Wie könnte das Leben durch das Universum wandern?

Als wir merkten, dass es einen extrasolaren Eindringling gab, hatte 'Oumuamua, benannt nach dem hawaiianischen Wort für „Kundschafter“, bereits seinen sonnennächsten Punkt passiert und verschwand ebenso schnell und heimlich, wie er angekommen war. Wir sprechen über die erste Sichtung eines Asteroiden aus einem anderen Bereich der Galaxie im Jahr 2017, eines Boten aus fernen Welten. Was wissen wir über diesen dunklen, wahrscheinlich zigarrenförmigen Splitter, der unser Sonnensystem mit einer Flugbahn und Geschwindigkeit besuchte, die es ihm ermöglichte, ihn so schnell zu verlassen?

Sehr wenig. Wir wissen, dass es nicht aus Eis bestand, also muss es sich um Felsgestein handeln. Es zündete nicht wie ein Komet, als es sich der Sonne näherte. Wir wissen, dass es keine elektromagnetische Strahlung aussendet. Die leistungsstärksten Radioteleskope haben keine Spur davon gefunden. Seine Umlaufbahn ist gravitativ und wird durch die Anziehungskraft der Sonne bestimmt; Eine kleine, nicht träge Komponente kann durch die Wirkung des Strahlungsdrucks in der Nähe unseres Sterns erklärt werden. Wir wissen, dass seine Geschwindigkeit vor seinem Eintritt in das Sonnensystem mit den charakteristischen Geschwindigkeiten der Himmelskörper in der Region der Milchstraße, zu der unser Sonnensystem gehört, kompatibel war. Dadurch können wir die Annahme ausschließen, dass er von einem der Dutzend Sterne stammt, die uns am nächsten sind, da seine Geschwindigkeit zu hoch gewesen wäre. Wir haben jedoch vier weiter entfernte Sterne identifiziert, an denen es in den letzten Millionen Jahren vorbeigezogen sein könnte, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die niedrig genug war, dass es aus einem dieser Sternsysteme stammen könnte.

Wir wissen also nicht genau, woher es kommt, ob es bereits in unserem Sonnensystem war, wie viele andere Systeme es besucht hat und welche Zusammensetzung es hat. Einer Hypothese zufolge könnte es sich um ein Fragment eines durch Gezeiteneffekte zerstörten Exoplaneten handeln. In diesem Fall wäre es ein Objekt, das viel seltener ist als Asteroiden des Hauptgürtels oder Objekte aus der Oortschen Wolke, die direkt aus dem ursprünglichen Nebel entstanden sind. Sicher ist, dass Fragmente wie 'Oumuamua in Zeiträumen in der Größenordnung von Millionen oder mehreren zehn Millionen Jahren verschiedene Sternensysteme in Kontakt bringen können. Eine Schätzung geht sogar davon aus, dass täglich 10.000 extrasolare Asteroiden die Umlaufbahn von Neptun kreuzen.

Auf Zeitskalen in der Größenordnung von Millionen oder mehreren zehn Millionen Jahren können Fragmente wie Oumuamua verschiedene Sternensysteme in Kontakt bringen.

Es wäre interessant, eines davon zu erkunden, um zu sehen, woraus es besteht. Diese Art von Asteroiden scheint die Art von Vektor zu sein, die geeignet ist, Leben im Winterschlaf von einem Teil der Galaxie in einen anderen zu transportieren. Obwohl eine Weltraummission dieser Art aufgrund der Geschwindigkeit, mit der sich diese Fragmente bewegen, schwierig wäre, wäre sie nicht unmöglich, wenn man bedenkt, dass sich unsere Beobachtungsfähigkeiten in Zukunft erheblich verbessern werden, sodass wir diese Körper früher als bisher identifizieren können in der Lage, 'Oumuamua zu identifizieren. Eine andere Idee hat mit der Möglichkeit zu tun, dass einige dieser extrasolaren Objekte in unserem Sonnensystem gefangen sind, nachdem sie bei einer engen Begegnung mit Jupiter einen Teil ihrer Energie verloren haben; einige Kandidaten wurden bereits identifiziert. Dieser Ansatz würde die Durchführung einer Erkundungsmission erheblich erleichtern.

Allerdings kommunizieren und tauschen auch die Planeten in unserem eigenen Sonnensystem relativ schnell Material aus. Nicht jeder weiß, dass wir hier auf der Erde etwa zehn Gesteinsproben vom Mars haben, auch wenn es noch keine Mission gab, die Material von diesem Planeten zurückgebracht hat. Beim Meteoritenbeschuss auf dem Mars entstehen Fragmente, die aufgrund der dünnen Atmosphäre in den Weltraum geschleudert werden können. Einige von ihnen können die Erde erreichen, unsere Atmosphäre durchdringen und wie normale Meteoriten fallen. Durch den Vergleich der Isotopenzusammensetzung verschiedener Meteoriten mit denen, die während der Robotermissionen der NASA zum Planeten auf dem Mars gemessen wurden, sind wir in der Lage, Marsmeteoriten zu identifizieren und von allen anderen zu unterscheiden.

Schließlich sollten wir bedenken, dass das Sonnensystem etwa 220 Millionen Jahre braucht, um sich um das Zentrum der Galaxie zu drehen. Seit seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren hat er den gesamten Umlauf etwa 20 Mal zurückgelegt. Das bedeutet, dass das neugeborene Sonnensystem in der Zeitspanne, in der das Leben auf der Erde entstand, mindestens drei vollständige Kreisläufe vollzog und dabei mit Fragmenten entfernter Sternensysteme in Kontakt kam.

Im Jahr 2019 nahm ich an einer Breakthrough Discuss-Konferenz in Berkeley zum Thema „Migration des Lebens im Universum“ teil. Das Konferenzthema verwirrte mich: Wir wissen fast nichts über das Leben im Universum, dachte ich, wie könnten wir also über die Migration des Lebens sprechen? Aber wenn ich mich an die Beobachtung von 'Oumuamua erinnere, habe ich teilgenommen und bin froh, dass ich es getan habe. Ich war überrascht von der wissenschaftlichen Qualität der Vorträge und von der enormen Faszination des Themas. Das Leben braucht wahrscheinlich keine riesigen, felsigen Raumschiffe, um von einem Planetensystem in ein anderes zu gelangen. Angesichts der winzigen Größe von Bakterien, den kleinsten lebenden Organismen, die wir kennen, oder sogar Viren, die in Bakterien leben und sich vermehren können, können wir uns auch andere Mechanismen vorstellen, die für diese Art des Transports geeignet sind.

Mikroskopisch kleine Eiskristalle und Staub beispielsweise, die Bakterien und Sporen enthalten, die den Bedingungen im Weltraum standhalten, können sich aus Bereichen der oberen Atmosphäre eines Planeten in den Weltraum ausbreiten. Wenn die Dimensionen mikroskopisch klein werden, entscheidet das Verhältnis zwischen der Gravitationskraft, die von der Masse abhängt, und dem Schub durch die Sternstrahlung, der von der Oberfläche abhängt, zu Gunsten der Letzteren. Es ist, als würde ein Planet eine Duftspur hinterlassen. Planetenstaub, der Leben im Winterschlaf enthält, kann durch Strahlung so weit getrieben werden, dass er hohe Geschwindigkeiten erreicht und sich über ein bestimmtes Sternensystem hinaus bewegt und sich auf andere Systeme oder Nebel ausbreitet, wo er geeignete Bedingungen für die Fortpflanzung und Entwicklung finden kann. Wir sind es gewohnt, den Weltraum als riesig und größtenteils leer zu betrachten, völlig ungeeignet für das Leben. Vielleicht sollten wir unsere Meinung ändern. Der Weltraum ist weniger leer, als wir vielleicht denken. In Wirklichkeit kommunizieren die verschiedenen Teile der Galaxie durch den Austausch von Material in Zeitskalen, die mit denen der Entstehung von Leben auf unserem Planeten vergleichbar sind.

Wir kennen verschiedene Lebewesen, die extrem lebensfeindlichen Bedingungen wie denen im Weltraum standhalten können: einem nahezu perfekten Vakuum, extremen Temperaturen und ionisierender Strahlung.

Aber wie ist es möglich, dass Leben im Weltraum überlebt? Nun ja, auch hier überrascht uns die Natur. Tatsächlich wissen wir von verschiedenen Lebewesen, die extrem lebensfeindlichen Bedingungen wie denen im Weltraum standhalten können: einem nahezu perfekten Vakuum, extremen Temperaturen und ionisierender Strahlung. Verschiedene Arten von Flechten, Bakterien und Sporen können überleben, verlieren ihr gesamtes Wasser und geraten in einen Zustand völliger Inaktivität – der extrem lange anhalten kann – aus dem sie wieder hervorgehen können, sobald sie sich in einer feuchten Atmosphäre befinden wieder. Tests dieser Art wurden auf der Internationalen Raumstation und in verschiedenen Labors durchgeführt. Sogar Plankton, das aus komplexeren Organismen besteht, zeigt die Fähigkeit, diesen unerschwinglichen Bedingungen zu widerstehen.

Ein wirklich außergewöhnlicher Fall sind die Bärtierchen. Diese sehr häufig vorkommenden Kleinsttiere sind etwa einen halben Millimeter lang und leben im Wasser. Sie haben acht Beine, einen Mund und ein Verdauungssystem sowie eine einfache Nerven- und Gehirnstruktur. Sie sind auch in der Lage, sich sexuell zu vermehren. Sie kommen in der Natur in tausenden verschiedenen Varianten vor und verfügen über einen Stoffwechsel mit einzigartigen Eigenschaften. Um anhaltender Dürre standzuhalten, kann ihr Körper vollständig dehydrieren, dabei etwa 90 Prozent seines Wassers verlieren und sich zu einer winzigen, tonnenförmigen Struktur zusammenrollen. Mit anderen Worten: Es ist, als würden sie sich selbst gefriertrocknen. Sobald dieser Prozess abgeschlossen ist, verlangsamt sich ihr Stoffwechsel um das 10.000-fache. Das Erstaunlichste ist, dass sie jahrzehntelang in diesem Zustand bleiben können, nur um innerhalb von 20 bis 30 Minuten wieder aufzuwachen, sobald sie Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Aber es gibt noch mehr. Im dehydrierten Zustand können sie dem Vakuum des Weltraums sowie Drücken über dem normalen Atmosphärendruck, Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt oder Temperaturen bis zu 150 °C standhalten. Ihre Strahlungstoleranzschwelle liegt um ein Hundertfaches über der für den Menschen tödlichen Grenze. Das Geheimnis ihrer Härtungsfähigkeit liegt in einem Zucker, Trehalose, der auch in der Lebensmittelindustrie weit verbreitet ist. Beim Trocknen ersetzt dieser Zucker die Wassermoleküle in den Zellen und hinterlässt das Tier in einer Art verglastem Zustand.

Darüber hinaus wird die DNA des Bärtierchens durch ein Protein geschützt, das Strahlenschäden reduziert. Reichen diese Informationen aus, um anzunehmen, dass diese Mikrotiere aus dem Weltraum stammen? Ich würde nein sagen. Ihr ungewöhnlicher Stoffwechsel ist eher das Ergebnis einer evolutionären Anpassung, die auf unserem Planeten stattgefunden hat. Tatsächlich gehören Bärtierchen zu den ganz wenigen Lebewesen, die alle fünf Artensterben auf der Erde unbeschadet überstanden haben. Deshalb sind sie die besten Kandidaten für eine lange Reise ins All an Bord eines Meteoriten oder Kometen. In jüngster Zeit erlangten Bärtierchen durch die Beresheet-Mission, eine von Israel gestartete private Sonde, die Anfang April 2019 auf dem Mond abstürzte, in den Medien eine gewisse Bekanntheit. Die Sonde trug eine Kolonie dieser Mikrotiere in dehydriertem Zustand . Aufgrund ihrer mikroskopischen Größe ist es wahrscheinlich, dass sie den Absturz überlebt haben und noch lange Zeit inaktiv bleiben werden, um aus ihrem Winterschlaf wieder erweckt zu werden. Indem wir die israelische Sonde durch einen Asteroiden ersetzen, haben wir ein Paradebeispiel dafür, wie Leben auf die Erde gelangt sein könnte.

Oder wie Leben von der Erde auf andere Planeten in unserer Galaxie hätte wandern können.

Indem wir die israelische Sonde durch einen Asteroiden ersetzen, haben wir ein Paradebeispiel dafür, wie Leben auf die Erde gelangt sein könnte.

Das Problem der Entstehung des Lebens bleibt also offen, auch wenn wir Schritt für Schritt einer Lösung entgegenkommen. Im letzten Jahrzehnt haben uns immer leistungsfähigere Recheninstrumente ermöglicht, ausgehend von den ersten Prinzipien der Quantenmechanik die Entstehung immer größerer und komplexerer molekularer Systeme zu reproduzieren, die mittlerweile aus Tausenden von Atomen bestehen. Der Bereich der Computerbiologie wächst mit beeindruckender Geschwindigkeit; es ist jetzt nur noch eine Frage der Rechenleistung.

Gleichzeitig haben wir unsere Fähigkeit, DNA zu entschlüsseln und zu manipulieren, dramatisch weiterentwickelt, bis hin zur Schaffung der ersten vereinfachten Genomstrukturen, die aus lebenden Organismen stammen und sich reproduzieren können. Wir sprechen jetzt über synthetisches Leben, das auf von Menschen entworfener DNA basiert, einem Bereich mit enormen Entwicklungsaussichten.

Daher ist es wahrscheinlich, dass die Schaffung komplexer molekularer Strukturen, die für das Leben notwendig sind, oder die Bestätigung der Existenz von Inseln genomischer Stabilität in der Evolution viraler und bakterieller Arten Ziele sind, die in Zukunft in unserer Reichweite liegen werden. Dann verfügen wir über ein weiteres Werkzeug, um zu verstehen, wie sich das Leben auf der Erde entwickelt hat. Wer weiß? Vielleicht werden wir entdecken, dass Außerirdische besondere biologische Lebensformen sind, die seit Anbeginn der Zeit mit uns gelebt haben; und wir suchten sie auf dem Mars oder unter der eisigen Oberfläche der Jupiter- und Saturnmonde!

Roberto Battiston ist ein Physiker, der sich auf das Gebiet der experimentellen Fundamental- und Elementarteilchenphysik spezialisiert hat, sowohl mit Teilchenbeschleunigern als auch im Weltraum. Er ist Autor mehrerer Bücher, darunter „First Dawn“, aus dem dieser Artikel entnommen ist.