selektiv: Sie verwendet nur eine relativ kleine Auswahl der chemisch möglichen Verbindungen. Und genau das ist nach McKays Ansicht der entscheidende Unterschied zwischen belebten und unbelebten Chemien.

Statistische Bio-Signatur

Die Studie

"Monomer abundance distribution patterns as a universal biosignature: Examples from terrestrial and digital life" erscheint im "Journal of Molecular Evolution" (zum Preprint der Studie).

Evan Dorn vom California Institute of Technology hat nun einen neuen Vorschlag in die Diskussion eingebracht. Seiner Ansicht nach können Lebensformen theoretisch auch die ganze Bandbreite der Chemie ausnützen, folglich müsse das gesuchte Unterscheidungsmerkmal subtiler sein. Wie Dorn mit seinen zwei Kollegen Kenneth Nealson und Christoph Adami in einer aktuellen Studie schreibt, hilft die Statistik bei der Suche nach extraterrestrischen Lebewesen.

Die drei US-Forscher haben die molekularen Bestandteile von natürlichen chemischen Synthesen, Meteoriten, Sedimenten und Wasserproben verglichen und dabei einen Fingerabdruck der Bio-Chemie gefunden. Bei den belebten Proben sind nämlich komplexere bzw. energetisch aufwändig herzustellende Moleküle überrepräsentiert.

Aus Sicht der Physik ist das kein besonders überraschendes Ergebnis, weil sich Leben definitionsgemäß nicht im thermodynamischen Gleichgewicht mit seiner Umwelt befindet und daher Reserven für exotische, unwahrscheinliche Reaktionswege nützen kann. Doch Dorn und sein Team haben die gleiche Signatur auch in einem ganz anderen Gebiet entdeckt: bei künstlichen Lebensformen im Computer.

Suchvorlage für Exobiologen

John Maynard Smith: Evolutionary biology - byte-sized evolution, Nature (Bd. 355, S. 772).

"Bis jetzt hatten wir nur die Möglichkeit, eine Evolution zu untersuchen und wir können nicht darauf warten, dass uns das interstellare Licht eine zweite zuträgt. Wenn wir generell gültige Eigenschaften evolvierender Systeme finden wollen, müssen wir unseren Blick auf künstliche Systeme richten."

Dieser Satz stammt vom britischen Evolutionsbiologen John Maynard Smith. Dorn und Co haben ihn sich zu Herzen genommen und die "Avida Digital Life Platform" untersucht, in der sich selbst vermehrende Computerprogramme um eine zentrale Ressource konkurrieren, nämlich die Rechenzeit des CPU. Die Folge des kompetitiven Settings ist eine künstliche Evolution. Und dabei bildet sich offenbar ein typisches Verteilungsmuster von Programm-Instruktionen aus, wenn man so will: eine "Biosignatur" im elektronischen Silizium-Ökosystem.

Ö1-Sendungshinweis

Celestia - Gratisreise zu den Sternen, Digital.Leben, 11. Jänner 2011, 16:55 Uhr

Dorn sieht das als Hinweis, dass es so eine Signatur bei allen Lebensformen gibt - und man folgerichtig bei astrobiologischen Forschungsprojekten vor allem danach Ausschau halten sollte. Lohende Orte für die Suche nach außerirdischem Leben sind laut dem Physiker Freeman Dyson die Monde des Jupiter, der Kuipergürtel sowie die Oortsche Wolke.

Robert Czepel, science.ORF.at

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