Der Kosmos ist ein Ökosystem – Part II

Worüber sich Astrobiologen streiten, ist die Frage nach der Einzigartigkeit organischen Lebens. Seit Charles Darwin in seinem monumentalen Werk Über die Entstehung der Arten den Gedanken einer selbstgesteuerten Evolution eingeführt hat, die ausschließlich der Gesetzmäßigkeit natürlicher Auslese gehorcht, gilt biologisches Leben nicht mehr als das Produkt einer zweckmäßigen Schöpfung. Das Lebendige, so der Konsens unter evolutionär denkenden Naturwissenschaftler, ist bloß eine besondere Organisationsform der Materie und gehorcht genauso bestimmten Naturgesetzen wie alles andere auch. Infolge einer Verkettung unglaublich günstiger Umstände – angefangen beim richtigen Abstand der Erde von der Sonne, der nicht zu klein und nicht zu groß war, um für genau die richtigen Temperaturen zu sorgen, die Leben ermöglichen – konnten in der desinteressiert vor sich hin blubbernden Ursuppe halbwegs stabile Moleküle zueinanderfinden, um die erste lebendige Urzelle zu formen, den einen gemeinsamen Vorfahren aller darauffolgenden Gattungen und Spezies, die sich ihrerseits durch einen blinden Selektionsprozess ausdifferenziert und höher entwickelt haben. Die Belebung der Natur war das unbeabsichtigte Resultat einer zufällig aufgehenden Gleichung physikalischer und chemischer Variablen. Alles, was lebt, hatte das Glück zur richtigen Zeit am richtigen Ort in einem ansonsten leblosen Kosmos gewesen zu sein.

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Hubble Ultra Deep Field, die Milchstraßentiere sind gut zu erkennen. Credit: NASA/ESA

Dass sich etwas so Einmaliges wie die Entstehung irdischen Lebens an anderer Stelle im Universum ebenfalls ereignen könnte, galt als undenkbar. Doch seit massenweise neue Exoplaneten entdeckt werden, findet bei vielen Wissenschaftlern ein Umdenken statt. Langsam schwant ihnen, dass es im Weltall nur so vor Leben wimmeln könnte. Vielleicht ist biologisches Leben keine Ausnahme, sondern der kosmische Normalfall. Allein unsere Galaxie hat Milliarden von Sternen, die offensichtlich sehr häufig von Planeten umherschwirrt werden, von denen manche der Erde hinsichtlicher ihrer Masse, Dichte und Sonnenentfernung sehr ähnlich sind. Hochgerechnet auf Milliarden von Galaxien, die jeweils Billionen von Sternen beherbergen, lassen die Gesetze statistischer Wahrscheinlichkeit die Existenz eines annähernd erdähnlichen Planeten beinahe zur Gewissheit werden. Eine solche Welt hätte genauso das Zeug zum lebenspendenden Biotop wie die Erde. Aber auch unter weniger optimalen Bedingungen könnten sich extremophile Organismen auf Lava- oder Eisplaneten breitgemacht haben. Wie der irdische Artbestand zeigt, der bis in die letzten unbewohnbaren Winkel unseres Planeten vorgedrungen ist, findet das Leben immer einen Weg.

Dennoch sind viele Wissenschaftler nachwievor skeptisch, ob die Entstehung von Leben auf der Erde wirklich als Präzedenzfall für vergleichbare Schöpfungsereignisse auf anderen Planeten herhalten kann. Denn schließlich gilt biologisches Leben heute weithin als einzigartiges Zufallsprodukt. Zu spekulieren, dass es mehrfach entstanden sein könnte, hieße einzugestehen, dass im Kosmos ein allgemeiner Trend hin zum Lebendigwerden anorganischer Materie besteht. Die Naturkonstanten im Universum wären dann allem Anschein nach von Anfang an darauf abgestimmt gewesen, Leben hervorzubringen. Dem Kosmos würde somit eben doch ein gewisser Zweck innewohnen, nämlich die wie programmiert eintretende Erzeugung biologischen Lebens, und das nicht nur auf der Erde, sondern auf unzähligen Welten. Vielen Wissenschaftler widerstrebt diese Ansicht; zu sehr erinnert sie ein zweckmäßig eingerichteter Kosmos an das Werk eines absichtlich handelnden Schöpfergottes.

Sollte aber irgendwann außerirdisches Leben gefunden werden, kann nicht länger die Rede davon sein, dass das Leben hier und anderswo „zufällig“ entstanden ist. Man muss dann anerkennen, dass die kosmische Entwicklung notwendig auf die Erschaffung von Leben hinausläuft. Ich glaube an einen solchen „Biokosmos“, nicht aus religiösen, sondern aus wissenschaftlichen Gründen. Die neuesten Erkenntnisse über das häufige Vorkommen von Exoplaneten und die lebensfreundlichen Bedingungen auf Himmelskörpern in unserem eigenen Sonnensystem haben mich überzeugt, dass irdisches Leben nicht der große Ausnahmefall sein kann. Evolution ist für mich ein Prozess, der sich über das ganze Universum erstreckt. Ein evolutionäres Phänomen, dem die Astrobiologie meiner Meinung nach besondere Aufmerksamkeit schenken sollte, ist die sogenannte Konvergenz. Darunter versteht man das wiederholte Auftreten bestimmter Muster im Evolutionsgeschehen. Ich bin der Meinung, dass sich dahinter der Schlüssel zur Entdeckung außerirdischen Lebens verbergen könnte.

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Echolokation bei Fledermäusen und Delfinen (Credit: School of Life Sciences)

Ein Beispiel für konvergente Evolution ist die Echoortung bei Delphinen und Fledermäusen, von der im eingangs erwähnten nature-Artikel berichtet wird. Diese beiden relativ entfernt verwandten Säugetiere haben dieselbe körperliche Vorrichtung ausgebildet, obwohl ihr letzter gemeinsamer Vorfahr ein entsprechendes Merkmal noch nicht aufwies. Die Echolokation dient dem Aussenden von Schallwellen und der anschließende Analyse der reflektierten Wellen, um dadurch die Umwelt abzutasten und sich darin zurechtzufinden. Anatomisch könnte der Unterschied zwischen den Flatterwesen und den Meeressäugern kaum größer sein, und doch haben beide Spezies eine identische Sinnesapparatur entwickelt, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren. Die Lebensräume von Fledermäusen und Delphinen sind sehr unterschiedlich: die eine Spezies bevölkert den nächtlichen Luftraum, die andere das kühle Nass der Weltmeere. Eine Gemeinsamkeit zwischen diesen beiden Gebieten gibt es aber doch – wer im Dunkeln der Nacht und bei den nur sehr eingeschränkten Sichtverhältnissen im Ozean auf den Sehsinn verzichten muss und stattdessen auf einen anderen sensorische Ortungsmechanismus zurückgreifen kann, der hat im Überlebenskampf einen enormen Vorteil. Schall bewegt sich über weite Strecken ungehindert durch die gasförmige Atmosphäre und auch durch das flüssige Medium, was ihn zum unübertrefflichen Hilfsmittel für die Bewohner finsterer Lüfte und trüber Gewässer macht. In beiden Fällen waren die Organismen mit derselben Problematik konfrontiert – wie sie sich effektiv fortbewegen und nach Beute jagen sollten ohne viel zu sehen – und in beiden Fällen hat die Evolution dieselbe Lösung gefunden: die Echoortung. Ein weiterer Vorteil dieser Anpassung: die Ermöglichung von Kommunikation unter Artgenossen.

Die Entwicklungsrichtungen der beiden Arten haben sich auf ein spezifisches Merkmal hin ausgerichtet und sind konvergiert. Die Natur greift aus ihrer Trickkiste dieselben Hilfsmittel heraus, um gleichartige Problemstellungen zu bewältigen. Daher finden sich bei so unterschiedlichen Lebewesen wie den Fledermäusen und den Delphinen übereinstimmende Merkmale trotz eines nur fernen Verwandtschaftsverhältnisses. Weitere Beispiele für Konvergenz sind die Flügel bei Vögeln und Insekten oder die Augen von Säugetieren und von Meeresbewohnern wie den Oktopussen, die sich unabhängig voneinander und mitunter aus völlig verschiedenen Ausgangsstrukturen entwickelt haben. Wie die wissenschaftliche Studie belegt, um die es in dem Artikel aus nature geht, bleibt bei der konvergenten Angleichung von Lebewesen auch deren Genom nicht unberührt. Bei den Fledermäusen und Delphinen zum Beispiel finden sich im Erbgut zahlreiche übereinstimmende Veränderungen. Konvergente Evolution schlägt sich also auch auf genetischer Ebene nieder. Vielleicht, so meine Hypothese, konvergieren sogar Lebewesen von verschiedenen Planeten, wenn die dort herrschenden Umweltverhältnisse analog sind und die mutmaßlichen planetaren Biosphären somit denselben Anpassungsdruck auf etwaige Organismen ausüben. „Kosmische konvergente Evolution“ nenne ich das.

Unter der Eisdecke vom Jupiter-Mond Europa herrscht totale Finsternis. In der irdischen Tiefsee ebenfalls. Aber einige marine Lebewesen setzen dem ewigen Dunkel eine geradezu wundersame Erfindung der Natur entgegen: Biolumineszenz, lebendiges Licht. Quallen, Fische, Krustentiere und Bakterien sind mit speziellen Leuchtorganen ausgestattet, die pulsierende Lichtmuster produzieren, die der Nahrungssuche, der Anlockung von Sexualpartnern oder der Ablenkung von Fressfeinden dienen. Das biologisches Leuchten ist erstaunlich vielfarbig und betörend schön. Ein regelrechtes Lichterfest illuminiert die Tiefen unserer Ozeane. Marine Biolumineszenz ist keine evolutionäre Kuriosität, sondern ein zentraler Bestandteil der unterseeischen Ökologie. So wie über Tage fröhlich die Vögel zwitschern, so kommuniziert die Tierwelt tief unter der Meeresoberfläche mit blinkenden Botschaften aus Licht. In über 40 Stammlinien und damit in Tausenden von Arten hat sich diese Eigenschaft von Neuem herausgebildet. Das macht Biolumineszenz zu einem Paradebeispiel für konvergente Evolution. Ich halte es für möglich, dass die evolutionäre Bewegung hin zur Biolumineszenz auch in der Tiefsee vom Jupiter-Mond Europa erfolgt sein könnte. Wenn das organische Licht hier auf der Erde eine bevorzugte Anpassung unterschiedlichster Arten auf die ozeanische Dunkelheit gewesen ist – warum sollte das dann nicht auch in den lichtlosen Meeren von Europa der Fall gewesen sein? „Kosmische konvergente Evolution“ hätte dann in zwei Lebensräumen, die sich ökologisch sehr ähnlich sind, aber auf verschiedenen Planeten liegen, dasselbe Rezept angewendet, um die jeweiligen Lebewesen für das Überleben zu wappnen.

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Ein außerirdisches Raumschiff im Weltraum? Nein. Die biolumineszente Rippenqualle Bolinopsis infundibulum in ihrem natürlichen Lebensraum: der irdischen Tiefsee. (Credit: NOAA)

Das ist eine Hypothese, die sich überprüfen ließe, indem man eine Robotersonde nach Europa schickt, die sich durch die Eisdecke bohrt und den darunterliegenden Ozean erkundet. Bislang sind alle Versuche gescheitert, außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem dingfest zu machen. So hat zum Beispiel die 1970 zum Mars geschickte Viking-Sonde keine Anzeichen für mikrobielles Leben auf der Oberfläche ausfindig machen können. Nach der Landung hatte die Sonde selbstständig Bodenproben entnommen, um womöglich vorhandene Mikroben in einem Inkubator zu kultivieren. Messgeräte hätten dann die Zersetzungsprodukte der Stoffwechselaktivität dieser Kleinstlebewesen nachweisen sollen. So hätte man indirekt Leben nachgewiesen. Als „Biosignatur“, also als detektierbaren Fußabdruck des Lebens, hatte man chemische Spuren festgelegt, die von organischen Prozessen hinterlassen werden. Mein Vorschlag lautet: Biolumineszenz könnte genauso gut als Biosignatur für außerirdisches Leben dienen. Hätte die tauchende Robotersonde hoch entwickelte Lichtsensoren an Bord, die Bilder von biolumineszenter Aktivität in dem unterirdischen Ozean übermittelt, wäre das ein an Eindeutigkeit kaum zu übertreffender Beweis für außerirdisches Leben. Ich habe noch mehr Ideen, womit man den Unterwasserroboter ausstatten könnte: zum Beispiel mit einem optischen Köder, der mit Leuchtioden biologische Lichtmuster nachahmt und so die auf Europa vermutete Fauna anlockt. Mit so einem Verfahren hat die Meeresbiologin Edith Widder voriges Jahr erstmals Aufnahmen vom sagenumwobenen Riesenkraken machen können.

Auch der weltberühmte Regisseur James Cameron, der mit der Unterstützung von der National Geographic Explorer Society in einem selbstgebauten U-Boot zum tiefsten Punkt der Erde am Mariannengraben hinuntergetaucht ist, interessiert sich für Tiefseekreaturen als Modellorganismen für außerirdisches Leben. In seinem Dokumentarfilm „Aliens of the Deep“ zeigt er spektakuläre Aufnahmen von den seltsamen Lebewesen, die sich in den ökologischen Nischen rund um hydrothermale Schloten tummeln. Sein U-Boot, die Deepsea Challanger, hat er dem Woodshole Oceanographic Institute an der amerikanischen Ostküste vermacht. Am kalifornischen Jet Propulsion Laboratory, das an Camerons Unterwassermission beteiligt war, wird indes schon an Prototypen für Tauchroboter getüftelt, die geeignet wären, um sich in Europas unterirdischem Ozean umzuschauen. Dass die massive Eisdecke auf Europa kein unüberwindliches Hindernis darstellt, haben die russischen Forscher bewiesen, die sich durch einen 4 km dicken Eispanzer in der Antarktis bis zum darunter liegenden Wostoksee durchgebohrt haben. Tausende verschiedener Arten, vornehmlich Mikroorganismen, haben sie dort schon entdeckt. Für 2022 plant die europäische Raumfahrtbehörde ESA eine Raumsondenmission zu den Jupitermonden (Reisezeit: ca. 10 Jahre). Besonderes Augenmerk wird allerings auf dem Jupiter-Mond Ganymed liegen. Für dasselbe Jahrzehnt plant die NASA eine Mission, die sich speziell mit Europa befassen soll. Laut Missionskonzept sind mehrere Vorbeiflüge am Eismond geplant, allerdings kein Eintritt in einen stabilen Orbit. Wann eine Landemission auf Europa durchgeführt werden wird, steht noch in den Sternen. Doch irgendwann in diesem Jahrhundert, da bin ich mir sicher, werden wir uns mit fortgeschrittener Technologie Zugang zu Europas geheimnisvollem Ozean verschaffen können.

Dem oft zu hörenden Satz, dass biolumineszente Lebewesen wirken, als seien sie von einer anderen Welt, wohnt vielleicht eine tiefere Wahrheit inne, als man gemeinhin glaubt.

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