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Archive for the ‘Astrobiologie’ Category

Anzeichen für exotische Lebensformen in der Atmosphäre des Saturnmondes Titan?

Im Jahre 2004 erreichte die NASA-Sonde „Cassini“ nach einer langen Reise den Saturn und schwenkte in eine Umlaufbahn ein. Kurz danach setzte sie die europäische Sonde Huygens aus, welch in die Atmosphäre des mit über 5000 km Durchmesser größten Saturnmondes Titan eintauchte. Nach Abtrennung des Hitzeschildes landete Huygens an einem Fallschirm weich auf der Oberfläche. Während des Abstiegs und auch nach der Landung übertrug die Sonde eindrucksvolle Aufnahmen. Die Sonde Cassini absolvierte in den folgenden Jahren mehrere Vorbeiflüge am Titan und anderen Saturnmonden.

Nach einer 7-jährigen Reise erreichte die NASA-Sonde Cassini den Ringplaneten Saturn. Mit dabei war die europäische Sonde Huygens, die weich auf dem größten Saturnmod Titan landete. Quelle: NASA

Bei der Auswertung der Daten zeigten sich nun erstaunliche Anomalien in der Atmosphäre des Titan, welche als Hinweise auf exotische Lebensformen interpretiert werden können.

Titan ist trotz seiner extrem niedrigen Oberflächentemperaturen, die bei -180°C liegen, eine in vieler Hinsicht erstaunlich erdähnliche Welt. Es gibt Flüsse, Seen, Inseln, Küsten, Berge, Dünen und Eisvulkane.

Die Atmosphäre des Titans besteht wie die der Erde zum größten Teil aus Stickstoff (N2), enthält aber überhaupt keinen Sauerstoff (O2). Dafür gibt es erhebliche Mengen an Methan (CH4) und anderen flüchtigen Kohlenwasserstoffen, daneben auch noch Wasserstoff (H2); Kohlendioxid (CO2) und ein paar Edelgase, vor allem Argon (Ar). 

Drei Ansichten des Titan im Infraroten. Quelle: Cassini-NASA

Die Seen und Flüsse auf Titan enthalten kein Wasser, sondern die flüssigen Kohlenwasserstoffe Methan und Ethan. Wie auf der Erde gibt es einen Flüssigkeitskreislauf, der neben den Winden und der Tektonik die Oberflächenstrukturen ganz entscheidend mitprägt.

Die flüssigen Kohlenwasserstoffe verdunsten bei leichter Erwärmung und kondensieren zu winzigen Tröpfchen, wenn sie in wieder abkühlen. Dabei bilden sich bodennahe Nebel, aber auch höhere Wolken aus denen es häufig regnet.

Wolken auf der Südhalbkugel des Titan. Quelle: Cassini-NASA

Titan ist ganz von einem dichten, gelblich-braunen Dunstschleier eingehüllt, der zu großen Teilen aus polymerisierten Kohlen-Stickstoff-Verbindungen, den Tholinen besteht, die sich unter dem Einfluß der UV-Strahlung der Sonne bilden.

Obere Atmosphäre und Dunstschleier. Quelle: Cassini-NASA 

Schon seit einiger Zeit wird über hypothetische Lebensformen auf  Titan nachgedacht. Da es auf Titan extrem kalt ist scheidet Wasser als Medium für enzymatisch vermittelte Reaktionen des Stoffwechsels aus. Die Rolle des Wassers würden stattdessen die flüssigen Kohlenwasserstoffe Methan und Ethan übernehmen. Als energieliefernde Reaktion käme die „Verbrennung“ von Acetylen mit Wasserstoff infrage, denn Acetylen wird unter der Einwirkung der UV-Strahlen der Sonne in der Titanatmosphäre reichlich gebildet. Im Acetylen wird also Sonnenenergie gespeichert, die dann bei der enzymatischen „Verbrennung“ mit Wasserstoff wieder frei würde. Irdisches Leben gewinnt seine Energie dagegen zumeist aus der Verbrennung von Kohlenhydraten mit Sauerstoff. Das gilt auch für pflanzliche Lebewesen, welche die Kohlenhydrate aber nicht verzehren müssen, sondern über die Photosynthese aus Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) unter der Nutzung von Sonnenlicht selbst herstellen.

Panoramaaufnahme der europäischen Sonde Huygens, die bei Cassini huckepack zum Saturnsystem mitreiste und weich auf Titan landete. Im Vordergrund sieht man  links und rechts im Bild Gebirge, in der Bildmitte dazwischen zeichnet sich in größerer Entfernung eindeutig eine Küstenlinie ab. Quelle: Christian Waldvogel (http://www.waldvogel.com/), Huygens-ESA

Zwei neu veröffentlichte Überprüfungen der Cassini-Daten durch Wissenschaftlerteams der NASA  zeigten in Oberflächennähe ein rätselhaftes Verschwinden der beiden in der Atmosphäre reichlich vorhandenen Gase Acetylen und Wasserstoff an, genauso wie man das auch bei den bisher noch hypothetischen exotischen Lebensformen erwarten würde.

„Die neuen Auswertungen der Cassini-Daten stimmen zwar mit Bedingungen überein, wie sie exotische, auf Methan basierende Lebensformen entstehen lassen könnten, beweisen jedoch noch nicht deren Existenz“, meint Darrell Strobel (Johns Hopkins University, Baltimore), einer der an den Untersuchungen beteiligten Wissenschaftler.

Acetylen, eine wie oben beschrieben in der Atmosphäre des Titan reichlich vorhandene ungesättigte Kohlenwasserstoffverbindung, müßte  eigentlich absinken und sich auf seiner kalten Oberfläche niederschlagen. Doch direkt an der Oberfläche findet man kaum Acetylen. Wird es durch exotische Mikroorganismen verzehrt?

Eingefärbtes Radarbild großer Seen audf der Nordhalbkugel. Die weissen Regionen wurden bisher noch nicht erfasst. Quelle: Cassini-NASA

Dieselbe Frage stellt sich auch beim Wasserstoff. Unter den Bedingungen der sauerstoffreien Titanatmosphäre ist das leichte Wasserstoffgas ausgesprochen reaktionsträge. Nach bisheriger Lesart müßte es sich in der Atmosphäre mehr oder weniger gleichmäßig verteilen und wegen seiner großen Flüchtigkeit in erheblichen Mengen nach oben in den Weltraum entweichen. Das passiert auch in Wirklichkeit so, aber zusätzlich wurde noch etwas anderes gefunden. Nahe der Oberfläche fällt unerwarteterweise die Konzentration des Wasserstoffgases drastisch ab. Es sieht ganz so aus als ob der Wasserstoff von der Oberfläche regelrecht aufgesogen wird und dann auf Nimmerwiedersehen verschwindet. Wasserstoff entsteht in großen Mengen in der oberen Titanatmosphäre, wo die UV-Strahlung der Sonne Methan- und Acetylenmoleküle aufbricht. Der dabei freigesetzte atomare verbindet sich zu den zweiatomigen molekularen Wasserstoff. Es gibt keinen bekannten Mechanismus durch den der reaktionsträge Wasserstoff  an der Oberfläche gebunden oder in Höhlen angesammelt werden könnte. Wird er also durch Mikroorganismen als Reaktionspartner von Acetylen genutzt und dabei verbraucht?

Überraschenderweise fanden die NASA-Wissenschaftler spektroskopisch auch keine Wassersignaturen an der Oberfläche des Titan, obwohl das Oberflächengestein wegen der extrem niedrigen Temperaturen aus superhart gefrorenem Wassereis besteht. Das Wassereisgestein ist anscheinend mit einem organischen Film aus Kohlenwasserstoffen überzogen. Spektroskopisch wurde Benzol nachgewiesen, daneben aber auch noch eine weitere, bisher nicht identifizierte organische Verbindung. Der organische Film scheint selbst dann erhalten zu bleiben, wenn flüssiges Methan und Ethan über das Wassereis fließt.

Eisvulkan auf Titan in verschiedenen infraroten Wellenlängen. Quelle: Cassini-NASA

Wassereis übernimmt auf dem Saturnmond Titan die Rolle des irdischen Silikatgesteins. Aus den Eisvulkanen strömt bei Ausbrüchen zähflüssiges Eis und/oder flüssiges Wasser, das an der bitterkalten Oberfläche im Handumdrehen wieder zu Wassereisgestein erstarrt.

Jens Christian Heuer

Quellen:  NASA, New Scientist

Telegramm 13: Murchisan-Meteorit

Der 1969 in Australien niedergegangene Murchison-Meteorit, ein kohliger Chondrit (Steinmeteorit mit hohem Kohlenstoffanteil), enthält nach Untersuchungen eine erstaunliche Vielfalt organischer Moleküle, darunter auch zahlreiche Aminosäuren und sogar DNA-Bausteine! Der Murchison-Meteorit stammt aus der Entstehungszeit unseres Sonnensystems und erlaubt daher Rückschlüsse auf die frühe präbiotische Chemie. Quelle: PNAS ( http://tinyurl.com/ygdbjfq)

Telegramm 3: Organisches Material auf dem Mond

Der indischer Mondorbiter Chandrayaan-1 hat organische Verbindungen auf der Mondoberfläche nachgewiesen. Wahrscheinlich handelt es sich um Material ehemals eingeschlagener Kometen. Quelle: DNA  (http://tinyurl.com/y99bwkg)

Telegramm 2: Doch methanogene Bakterien auf dem Mars?

Das Methan in der Marsatmosphäre kann nicht von eingeschlagenen Meteoriten stammen. Dafür ist  die gefundene Menge einfach zu hoch. Mehr denn je spricht deshalb für methanogene Bakterien! Quelle: Imperial College London (http://tinyurl.com/ykxe55l)

Der Marsmeteorit ALH 84001

ALH 84001

Vor 13 Jahren, im August 1996, machte ein kleiner Meteorit vom Mars weltweit Schlagzeilen. Ein Wissenschaftlerteam der NASA, darunter der Geologe, Geochemiker und Astrobiologe David S. McKay, die Geologen Everett K.Gibson und Christopher S.Romanek, die Biochemikerin Kathie L. Thomas-Keprta und dem Physikochemiker Richard N.Zare, ein Experte für Laser-Chemie (Analyse von Substanzen auf molekularer Ebene mit Lasersatrahlen) gab nach einer näheren Untersuchung des etwa 2kg schweren Gesteinsbrocken auf einer Pressekonferenz bekannt, sie hätten mehrere, recht eindeutige Hinweise auf ehemaliges bakterielles Leben gefunden. Damit war die Sensation perfekt. Zum ersten Mal direkte Anhaltspunkte für Leben außerhalb der Erde!

Der Mars. Quelle: Rosetta, ESA

Der kleine Meteorit mit der wissenschaftlichen Bezeichnung ALH 84001 war schon Ende 1984 im Rahmen einer Expedition in die südliche Ostantarktis auf dem Alan Hills Eisfeld entdeckt worden. ALH steht für Alan Hills, 84 für das Entdeckungsjahr 1984 und 001 bedeutet, daß der Meteorit der erste auf der Liste der in diesem Jahr auf dem antarktischen Alan Hills Eisfeld gefundenen Meteoriten war. Auf schneebedeckten Eisfeldern wie Alan Hills lassen sich Meteoriten natürlich besonders leicht entdecken.

Der Marsmeteorit ALH 84001. Quelle: NASA

Durch beim Eintritt in die Erdatmosphäre entwickelnde Reibungswärme ist ALH 84001 wie alle Meteoriten von einer glasartigen Schmelzkruste überzogen.

Herkunft und Lebensgeschichte

Erst 1993 stellte sich heraus das ALH 84001 vom Mars stammt.Das gelang durch eine genaue Untersuchung der Isotopenzahlen in dem Gesteinsbrocken. Die Isotopenzahlen der verschiedenen Elemente variieren im Weltall von Ort zu Ort, unterscheiden sich also bei Gesteinen, welche beispielsweise von der Erde, vom Mond, von verschiedenen Asteroiden, Kometem oder vom Mars stammen. Es stellte sich nun heraus, daß ALH 84001 die für den Mars typischen Isotopenzahlen besaß. Darüber hinaus fand man Gaseinschlüsse mit der Isotopenzusammensetzung der Marsatmosphäre. Die Isotopenzahlen des Mars kannte man wiederum aus Untersuchungen der beiden amerikanischen Viking-Sonden, die 1976 weich auf dem Mars landeten.

Die Analyse der Isotope war auch der Schlüssel, um das Alter des Marsmeteoriten ALH 84001 zu ermitteln und seinen „Lebensweg“ zu rekonstruieren.Dabei sieht man sich die radioaktiven Isotope näher an, welche (als Elternisotope) mit unterschiedlichen Halbwertszeiten (in Tochterisotope) zerfallen. Für die Langzeitdatierung eigenen sich insbesondere Rubidium-87, das zu Strontium-87 und Kalium-40, das zu Argon-40 (ein flüchtiges Edelgas) zerfällt. Das Verhältnis zwischen den jeweiligen Eltern- und Tochterisotopen erlaubt eine recht genaue Altersbestimmung. Mit Rubidium-87/Strontium-87 ergab sich ein Alter von 4,5 Milliarden, mit Kalium-40/Argon-40 dagegen nur ein Alter von 4 Milliarden Jahren. Daraus folgerte man, daß sich das Gestein des Meteoriten ALH 84001 vor 4,5 Milliarden Jahren gebildet hatte, aber vor 4 Milliarden Jahren noch einmal aufgeschmolzen wurde. Dabei war alles bisher gebildete Argon-40 ausgegast und so die Kalium-40/Argon-40 Uhr wieder auf Null gestellt, d.h. es gab zu diesem Zeitpunkt nur noch Elternisotope (Kalium-40), aber keine Tochterisotope (Argon-40) mehr!

Vor 15 Millionen Jahren wurde ALH 84001 durch den Einschag eines Asteroiden vom Mars weggesprengt und umkreiste seitdem die Sonne bis er schließlich vor 13000 Jahren von der Erde eingefangen wurde und über der Antarktis abstürzte. Im freien Weltraum war ALH 84001 ungeschützt der kosmischen Partikelstrahlung ausgesetzt. Unter dem Beschuß dieser schnellen Partikel (Protonen, Heliumkerne, weitere vollständig ionisierte Atomkerne und Elektronen) bilden sich im Gestein neue radioaktive Isotope und später auch ihre Zerfallsprodukte, aus deren Anzahl sich die Dauer des Weltraumaufenthalts bestimmen lässt.

Carbonate

Der Marsmeteorit ALH 84001 besteht zwar vor allem aus Orthopyroxen, einem Magnesium-Eisen-Silikatgestein, enthält aber mit 1% der Gesamtmasse auch einen erstaunlich hohen Carbonatanteil, der von außen nach innen zunimmt. Das spricht übrigens auch eindeutig gegen eine nachträgliche Kontamination auf der Erde. ALH 84001 ist förmlich von Carbonaten durchsetzt, die sich als winzige Kügelchen (0,025-0,25mm Durchmesser), gelegentlich auch als flache Scheibchen, in den im Meteoriten zahlreich vorhanden feinen Spalten abgelagert haben. Carbonate bilden sich auf der Erde fast immer unter Wasser und meistens aus den Schalen (auch einzelliger) Meeresorganismen, daneben aber auch anorganisch durch Ausfällung. Die meisten Carbonatkügelchen sind orangefarben, da sie eisenhaltige Mineralien enthalten (s.u.). Die Kügelchen haben einen schwarz-weissen Rand.In Gestalt und Struktur ähneln die Carbonatkügelchen bakteriell erzeugten Carbonatablagerungen auf der Erde.

Die Carbonateinschlüsse in ALH 84001. Quelle: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume 73, Issue 21, 1 November 2009

Die Isotopenanalyse ergab ein Alter von 3,6 Milliarden Jahren. Zu dieser Zeit gab es viel Wasser auf dem Mars, Flüsse und Seen, ja sogar Ozeane. Die Marsatmosphäre war wesentlich dichter als heute, die Temperaturen deutlich höher (bis auf die Polarregionen meist über dem Gefrierpunkt) und der Planet besaß ein intaktes globales Magnetfeld, das die gefährliche kosmische Strahlung von der Oberfläche fernhielt. Kurzum der Mars war im Gegensatz zu heute eine lebensfreundliche Welt.

Magnetische Kristalle

Der schwarz-weisse Rand der Carbonatkügelchen enthält die magnetischen Mineralien Eisensulfid (Pyrrhotit, Greigit) und Eisenoxid (Magnetit).Es handelt sich um eindomänige magnetische Kristalle, die perlschnurartig aufgereiht erscheinen.

Magnetit kann entstehen, wenn eisenhaltiges, geschmolzenes Gestein abkühlt oder eisenhaltige Carbonate stark erhitzt werden (wobei CO2 entweicht) und die dann auskristallisierenden Eisenmineralien durch das Magnetfeld des Planeten magnetisiert werden. Aber es gibt zumindest auf der Erde auch (magnetotaktische) Bakterien, die enzymatisch magnetische Kristalle erzeugen und für die Orientierung am äußeren planetaren Magnetfeld nutzen. Die Magnetkristalle werden jeweils von einer Biomembran umhüllt. Jede Bakterienzelle enthält mehrere solcher Magnetosomen, die darin Ketten bilden wie Perlen auf einer Schnur (so.).

Magnetische Kristallkette in irdischen (magnetotaktischen) Bakterien (oben und mitte links) und im Marsmeteoriten ALH 84001 (unten). Quelle: NASA (verändert)

Typisch für die biologische Entstehung sind eindomänige, für die abiologische thermische Entstehung (s.o.)dagegen mehrdomänige magnetische Kristalle. Innerhalb einer magnetischen Domäne sind alle Elementarmagnete (magnetische Dipolmomente der Atome bzw.deren Hüllelektronen) parallel ausgerichtet.Ein mehrdomäniger Kristall enthält mehrere Bezirke unterschiedlicher magnetischer Ausrichtung. Die Magnetkristalle in den Carbonatkügelchen des Meteoriten waren eindomänig, was ja eher auf eine biologische Entstehungsweise hindeutet (s.o). Nur direkt unter der Kruste des Meteoriten fand man mehrdomänige Kristalle, denn hier wurde das Material beim Eintritt in die Erdatmosphäre stark erhitzt und aufgeschmolzen. Dabei zerfällt die einheitlichen Domänen in mehrere Bezirke mit unterschiedlicher Ausrichtung der Elementarmagnete, werden also mehrdomänig.

Die magnetische Kristalle in ALH 84001 sind in einer Kette angeordnet und eindomänig, ein deutlicher Hinweis auf einen biologischen Ursprung! Auch die ungewöhnliche Verteilung der magnetischen Kristalle, die sich im äusseren Rand konzentrieren, aber kaum im Inneren der Carbonatkügelchen vorkommen, spricht dafür.

Die neuesten Untersuchungen im Jahre 2009 zeigen zudem, daß die Magnetkristalle in ALH 84001 keinerlei Verunreinigungen enthalten, was (nach derzeitigem Kenntnisstand) nur mit einer biologischen Entstehungsweise zu erklären ist. 

Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe

Die Carbonatkügelchen enthalten auch organische Substanzen, vor allem Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAH), aber auch Aminosäuren und zwar immer in direkter Nachbarschaft zu den magnetischen Kristallen.PAHs, die aus mehreren miteinander verbundenen aromatischen Ringsystemen bestehen, bilden sich bei der Zersetzung oder unvollständigen Verbrennung (Pyrolyse) von organischem Material. Es könnte sich hier also um die Überreste von (magnetotaktischen) Bakterien handeln. Diese Erklärung liegt nahe, wenn man bedenkt, daß die räumliche Verteilung der PAHs in den Carbonatkügelchen ziemlich genau mit derjenigen der magnetischen Kristalle übereinstimmt.

PAHs findet man allerdings auch in kohlenstoffhaltigen Meteoriten, Kometen und interstellaren Wolken, feinen Gas- und Staubschleiern zwischen den Sternen, wo sie (wahrscheinlich) anorganisch entstehen.

Die PAHs in ALH 84001 wurden in einer Vakuumkammer ohne jeden unmittelbaren Kontakt laserchemisch analysiert. Mit einem Infrarotlaser wurde von einer mit dem Mikroskop sorgfältig ausgewählten Stelle etwas Material abgesprengt. Direkt danach wurde ein ultravioletter Laserstrahl auf die Materiewolke abgefeuert und dadurch einige Moleküle ionisiert. Durch die Wahl der Ultraviolettfrequenz des Lasers konnte man die zu ionisierende Molekülklasse bestimmen. Durch ein elektisches Feld wurden die unterschiedlichen schweren ionisierten Molkeküle einer Klasse unterschiedlich stark beschleunigt. Auf diese Weise konnte man die Häufigkeitsverteilung innerhalb der zu untersuchenden Molekülklasse bestimmen (Massenspektroskopie).Die meisten PAHs in AL 84001 enthielten nur zwei, drei oder vier Benzolringe und einige wenige auch noch Kohlenwasserstoffseitenketten.Im Gegensatz dazu ist das Verteilungsmuster der PAHs, wie sie auf der Erde in Kohle,Erdöl und industriellen Abgasen vorkommen wesentlich komplexer.Auch Seitenketten sind hier häufiger.Das einfache Verteilungsmuster der PAHs in AL 84001 ist so, wie man es bei der Zersetzung von Bakterien erwarten würde.Es unterscheidet sich auch deutlich von dem Verteilungsmuster in interstellarer Materie und Kometen.

Das Verteilungsmuster der PAH im Marsmeteoriten ALH 84001 ist einfach, wie man es auch bei zersetzten Bakterien erwarten würde. Es überwiegen PAHs mit zwei, drei oder vier aromatischen Ringsystemen. Die Konzentration der PAHs nimmt von außen nach innen zu. Bei einer Kontamination auf der Erde wäre es genau umgekehrt. Quelle:  Science 16 August 1996: Vol. 273. no. 5277, pp. 924 – 930 (und http://www.daviddarling.info/).

Die Konzentration der PAHs nimmt im Marsmeteoriten ALH 84001 von außen nach innen zu.Zusammen mit dem andersartigen Verteilungsmuster spricht das eindeutig gegen eine äußere Kontamination auf der Erde.

Fossilien

Die für den Uneingeweihten beeindruckensten Hinweise auf mögliches außerirdisches Leben fanden die Wissenschaftler mit dem Elektronenmikroskop in Form von Strukturen auf der Oberfäche der Carbonatkügelchen, die an versteinerte Überreste (Fossilien) von Bakterien erinnern, wie man sie auch in irdischem Gestein gefunden hat. Es sind mehr oder weniger längliche, ovale, teilweise auch segmentierte Strukturen. Oftmals treten sie auch in grösseren Anhäufungen auf, wobei es sich um ehemalige Bakterienkolonien handeln könnte.

Mögliches Bakterienfossil in ALH 84001 mit segmentierter Struktur. Quelle: NASA Johnson Space Center

Die Strukturen sind aber deutlich kleiner als gewöhnliche Bakterien auf der Erde.Kritiker bezweifelten daher, daß der Platz für die biochemische Maschinerie einer Zelle überhaupt reicht.

Mögliche Bakterienkolonie in ALH 84001. Quelle: NASA Johnson Space Center

Allerdings wurden inzwischen auch in irdischem Gestein winzige Bakterien, die sogenannten Nanobakterien gefunden, die in Größe und Aussehen den möglichen Bakterien vom Mars ähneln.

Kugelförmige Mikrofossilien im Nakhla-Marsmeteoriten. Quelle: Johnson Space Center

Inzwischen fanden die Wissenschaftler auch in einem weiteren Marsmeteoriten, dem im Jahre 1911 in Ägypten niedergegangenen, 1,2 Milliarden Jahre alten Nakhla-Meteoriten mögliche fossile Spuren.Genauere Untersuchungen laufen.

Leben auf dem Mars heute?

Vor einiger Zeit entdeckten der europäische Marsorbiter „Mars Express“ und dann auch erdgestützte Teleskope konnten zur allgemeinen Überraschung sowohl mittels , als auch durch den europäischen Marssatelliten „Mars Express“ Spuren von Methan in der Marsatmosphäre. Eine Riesenüberraschung, denn Methan ist sehr instabiles Gas, das unter Marsbedingungen schon innerhalb nur weniger Marsjahre abgebaut wird (http://www.dailygalaxy.com/my_weblog/2008/11/mars-science-la.html). Es muß also natürliche Quellen geben, die ständig Methan nachliefern.Infrage kommen aktive Vulkane in größerem Umfang oder methanproduzierende Mikroorganismen (methanogene Bakterien). In der Marsatmosphäre wurden aber keine messbaren Mengen an Schwefeldioxid gefunden, was man bei aktiven Vulkanen eigentlich erwarten würde. Interessanterweise ist das Methan auch nicht gleichmäßig in der Marsatmosphäre verteilt, sondern es gibt eindeutig auszumachende Quellen, wo erhöhte Konzentrationen gemessen werden. Dort wo die Marsatmosphäre viel Methan enthält, gibt es gleichzeitig auch relativ viel Wasserdampf, der aus ausgedehnten Eisfeldern unter der Planetenoberfläche stammt (http://www.esa.int/esaCP/SEMAK21XDYD_index_0.html)! Könnte das ein Hinweis auf methanproduzierende Bakterien sein, die unter dem Eis recht annehmbare Lebensbedingungen vorfinden?

Fazit

Der Marsmeteorit ALH 84001 weist drei Besonderheiten auf, die in ihren Zusammentreffen auf engstem Raum eigentlich nur den Schluß zulassen, daß es zumindestens früher auf dem Mars mikrobielles Leben gab:

Der Meteorit ist mit Carbonatkügelchen durchsetzt, die sich in seinen zahlreichen Haarrissen abgelagert haben, als der Gesteinsbrocken auf dem Mars von Wasser umspült wurde. Die Carbonatkügelchen enthalten vor allem in ihrer äußeren Schicht magnetische Kristalle, welche in dieser Form (soweit bekannt) eigentlich nur durch Bakterien produziert sein können, um sich mit Hilfe des globalen planetaren Magnetfeldes zu orientieren (magnetotaktische Bakterien).

Die Carbonatkügelchen enthalten Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAH), welche möglicherweise beim Zerfall von Bakterien entstanden sind. Dafür ihr Verteilungsmuster und vor allem auch ihre räumliche Verteilung in den Carbonaten, die mit derjenigen der Magnetkristalle übereinstimmt.

Auf der Oberfläche der Carbonatkügelchen entdeckte man auf Elektronenmikroskopaufnahmen Strukturen, die an fossilierte Bakterien erinnern und teilweise auch in Kolonien vorkommen.Dabei könnte es sich um Nanobakterien handeln. 

Es sieht tatsächlich so aus, als ob der Marsmeteorit die konkretesten Hinweise auf außerirdisches Leben enthält, die jemals gefunden wurden!

Jens Christian Heuer

Quellen: 1)“Search for Past Life on Mars: Possible Relic Biogenic Activity in Martian Meteorite ALH84001″David S. McKay, Everett K. Gibson Jr., Kathie L. Thomas-Keprta, Hojatollah Vali, Christopher S. Romanek, Simon J. Clemett, Xavier D. F. Chillier, Claude R. Maechling, Richard N. Zare; Science 16 August 1996: Vol. 273. no. 5277, pp. 924 – 930 2)“Origins of magnetite nanocrystals in Martian meteorite ALH84001″ Kathie L. Thomas-Keprta, Simon J. Clemett,David S. McKay, Susan.J.Wentworth; Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 73, iss. 21, p. 6631-6677. 3)“Life on Mars: New evidence from Martian Meteorites“ David S. McKay, Kathie L. Thomas-Keprta, Simon J. Clemett, Lauren Spencer, Susan.J.Wentworth; Proc.of Spie Vol.7741 744102-1 4)“Die Jagd nach Leben auf dem Mars“ Dr. Donald Goldsmith Scherz-Verlag 1996 5)NASA Johnson Space Center(http://www.nasa.gov/centers/johnson/news/releases/) 6)Wikipedia

Kategorien:Astrobiologie

Gaia

Die Entdeckung

Anfang der 1960er Jahre nahm der englische Wissenschaftler James Ephraim Lovelock an einem Projekt des Jet Proplsion Laboratory (Pasadena, California)der NASA zur Suche nach Leben auf dem Mars teil. Lovelock, ein begabter Erfinder hatte die Aufgabe Instrumente zum Nachweis von Leben für eine geplante unbemannte Marssonde zu entwickeln. Da Leben auf dem Mars sich durchaus vollkommen von irdischem Leben unterscheiden könnte, hielt es Lovelock für sinnvoll, nach möglichst allgeneinen Eigenschaften des Lebens bzw. deren Auswirkungen zu suchen: Leben nimmt unter Energieverbrauch notwendige Stoffe aus seiner Umgebung auf und scheidet Abfallstoffe wieder aus.  Dabei wird zwangsläufig auch die Atmosphäre des betreffenden Planeten verändert. Man müsste demzufolge, allein schon durch eine spektroskopische Untersuchung der Marsatmosphäre, Hinweise auf mögliches Leben finden können, auch ohne Raumschiff mit Instrumenten von der Erde aus.

James_Lovelock_Sandy_Lovelock

James Ephraim Lovelock (geb.1919) Quelle: http://www.ecolo.org/

James Lovelock und seine Kollegin Diane Hitchcock begannen mit der Analyse der chemischen Zusammensetzung der Marsatmosphäre und verglichen sie mit derjenigen der Erde, die ja nun ohne Zweifel ein belebter Planet ist. 

Dabei entdeckten sie einen interessanten Unterschied: Die Atmosphäre des Mars bestand, wie die des anderen, inneren Nachbarplaneten Venus hauptsächlich (zu 95%) aus Kohlendioxid (CO2).Daneben gab es noch etwas Stickstoff (N2, 2,7%), Spuren von Sauerstoff (O2, 0,13%) und das Edelgas Argon (Ar, 1,6%). Ganz anders als auf der Erde, deren Atmosphäre als Hauptbestandteil Stickstoff (N2, 78%), grosse Mengen Sauerstoff (O2, 21%); Argon (Ar, 1%) und in deutlichen Spuren Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) enthält. 

Mars Hubble cyclone

Mars ist ein Wüstenplanet, verfügt aber auch über grössere Wasser(eis)vorkommen. Auf der Nordhalbkugel sieht man einen Wirbelsturm, ähnlich den Hurrikanen auf der Erde. Quelle: Hubble, NASA

Während sich die Marsatmosphäre danach praktisch im chemischen Gleichgewicht  befand, gab es in der Erdatmosphäre Gase, die leicht miteinander chemisch reagieren können, wie etwa Sauerstoff und Methan und das auch noch in beachtlichen Mengen. Um eine gleichbleibende Konzentration dieser Gase in der Atmosphäre aufrecht zu erhalten, musste es eine aktive Quelle geben, welche ständig die durch chemische Reaktionen verbrauchten Gase nachlieferte. Diese Quelle ist eindeutig das Leben auf der Erde schloss Lovelock.

Gaia, der lebendige Planet

Das Leben auf der Erde hat vor mindestens 3,5 Milliarden begonnen, wie Mikrofossilien in den ältesten auffindbaren Gesteinen belegen und in dieser Zeit die Zusammensetzung der Atmosphäre tiefgreifend verändert.   

Earth Gaia 1

Die Erde, Natural Color RGB: Diese Bilder werden in 3 Wellenlänenbereichen aufgenommen:rot, gün und blau. Vegetation erscheint grün, da das Chlorophyll der Pflanzen grün deutlich besser reflektiert als rot und blau. Wolken aus kleinen Wassertröpfchen reflektieren alle Wellenlängen und sind daher hellweiss,  Eiswolken  jedoch cyanblau, weil  Eis rotes Licht stark absorbiert. Der unbewachsene Boden erscheint braun, denn rot wird besser reflektiert als blaues. Die Ozeane absorbieren alle Wellenlängen und sind daher beinahe schwarz. Quelle: MeteoSat, EUMETSAT

Algen und später auch Landpflanzen entfernten durch Photosynthese (Umwandlung von Sonnenenergie in energiereiche organische Verbindungen unter Verwendung vonKohlendioxid und Wasser) Kohlendioxid (CO2) direkt aus der Atmosphäre und setzten Sauerstoff (O2) als Abfallprodukt frei. Wie Lovelock gemeinsam mit der amerikanischen Mikrobiologin Lynn Margulis herausfand, beschleunigen Bakterien und Landpflanzen bei ihrer Atmung (s.u.) die unter feuchten Bedingungen (Regenwasser mit gelöstem CO2, Kohlensäüre) stattfindende (natürliche) chemische Gesteinsverwitterung (um das 1000 fache!), indem sie Säuren freisetzen und das Kohlendioxid (CO2) am Boden konzentrieren. Die dabei gebildeten Carbonate (und Silikate) gelangen in Wasser gelöst in die Ozeane, wo sie in Kalkschalen von ein- und mehrzelligen Meeresorganismen eingebaut werden, um nach deren Tode bis auf weiteres am Meeresgrund abgelagert zu werden.Im Rahmen der Plattentektonik gelangen die Carbonate durch Subduktion (Untertauchen einer Erdkrustenplatte unter die andere) ins Erdinnere und werden aufgeschmolzen. Das dabei freigesetzte Kohlendioxid (CO2) löst sich im Magma. Über Vulkane und Sea-floor spreading(tektonischer Prozess bei dem durch aufsteigendes Magma Erdkrustenplatten auseinandergeschoben werden und gleichzeitig neuer Meeresboden entsteht) kehrt es später dann wieder in die Erdatmosphäre zurück. Der Kohlenstoffkreislauf ist damit geschlossen.

Es gibt auch Bakterien, die andere abgestorbene Organismen zerlegen und dabei aus den abgebauten organischen Verbindungen die Gase Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) freisetzen. Bei diesem Fäulnisprozess wird aber nicht der gesamte  Kohlenstoffs in gasförmiger Form in die Atmosphäre entlassen, sondern ein kleiner Teil in fester oder flüssiger Form deponiert und so dem Kohlenstoffkreislauf (vorerst) entzogen. Auf diese Weise entstanden auch die fossilen Brennstoffe Kohle und Erdöl. Zuweilen werden Methan und andere flüchtige Kohlenwasserstoffe auch als Erdgas unterirdisch mit eingeschlossen.

Das Leben gestaltet also aktiv die Zusammensetzung der Erdatmosphäre und bietet damit gleichzeitig die Voraussetzungen für mindestens drei Lebensweisen:

Pflanzen, Algen und bestimmte Bakterien, die unter Nutzung der Sonnenenergie aus Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) energiereiche organische Verbindungen herstellen und aus diesen durch Vergärung oder durch Atmung, also die kalte Verbrennung mit Sauerstoff (O2) die zum Leben notwendige Energie gewinnen;

Fäulnisbakterien (methanogene Bakterien), die unter Freisetzung von Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) durch Zersetzung organischer Verbindungen abgestorbenen Lebewesen Energie gewinnen und

Konsumenten (Tiere), die andere Lebewesen oder ihre Ausscheidungen fressen und die enthaltenen organischen Verbindungen durch Atmung verwerten (kalte Verbrennung mit Sauerstoff (O2)).

Gleichzeitig beeinflusst das Leben, indem es ganz wesentlich die Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmt, aber auch die Temperatur und sorgt dafür, dass sie im lebensfreundlichen Bereich bleibt.

Alles keine Selbstverstänlichkeit, denn es ist keinesfalls so, dass die Erde durch einen glücklichen Zufall von Anfang die Sonne in einem Abstand umrundete, so dass der Planet stets die richtige Strahlungsenergie bekam, um milde Temperaturen aufrecht zu erhalten, die dem Leben förderlich waren.

Ganz im Gegenteil, als das Leben vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren begann (s.o.), war die Leuchtkraft der Sonne um beinahe 1/3  geringer als heute. Unter diesen Bedingungen hätte der Planet eigentlich komplett zugefroren sein müssen. Stattdessen tummelte sich aber schon das erste Leben in Form von Bakterien und Algen in flüssigen Ozeanen. Seitdem hat die Leuchtkraft der Sonne kontinuierlich zugenommen. Das ist ganz normal im Lebenslauf eines durchschnittlichen Sterns wie der Sonne. Durch die energieliefernden Kernfusionsprozesse im Sonneninneren werden Wasserstoffatomkerne fortlaufend in die schwereren Heliumatomkerne umgewandelt. Die Dichte im Sonnenkern nimmt zu, der sich daraufhin unter dem Einfluss der Schwerkraft langsam immer weiter zusammenzieht. Dabei steigen Kerntemperatur, Kernfusionsrate und infolgedessen auch die Leuchtkraft der Sonne.

Das die Erde in der Anfangszeit des Lebens wegen der schwachen Sonne nicht zugefroren war lag am überreichlich vorhandenen Kohlendioxid (CO2), das als Treibhausgas die Erde so warm hielt, dass Wasser in flüssiger Form auf der Oberfläche des Planeten existieren konnte. Hinzu kam später noch Methan (CH4), ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid (CO2), das von den methanogenen Bakterien durch Zersetzung abgestorbenen Lebens freigesetzt wurde (s.o.). Methan (CH4) ersetzte bis zu einem gewissen Grade das Kohlendioxid ( CO2), welches durch die von Bakterien und Landpflanzen beschleunigte chemische Verwitterung aus der Atmosphäre entfernt wurde und verhinderte so eine zu starke Abkühlung der Erde durch den beschleunigten CO2-Schwund.

Bei der Photosynthese wurden grössere Mengen Sauerstoff (O2) frei, die jedoch zunächst (fast) vollständig durch reduzierende Substanzen (Wasserstoff (auch in organischen Verbindungen), Eisen u.a.m.) an der Erdoberfläche gebunden wurden. Später reicherte sich der Sauerstoff (O2) in der Atmosphäre an, wo es für das meiste Leben tödlich wirkte. Erst das Aufkommen sauerstoffatmender Pflanzen und der Konsumenten brachte Erleichterung. Diese waren in der Lage den Sauerstoff zur Energiegewinnung aus organischen Substanzen zu nutzen, was wesentlich effektiver ist als diese einfach nur zu vergären. bei der Atmung findet im Gegensatz zur Gärung ein vollständiger Abbau (bis zu Kohlendioxid und Wasser) statt, wobei mehr Energie frei wird. Die methanbildenden Bakterien, die überhaupt keinen Sauerstoff ( O2) vertrugen, zogen sich in sauerstofffreie Nischen im Untergrund zurück (z.B. Sümpfe). Später besiedelten sie auch die Därme von Tieren.

Dem Leben auf der Erde gelang  jedenfalls das Kunststück, immer soviel von den Treibhausgasen Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) aus der Atmosphäre zu entfernen, wie notwendig war, eine Überhitzung des Planetens durch die zunehmende Leuchtkraft der Sonne zu vermeiden. Eine mehr als bemerkenswerte Tatsache, die so zu erklären ist:

Wird es wärmer, so wachsen Algen, Bakterien und Landpflanzen besser. Durch gesteigerte Photosynthese der Algen und Landpflanzen wird mehr Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre „abgepumpt“. Wegen der erhöhten Wasserverdunstung fällt mehr (kohlensaurer)Regen, was zusammen mit der grösseren Aktivität von Bodenbakterien und Landpflanzen die chemische Verwitterung beschleunigt und so den CO2-Gehalt der Atmosphäre weiter verringert. Der Rückgang des Teibhausgases Kohlendioxid (CO2) bringt dann die Abkühlung. Dieser Mechanismus funktioniert natürlich auch umgekehrt.

Das Leben auf der Erde kontrolliert also die Atmosphäre, die Temperatur und damit auch das Klima. es sorgt dafür das der Planet trotz sich verändernder Sonneneinstrahlung bis heute lebensfreundlich blieb. Für James Lovelock bildet die Erde mit ihren Lebensformen eine Art Superorganismus, der sich selbst reguliert, um seine Weiterexistenz zu sichern. Lovelock  nannte diesen Superorganismus Erde „Gaia“, die lebendige Erde, so wie es ihm sein Nachbar und Freund, der Schriftsteller William Golding vorgeschlagen hatte, nach der griechischen Erdgöttin. Im Jahre 1979 machte Lovelock seine neue Gaia-Theorie mit dem Buch „Gaia: A New Look at Life on Earth“ einer breiten Öffentlichkeit bekannt.

Lovelock entdeckte später noch weitere Rückkopplungen, mit denen Gaia für lebensfreundliche Bedingungen sorgt.

Da wäre beispielsweise die Sache mit dem Salzgehalt der Ozeane.  Für Meeresorganismen ist das im Meereswasser gelöste Salz eine echte Herausforderung. Der Salzgehalt liegt bei knapp 3,5%. Damit kommen sie noch zurecht. Schon bei etwas über 4% würde allerdings die elektrische Ladung der gelöstenSalzionen den Zusammenhalt der Zellmembranen gefährden, welcher ebenfalls auf elektrischen Kräften beruht. Dasselbe gilt für die Funktionstüchtigkeit wichtiger Enzyme des Stoffwechsels. Bei einem noch höheren Salzgehalt würden (fast) alle Meereslebewesen absterben. Doch es hat zumindest während der letzten 500 Millionen Jahre niemals ein Massenaussterben wegen zuviel Salz gegeben. Stattdessen lag der Salzgehalt der Ozeane immer um die gut verträglichen 3,5%. Das ist schon erstaunlich, wenn man bedenkt das durch chemische Verwitterung und Sea-floor spreading ein ständiger Salzeintrag stattfindet. Auch hier ist wieder ein selbstregulierender Mechanismus am Werke.  Mikrorganismen des Meeres mit Schalen aus Kieselsäure nehmen über ihre Zelloberflächen in Wasser gelösten Salze auf, um nach ihrem Tode abzusinken und so die überschüssigen Salze so auf dem Meeresboden zu deponieren. Insgesamt stellen Mikroorganismen nur 10-40% der Biomasse in den Ozeanen, doch wegen ihrer grossen Oberfläche im Vergleich zum Volumen 70-90& der biologisch aktiven Oberflächen.

Um mit dem normalen Salzgehalt von 3,5% fertig zu werden, benutzen vor allem mehrzellige Meeresorganismen membranständige Pumpen mit denen sie eindingende Salzionen wieder aus ihren Zellen herausbefördern. Da dies energetisch sehr aufwendig ist, behelfen sich die einzelliegen Meeresalgen auf andere Weise.  Sie bilden Dimethylsulfonpropionat (DMSP), eine ionische Verbindung, deren Molekül eine positive und eine negative Ladung enthält, welche sich beide aber nach aussen hin neutralisieren. Daher ist DMSP für die Algen unschädlich. Indem sie  Salze durch DMSP ersetzen halten die Meeresalgen ihren Salzgehalt niedrig, denn DMSP verringert den osmotischen Druckgradienten zwischen Meerwasser und Zellinnerem. Sterben Meeresalgen ab, so wird DMSP freigesetzt und im Wasser bakteriell abgebaut. Dabei entsteht gasförmiges Dimethylsulfid (DMS). DMS gelangt an die Luft und wird durch den atmosphärischen Sauerstoff (O2) zu Sulfaten oxidiert. Diese ziehen als Sulfataerosole Wasser an und wirken dadurch  als Kondensationskeime für die Wolkenbildung . Dadurch bilden sich mehr Wolken mit kleineren Wassertröpfchen, die das Sonnenlicht verstärkt reflektieren und so direkt abkühlend wirken.

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Meeresalgen fördern die Wolkenbildung. Quelle: Wikipedia

Die intensivierte Wolkenbildung begünstigt darüber hinaus durch Freisetzung von mehr latenter Wärme die Entstehung von Tiefdruckwirbeln. Deren Winde durchmischen die oberen und unteren Wasserschichten und verbessern so wiederum die Mineral- und Nährstoffzufuhr für die Meeresalgen und andere Meeresorganismen.  

Daisyworld

Die Gaia-Theorie erweckte grosses Aufsehen in der Öffentlichkeit und löste kontroverse Debatten unter den interessierten Wissenschaftlern aus. Kritiker wandten ein, eine Selbstregualtion der Erde erfordere eine Absprache aller beteiligten Lebewesen, also absichtsvolles Handeln. Das sei ein absurder Gedanke, ein absoluter Widerspruch zur Darwinschen Evolution durch zufällige (genetische) Variationen, Anpassung und Selektion.

Um dieser Kritik zu begegnen entwickelte Lovelock das Daisyworld-Modell, um zu zeigen wie die Selbstregulation eines Planeten auch ohne bewusste Absicht seiner Bewohner funktionieren kann.

Daisyworld ist ein durch mathematische Gleichungen beschriebener Modellplanet, der in seinen Eigenschafte der Erde ähnelt. Allerdings existieren auf ihm nur zwei Lebensformen, helle und dunkle Gänseblümchen (Daisies). Die Gänseblümchen können nur in einem Temperaturbereich zwischen +5°C und +40°C überleben. Optimal sind 22°C. Der Planet umrundet einen durchschnittlichen Stern, dessen Leuchtkraft wie bei der Sonne allmälich zunimmt.

Die hellen Daisies reflektieren das Sonnenlicht und kühlen sich damit ab, die dunklen Daisies absorbieren das Sonnenlicht und halten sich damit warm. Das Wachstum beider Arten hängt von den herrschenden Temperaturverhältnissen, der Populationsdichte, dem noch vorhandenen unbewachsenen Flächen und der natürlichen Lebensdauer der Pflanzen ab. Lovelock benutzte dafür Gleichungen, die das Leben wirklicher Gänseblümchen (Daisies) angemessen beschreiben. Die Wachstumsrate der beiden Arten passen sich den jeweils herrschenden Verhältnissen an.

Zunächst ist der Planet zu kalt und es gab kein Leben. Ist die Leuchtkraft der Sonne hoch genug, um auf Daisyworld +5°C zu erreichen entwickeln sich in der Äquatorregion die ersten dunklen Daisies, die es verstehen sich ausreichend warm zu halten. Ist ihre Anzahl gross genug, so erwärmen sie durch ihre den gesamten Planeten, dessen Albedo abnimmt. Die hellen Daisies haben allerdings noch keine Chance. Mit zunehmender Leuchtkraft der Sonne und fortschreitender Erwärmung breitet sich die dunkle Variante in Richtung der Pole aus und bald erscheinen am Äquator auch die ersten hellen Daisies, die hier nach und nach wegen ihrer kühlenden Eigenschaften einen Vorteil bekommen. In den gemässigten Breiten mit optimaler Temperatur koexistieren helle und dunkle Daisies. Wird der Planet noch wärmer, so ziehen sich die dunklen Daisies in die Polregionen zurück, während die helle Variante den übrigen Planeten beherrscht, seine Albedo erhöht und ihn deshalb abkühlt. Über die gesamte Zeit, in der die gesamte Planetenoberfläche bewohnt ist, halten sich auch die Temperaturen in einem lebensverträglichen Bereich. Mit noch weiter fortschreitender Erwärmung wird die Äquatorregion von Daisyworld zu heiss und unbewohnbar. Es verbleiben die hellen Daisies die sich immer weiter in die Polregionen zurückweichen müssen. Schliesslich wird die Population der hellen Daisies so gering, dass sie den Planeten nicht mehr ausreichend kühlen können. Der gesamte Planet wird zu heiss und stirbt.

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Der Modellplanet Daisyworld mit Leben kann trotz zunehmender Leuchtkraft der Sonne über einen langen Zeitraum milde, lebensfreundliche Temperaturen aufrecht erhalten. Ohne Leben gelingt ihm das nicht.

Trotzdem gelingt es Daisyworld mit seinen hellen und dunklen Daisies über einen langen Zeitraum lebensfreundliche Temperaturen aufrecht zu erhalten, was ohne Leben niemals möglich wäre.

Das Daisyworld-Modell zeigte eindrücklich, dass prinzipiell ein lebendiger Planet selbst für lebensfreundliche Bedingungen sorgen kann, ganz ohne bewusste Absicht! Erst wenn die Leuchkraft der Sonne einen kritischen Wert überschreitet ist das System mit der Selbstregulation überfordert und bricht zusammen. Obwohl alle Lebewesen nur mit dem eigenen Überleben beschäftigt sind, dienen sie wie von einer Unsichtbaren Hand gelenkt dem Gesamtwohl des Planeten.

Auch realitätsnähere Varianten von Daisyworld in denen mehr Gänseblümchenarten vorkommen, aber auch Pflanzenfresser und Fleischfresser, welche sich wiederum von den Pflanzenfressern ernähren, funktionieren einwandfrei.

Gaia und Klimawandel

Die Gaia-Theorie ist auch für die laufende Diskussion über den menschengemachten Klimawandel durch die fortgesetzte Emission fossiler Brennstoffe von hohem Erkenntniswert.  Der Erde ist es vor allem durch das Abpumpen und des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre gelungen, einer Überhitzung infolge der immer weiter ansteigenden Leuchtkraft der Sonne zu entgehen. Und genau dieses Kohlendioxid (CO2) setzt die Menschheit jetzt wieder durch die Nutzung fossiler Brennstoffe im Rekordtempo frei. Das sollte eigentlich auch die Klimaskeptiker nachdenklich stimmen, die immer wieder behaupten, die Sonne bestimme (fast) allein das Klima und bei der Sache mit den Treibhausgasen handele es sich um ein Scheinproblem!

In den Abschätzungen des International Panel on Climate Change (IPCC,  http://www.ipcc.ch/) wird von einem allmälichen Temperaturanstieg bei zunehmender Treibhausgaskonzentration ausgegangen. Vergleicht man etwa die Projektionen des IPCC mit der seitdem tatsächlich stattgefundenen Entwicklung, so befinden wir uns derzeit nahe dem oberen Rand dieser Szenarien. das gilt nicht nur für die global gemittelte Temperatur, sondern auch für den globalen Meeresspiegelanstieg.

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Mit einem Klimamodell, das auf den Prinzipien von Daisyworld basiert, aber auch den entscheidenden Einfluss der Meeresalgen (Beeinflussung der Wolkenbildung) und Landpflanzen (Abpumpen des CO2) auf das Klima  mit einbezieht, fand Lovelock schon im Jahre 1994 heraus, dass sich der Klimawandel zu einer wärmeren Welt nicht langsam und gemächlich, sondern sehr abrupt vollziehen könnte.

Überschreiten die Wassertemperaturen der Ozeane einen kritischen Wert so nimmt die Dichte der oberen Schichten derart ab, dass sich eine stabile Schichtung ausbildet (Stratifizierung). Ein Austausch mit den mineral- und nährstoffreichen Schichten ist dann kaum mehr möglich. Die Meeresalgenpopulationen, die ja nur in den oberen Schichten existieren können, wo es hell genug für ihre Photosynthese ist, sterben zu grossen Teilen ab.

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In dem Klimamodell von Lovelock passierte nun folgendes: Bei einer atmosphärischen CO2-Konzentration von 500 ppm (parts per million) – heute sind es bereits 390 ppm(!)-  erreichten die Wassertemperaturen der Ozeane so hohe Werte, dass die meisten Meeresalgen starben und damit ihre klimaregulierenden, abkühlenden Fähigkeiten verloren. Die Wolkenbedeckung ging zurück, und es kam zu einem abrupten globalen Temperaturanstieg um 6°C ! Ein neues Gleichgewicht stellte sich ein, das auch bei einem weiteren CO2 Anstieg (vorerst) stabil blieb. Die Landpflanzen allein übernahmen nun die Hauptrolle bei der Regulation des Klimas. Ein globaler Temperaturanstieg von 6°C hätte natürlich katastrophale Folgen. Der Meeresspiegel würde vor allem durch das Abschmelzen des Festlandeises in Grönland und in der Westantarktis um mehrere Meter ansteigen und weltweit die meisten Hafenstädte früher oder später in den Fluten versinken.

 Doch Leben auf dem Mars?

Zur allgemeinen Überraschung fanden vor wenigen Jahren der europäische Marssatellit „Mars Express“ und später auch erdgebundene Teleskope beachtliche Mengen an Methan (CH4) in der Marsatmosphäre. Methan (CH4) ist, worauf  Lovelock während seiner Zeit bei der NASA ja bereits hingewiesen hatte, ein sehr reaktives Gas, das mit dem vorhandenen Sauerstoff binnen kurzen zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) reagiert. Es muss also natürliche Quellen geben, welche ständig Methan (CH4) nachliefern. Das Gas ist interessanterweise nicht gleichmässig in der Marsatmosphäre verteilt, sondern weist ein charakteristisches Muster erhöhter Konzentrationen auf: Genau dort wo es viel Methan(CH4) gibt, treten auch hohe Wasserdampfkonzentrationen und genau dort gibt es auch Wassereisvorkommen unter der Marsoberfläche (http://www.esa.int/esaCP/SEMAK21XDYD_index_0.html)! Es liegt nahe auf die Existenz methanogener Bakterien zu schliessen, die unter dem Eis vielleicht recht erträgliche Lebensbedingungen vorfinden.

Und noch etwas wurde womöglich bisher übersehen. Der Sauerstoffgehalt der Marsatmosphäre ist zwar nur gering, aber immerhin 30.000 mal höher als bei allen anderen Planeten unseres Sonnensystems ausser der Erde. Gibt es auch hier natürliche Quellen? Könnten es Algen sein, die ebenfalls unter schützendem Eis ihr Dasein fristen?

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 Algen in der Südpolarregionn des Mars? Quellen: NASA, ESA, Mars Astrobiology Group ( http://www.colbud.hu/esa/), verändert.

Wissenschaftler der ESA (European Space Agency) halten das für möglich. In den Dünenfeldern der Südpolarregion des Mars erscheinen und verschwinden mit dem Wechsel der Jahreszeiten dunkle Flecken, die so genannten “Dark Dune Spots”(DDS) Die Flecken tauchen zu Frühlingsbeginn auf, werden dann kräftiger (Maximum im späten Frühling), um mit dem beginnenden Sommer wieder zu verblassen. Die DDS werden vor allem auf der Südhalbkugel bis hinauf zu -60° SÜD angetroffen, genau dort, wo auch grössere Wassereisvorkommen gefunden wurden.

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So könnte der Lebenszyklus möglicherweise algenähnlicher Marsorganismen (Mars Surface Organism, MSO) aussehen. Quelle: http://www.colbud.hu/esa/

Das gleichzeitige Vorhandensein nennenswerter Mengen an Sauerstoff (O2) und Methan (CH4), zwei sehr reaktiver Gase darf nach der Gaia-Theorie als Indiz für Leben auf dem Mars gewertet werden. Allerdings würde es nur ein Leben auf Sparflamme sein, zu schwach, um den Planeten in Richtung lebensfreundlicher Bedingungen zu regulieren, vielleicht die Überreste einer einstigen Gaia auf dem Mars, deren gute Zeit schon vorüber ist.

Jens Christian Heuer

Bücher von James E. Lovelock: 1) Gaia: A New Look at Life on Earth; TB Oxford University Press  2) Ages of Gaia: A Biography of Our Living Earth; TB Oxford University Press (dt. Das Gaia- Prinzip. Die Biographie unseres Planeten.; Insel TB)  3)The Revenge of Gaia: Earth’s Climate Crisis & the Fate of Humanity; Basic Books (dt. Gaias Rache: Warum die Erde sich wehrt; TB Ullstein) 4)The Vanishing Face of Gaia: A Final Warning; Basic Books