Eine neue Studie könnte die Suche nach außerirdischem Leben vorantreiben. Demnach sind außer Wasser die Elemente Phosphor und Stickstoff entscheidende Lebensgrundlagen auf einem Exoplaneten.
Die entscheidenden Elemente für Leben sind Phosphor und Stickstoff. Zu diesem Schluss kommt eine neue Studie, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde. Forschende der ETH Zürich, der Universität von Cambridge und der Universität Groningen meinen, dass sich die Suche nach außerirdischem Leben auf Exoplaneten, also Planeten außerhalb des Sonnensystems, auf Phosphor und Stickstoff konzentrieren sollte.
Wasser allein kein ausreichender Hinweis
Bislang werden Exoplaneten vor allem auf ihr Vorkommen von Wasser hin untersucht. Flüssiges Wasser sei zwar die Voraussetzung für “das Leben, das wir kennen”, sagt der an der Studie maßgeblich beteiligte Planetenforscher Craig Walton, “aber das reicht nicht. Man braucht Schlüsselelemente wie Phosphor und Stickstoff.” Wenn ein Planet zwar Wasser, aber nicht genug Phosphor oder Stickstoff habe, könnte er demnach trotzdem ohne Leben sein.
Ein Zusammenspiel der Elemente
Phosphor sei essenziell für den Energiehaushalt der Zellen und für die Bildung der DNA, begründet Walton, der die Studie für die ETH Zürich durchführte und jetzt an der Universität Cambridge arbeitet. Und ohne Stickstoff könnten keine Proteine gebildet werden. Zusammen mit einem Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat er mittels Modellberechnungen herausgefunden, welche Bedingungen ein Planet benötigt, damit auf seiner Oberfläche eine ausreichende Menge beider Elemente vorhanden ist.
Wenn sich Planeten bilden, bestehen sie zunächst aus geschmolzenem Gestein. In dieser Phase werden die Elemente sortiert: Schweres sinkt in Richtung Kern, Leichtes bleibt oben an der Oberfläche. Dabei spielt Sauerstoff eine zentrale Rolle. Gibt es zu wenig davon, so Walton, bindet sich Phosphor an schwere Elemente wie Eisen und sinkt zum Kern. Gibt es zu viel Sauerstoff, bleibt der Phosphor zwar in oberen Planetenschichten, aber der Stickstoff entweicht in die Atmosphäre und kann ganz verloren gehen.
“Ideale Bedingungen sind wie kosmisches Roulette”
Nur wenn ein Planet auch in seiner Entstehungsphase über die richtige Menge Sauerstoff verfügt, ist laut der Studie Leben möglich. Das ist wie “kosmisches Roulette”, so Walton, bei dem nur ganz wenige Planeten die Gewinner sind: “Es ist schon ein bisschen unheimlich, wenn man sich vorstellt, man findet einen Planeten mit Wasser, und fliegt mit einer Rakete dorthin und findet Wasser, aber kein Phosphor – dann heißt es ‘Game Over’.”
So ein Mangel könnte auch die geplante Besiedelung des Mars vor neue Herausforderungen stellen – allerdings nicht in Bezug auf Phosphor, sondern auf Stickstoff.
Die Erde ist ein seltener Glücksfall
Als die Erde sich zum Planeten formte, stand offenbar die richtige Menge Sauerstoff zur Verfügung. Sie liegt in einer chemischen sogenannten “Goldlöckchenzone“. Damit wird in der Astronomie der Bereich um einen Zentralstern bezeichnet, in dem auf einem Planeten Leben entstehen könnte. Es ist ein “sehr kleines Fenster”, so Walton, “in dem die Erde in Bezug auf den Sauerstoffgehalt liegt, dass bei der Kernbildung gerade genug Phosphor für das Leben an der Oberfläche bleibt.”
Wie wir lebensfreundliche Welten finden
Das könnte die Art und Weise verändern, wie lebensfreundliche Exoplaneten gesucht werden. Bislang lag flüssiges Wasser im Fokus. Craig Walton plädiert dafür, auch den Sauerstoff in den Blick zu nehmen. Zusammen mit der beobachtbaren Entfernung des Planeten zu seinem Stern und der chemischen Zusammensetzung des Sterns, könne man dann auch die Chemie des Planeten ableiten und “die Bewohnbarkeit ziemlich gut abschätzen”.
Der Astrophysiker Til Birnstiel von der Ludwig-Maximilians-Universität München hält die Studie für hilfreich, künftige Kandidaten für einen erdähnlichen Exoplaneten besser zu bestimmen. Man könne sich auch bereits Atmosphären von Planeten erstaunlich gut anschauen und dort vieles messen, so Birnstiel. “Aber es geht ja um die Phase, wo sich der Kern des Planeten gebildet hat. Wenn man dann zu dem quasi fertigen Produkt geht, dem abgekühlten Planeten hinterher, wie jetzt zum Beispiel unserer Erde, dann sieht die Situation ganz anders aus, weil da ist die Atmosphäre auch durch andere Prozesse beeinflusst”, erklärt er. Der Sauerstoff in der Erdatmosphäre zum Beispiel wurde durch Photosynthese von bereits vorhandenem Leben gebildet.
Wie wahrscheinlich ist außerirdisches Leben?
Insgesamt hält Til Birnstiel die Diskussion über die Bewohnbarkeit von Planeten für “übertrieben vereinfacht”. Beispielsweise könnte es auch Leben auf Eismonden geben, die Jupiter und Saturn umkreisen. Und es könne ja auch Leben geben, das mit wenig Stickstoff und Phosphor auskommt: “Man hat auch gedacht, dass am Grund des Ozeans Leben unmöglich ist und dann hat man festgestellt, dass es alles Mögliche an Leben dort gibt. Meistens wird man da eher überrascht.” Es gebe hunderte von Milliarden Sternen in hunderten von Milliarden Galaxien. Wenn es einmal möglich sei, das auf einem Planeten Leben entsteht, dann auch woanders, meint Birnstiel. “Dann sind wir wahrscheinlich nicht so besonders und nicht so einzigartig”.
Craig Walton schließt dennoch nicht aus, dass die Erde “der einzige bewohnte oder bewohnbare Planet in der Galaxis ist”. Denn schon eine geringe Abweichung sogar im selben Sonnensystem reicht offenbar, um eine Welt unbewohnbar zu machen. Das zeige sich am Beispiel des Mars. Und selbst wenn es einen bewohnbaren Exoplaneten gibt, mahnt Walton: “Wir können nicht einfach ins nächste Sternsystem fliegen. Deswegen müssen wir gut auf die Erde aufpassen.”
