ASTROBIOLOGIE: GESCHICHTE, STUDIENOBJEKT UND BEDEUTUNG - BIOLOGIE - 2025

Die Astrobiologie oder Exobiologie ist ein Zweig der Biologie, der sich mit dem Ursprung, der Verteilung und der Dynamik des Lebens im Kontext unseres Planeten als des gesamten Universums befasst. Wir könnten dann sagen, dass als Wissenschaft Astrobiologie für das Universum ist, was Biologie für den Planeten Erde ist.

Aufgrund des breiten Wirkungsspektrums der Astrobiologie konvergieren andere Wissenschaften wie Physik, Chemie, Astronomie, Molekularbiologie, Biophysik, Biochemie, Kosmologie, Geologie, Mathematik, Computer, Soziologie, Anthropologie und Archäologie.

Abbildung 1. Künstlerische Interpretation des Zusammenhangs zwischen Leben und Weltraumforschung. Quelle: NASA / Cheryse Triano

Die Astrobiologie versteht das Leben als ein Phänomen, das "universell" sein könnte. Es befasst sich mit ihren möglichen Kontexten oder Szenarien; seine Anforderungen und seine Mindestbedingungen; die beteiligten Prozesse; seine expansiven Prozesse; unter anderen Themen. Es ist nicht auf intelligentes Leben beschränkt, sondern erforscht jede mögliche Art von Leben.

Geschichte der Astrobiologie

Die Geschichte der Astrobiologie reicht vielleicht bis zu den Anfängen der Menschheit als Spezies und ihrer Fähigkeit zurück, sich über den Kosmos und das Leben auf unserem Planeten zu befragen. Daraus entstehen die ersten Visionen und Erklärungen, die heute noch in den Mythen vieler Völker vorhanden sind.

Die aristotelische Vision

Die aristotelische Vision betrachtete die Sonne, den Mond, den Rest der Planeten und Sterne als perfekte Kugeln, die uns umkreisten und konzentrische Kreise um uns bildeten.

Diese Vision bildete das geozentrische Modell des Universums und war die Konzeption, die die Menschheit im Mittelalter kennzeichnete. Wahrscheinlich hätte damals die Frage nach der Existenz von "Einwohnern" außerhalb unseres Planeten keinen Sinn ergeben können.

Die kopernikanische Sicht

Im Mittelalter schlug Nicolás Copernicus sein heliozentrisches Modell vor, das die Erde als einen weiteren Planeten platzierte und sich um die Sonne drehte.

Dieser Ansatz hatte tiefgreifende Auswirkungen auf die Art und Weise, den Rest des Universums und sogar uns selbst zu betrachten, da er uns an einen Ort brachte, der vielleicht nicht so "speziell" war, wie wir gedacht hatten. Dann die Möglichkeit der Existenz anderer Planeten, die unseren ähnlich sind, und damit des Lebens, das sich von dem unterscheidet, das wir kennen.

Abbildung 2. Das heliozentrische System von Copernicus. Quelle: Public Domain, über Wikimedia Commons

Erste Ideen des außerirdischen Lebens

Der französische Schriftsteller und Philosoph Bernard le Bovier de Fontenelle schlug bereits Ende des 17. Jahrhunderts vor, dass Leben auf anderen Planeten existieren könnte.

Mitte des 18. Jahrhunderts schrieben viele der mit der Aufklärung verbundenen Gelehrten über das außerirdische Leben. Selbst die führenden Astronomen der Zeit wie Wright, Kant, Lambert und Herschel gingen davon aus, dass Planeten, Monde und sogar Kometen bewohnt werden könnten.

So begann das 19. Jahrhundert mit einer Mehrheit von akademischen Wissenschaftlern, Philosophen und Theologen, die den Glauben an die Existenz von außerirdischem Leben auf fast allen Planeten teilten. Dies wurde zu dieser Zeit als solide Annahme angesehen, die auf einem wachsenden wissenschaftlichen Verständnis des Kosmos beruhte.

Die überwältigenden Unterschiede zwischen den Himmelskörpern des Sonnensystems (hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, Atmosphäre, Schwerkraft, Licht und Wärme) wurden ignoriert.

Mit zunehmender Leistung von Teleskopen und dem Aufkommen der Spektroskopie gelang es den Astronomen jedoch, die Chemie der nahe gelegenen Planetenatmosphären zu verstehen. Somit konnte ausgeschlossen werden, dass nahegelegene Planeten von Organismen bewohnt wurden, die den terrestrischen ähnlich sind.

Gegenstand des Studiums der Astrobiologie

Die Astrobiologie konzentriert sich auf die Untersuchung der folgenden Grundfragen:

• Was ist Leben?
• Wie ist das Leben auf der Erde entstanden?
• Wie entwickelt und entwickelt sich das Leben?
• Gibt es anderswo im Universum Leben?
• Was ist die Zukunft des Lebens auf der Erde und anderswo im Universum, wenn es existiert?

Aus diesen Fragen ergeben sich viele andere Fragen, die sich alle auf den Gegenstand des Studiums der Astrobiologie beziehen.

Mars als Modell für Studien und Weltraumforschung

Der rote Planet Mars war die letzte Bastion von Hypothesen über außerirdisches Leben im Sonnensystem. Die Idee der Existenz des Lebens auf diesem Planeten entstand ursprünglich aus Beobachtungen von Astronomen im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert.

Sie argumentierten, dass die Markierungen auf der Marsoberfläche tatsächlich Kanäle waren, die von einer Population intelligenter Organismen gebaut wurden. Diese Muster werden nun als Produkt des Windes betrachtet.

Die Missionen

Die Mariner-Raumsonden veranschaulichen das Weltraumzeitalter, das Ende der 1950er Jahre begann. Diese Ära ermöglichte es, die Planeten- und Mondoberflächen im Sonnensystem direkt zu visualisieren und zu untersuchen. Damit werden die Behauptungen mehrzelliger und leicht erkennbarer außerirdischer Lebensformen im Sonnensystem ausgeschlossen.

1964 sandte die Mariner 4-Mission der NASA die ersten Nahaufnahmen der Marsoberfläche, die einen im Grunde genommen Wüstenplaneten zeigen.

Nachfolgende Missionen zum Mars und zu den äußeren Planeten ermöglichten jedoch eine detaillierte Ansicht dieser Körper und ihrer Monde und insbesondere im Fall des Mars ein teilweises Verständnis ihrer frühen Geschichte.

In verschiedenen außerirdischen Umgebungen fanden die Wissenschaftler Umgebungen, die sich nicht sehr von den bewohnten Umgebungen auf der Erde unterscheiden.

Die wichtigste Schlussfolgerung dieser ersten Weltraummissionen war die Ersetzung spekulativer Annahmen durch chemische und biologische Beweise, die es ermöglichen, sie objektiv zu untersuchen und zu analysieren.

Gibt es Leben auf dem Mars? Die Mission

In erster Linie stützen die Ergebnisse der Mariner-Missionen die Hypothese, dass es auf dem Mars kein Leben gibt. Wir müssen jedoch berücksichtigen, dass makroskopisches Leben gesucht wurde. Nachfolgende Missionen haben Zweifel an der Abwesenheit von mikroskopischem Leben aufkommen lassen.

Abbildung 3. Orbitale und terrestrische Sonde der Wikinger-Mission. Quelle: Don Davis, über Wikimedia Commons

Zum Beispiel gaben von den drei Experimenten zur Erkennung von Leben, die von der Bodensonde der Wikinger-Mission durchgeführt wurden, zwei positive und ein negatives Ergebnis zurück.

Trotzdem sind sich die meisten an den Viking-Sondenexperimenten beteiligten Wissenschaftler einig, dass es keine Hinweise auf Bakterienleben auf dem Mars gibt und die Ergebnisse offiziell nicht schlüssig sind.

Abbildung 4. Landungssonde (Lander) der Wikinger-Mission. Quelle: NASA / JPL-Caltech / Universität von Arizona, über Wikimedia Commons

Missionen

Nach den kontroversen Ergebnissen der Wikinger-Missionen startete die Europäische Weltraumorganisation (ESA) 2003 die Mars Express-Mission, die speziell für exobiologische und geochemische Studien entwickelt wurde.

Diese Mission beinhaltete eine Sonde namens Beagle 2 (gleichbedeutend mit dem Schiff, auf dem Charles Darwin reiste), mit der nach Lebenszeichen auf der flachen Oberfläche des Mars gesucht werden sollte.

Diese Sonde verlor leider den Kontakt zur Erde und konnte ihre Mission nicht zufriedenstellend erfüllen. Ähnliches Schicksal hatte die NASA-Sonde "Mars Polar Lander" im Jahr 1999.

Mission

Nach diesen fehlgeschlagenen Versuchen erreichte die Phoenix-Mission der NASA im Mai 2008 den Mars und erzielte in nur fünf Monaten außergewöhnliche Ergebnisse. Seine Forschungsschwerpunkte waren exobiologisch, klimatisch und geologisch.

Diese Sonde konnte die Existenz von:

• Schnee in der Atmosphäre des Mars.
• Wasser in Form von Eis unter den oberen Schichten dieses Planeten.
• Grundböden mit einem pH-Wert zwischen 8 und 9 (zumindest in der Nähe des Abstiegs).
• Flüssiges Wasser auf der Marsoberfläche in der Vergangenheit

Die Erforschung des Mars geht weiter

Die Erforschung des Mars wird heute mit High-Tech-Roboterinstrumenten fortgesetzt. Die Rovers-Missionen (MER-A und MER-B) haben eindrucksvolle Beweise dafür geliefert, dass es auf dem Mars Wasseraktivität gab.

Beispielsweise wurden Hinweise auf Süßwasser, kochende Quellen, eine dichte Atmosphäre und einen aktiven Wasserkreislauf gefunden.

Abbildung 5. Zeichnung des Rover MER-B (Opportunity) auf der Marsoberfläche. Quelle: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, über Wikimedia Commons

Auf dem Mars wurden Beweise dafür erhalten, dass einige Gesteine ​​in Gegenwart von flüssigem Wasser wie Jarosite geformt wurden, das vom MER-B (Opportunity) Rover entdeckt wurde, der von 2004 bis 2018 aktiv war.

Der Rover MER-A (Curiosity) hat saisonale Schwankungen des Methans gemessen, die immer mit der biologischen Aktivität zusammenhängen (Daten wurden 2018 in der Zeitschrift Science veröffentlicht). Er hat auch organische Moleküle wie Thiophen, Benzol, Toluol, Propan und Butan gefunden.

Abbildung 6. Saisonale Schwankung der Methanwerte auf dem Mars, gemessen mit dem Rover MER-A (Curiosity). Quelle: NASA / JPL-Caltech

Es gab Wasser auf dem Mars

Obwohl die Marsoberfläche derzeit unwirtlich ist, gibt es eindeutige Hinweise darauf, dass sich in der fernen Vergangenheit aufgrund des Marsklimas flüssiges Wasser, ein wesentlicher Bestandteil des Lebens, wie wir es kennen, auf der Oberfläche ansammeln konnte.

Rover MER-A-Daten (Curiosity) zeigen, dass ein See im Gale-Krater vor Milliarden von Jahren alle lebensnotwendigen Inhaltsstoffe enthielt, einschließlich chemischer Komponenten und Energiequellen.

Marsmeteoriten

Einige Forscher betrachten Marsmeteoriten als gute Informationsquelle über den Planeten, was sogar darauf hindeutet, dass es natürliche organische Moleküle und sogar Mikrofossilien von Bakterien gibt. Diese Ansätze sind Gegenstand wissenschaftlicher Debatten.

Figure 7. Mikroskopische Ansicht der inneren Struktur des ALH84001-Meteoriten mit bazillenähnlichen Strukturen. Quelle: NASA, über Wikimedia Commons

Diese Meteoriten vom Mars sind sehr selten und stellen die einzigen direkt analysierbaren Proben des roten Planeten dar.

Panspermie, Meteoriten und Kometen

Eine der Hypothesen, die die Untersuchung von Meteoriten (und auch Kometen) begünstigt, wurde Panspermie genannt. Dies besteht aus der Annahme, dass in der Vergangenheit die Besiedlung der Erde durch Mikroorganismen erfolgte, die in diese Meteoriten gelangten.

Heute gibt es auch Hypothesen, die darauf hindeuten, dass terrestrisches Wasser von Kometen stammt, die in der Vergangenheit unseren Planeten bombardiert haben. Darüber hinaus wird angenommen, dass diese Kometen Urmoleküle mitgebracht haben, die die Entwicklung von Leben ermöglichten oder sogar bereits entwickeltes Leben in ihnen steckten.

Vor kurzem, im September 2017, hat die Europäische Weltraumorganisation (ESA) die 2004 gestartete Rosseta-Mission erfolgreich abgeschlossen. Diese Mission bestand aus der Erforschung des Kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko mit der Philae-Sonde, die ihn erreichte und umkreiste dann absteigen. Die Ergebnisse dieser Mission werden noch untersucht.

Bedeutung der Astrobiologie

Fermis Paradoxon

Man kann sagen, dass die ursprüngliche Frage, die das Studium der Aastrobiologie motiviert, lautet: Sind wir allein im Universum?

Allein in der Milchstraße gibt es Hunderte von Milliarden Sternensystemen. Diese Tatsache, zusammen mit dem Alter des Universums, legt nahe, dass das Leben ein weit verbreitetes Phänomen in unserer Galaxie sein sollte.

Zu diesem Thema ist die Frage des Nobelpreisträgers Enrico Fermi berühmt: "Wo sind alle?", Die er im Rahmen eines Mittagessens stellte, in dem die Tatsache diskutiert wurde, dass die Galaxie voll sein sollte des Lebens.

Die Frage führte schließlich zu dem Paradoxon, das seinen Namen trägt und wie folgt angegeben wird:

Das SETI-Programm und die Suche nach außerirdischer Intelligenz

Eine mögliche Antwort auf das Fermi-Paradox könnte sein, dass die Zivilisationen, an die wir denken, tatsächlich da sind, aber wir haben sie nicht gesucht.

1960 startete Frank Drake zusammen mit anderen Astronomen ein SETI-Programm (Search for Extraterrestrial Intelligence).

Dieses Programm hat gemeinsam mit der NASA nach Anzeichen für außerirdisches Leben wie Radio- und Mikrowellensignale gesucht. Die Frage, wie und wo nach diesen Signalen gesucht werden soll, hat in vielen Bereichen der Wissenschaft zu großen Fortschritten geführt.

Abbildung 8. Von SETI in Arecibo, Puerto Rico, verwendetes Radioteleskop. Quelle: JidoBG, aus Wikimedia Commons

1993 stornierte der US-Kongress die Finanzierung der NASA für diesen Zweck aufgrund falscher Vorstellungen über die Bedeutung der Suche. Heute wird das SETI-Projekt mit privaten Mitteln finanziert.

Das SETI-Projekt hat sogar Hollywood-Filme wie Contact mit der Schauspielerin Jodie Foster hervorgebracht, die von dem gleichnamigen Roman des weltberühmten Astronomen Carl Sagan inspiriert wurden.

Drakes Gleichung

Frank Drake hat die Anzahl der Zivilisationen mit Kommunikationsfähigkeiten anhand des Ausdrucks geschätzt, der seinen Namen trägt:

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L.

Wobei N die Anzahl der Zivilisationen mit der Fähigkeit zur Kommunikation mit der Erde darstellt und als Funktion anderer Variablen ausgedrückt wird, wie z.

• R *: die Geschwindigkeit der Sternentstehung ähnlich unserer Sonne
• f _p : der Anteil dieser Sternensysteme mit Planeten
• n _e : die Anzahl der erdähnlichen Planeten pro Planetensystem
• f _l : Der Anteil dieser Planeten, auf dem sich das Leben entwickelt
• f _i : der Bruchteil, in dem Intelligenz entsteht
• f _c : der Anteil kommunikativ passender Planeten
• L: die Lebenserwartung dieser Zivilisationen.

Drake formulierte diese Gleichung als Werkzeug, um das Problem zu "dimensionieren", und nicht als Element, um konkrete Schätzungen vorzunehmen, da viele seiner Begriffe äußerst schwer abzuschätzen sind. Es besteht jedoch Konsens darüber, dass die Anzahl, die es zu werfen neigt, groß ist.

Neue Szenarien

Wir sollten beachten, dass es bei der Formulierung der Drake-Gleichung nur sehr wenige Hinweise auf Planeten und Monde außerhalb unseres Sonnensystems (Exoplaneten) gab. In den neunziger Jahren tauchten die ersten Hinweise auf Exoplaneten auf.

Abbildung 9. Kepler-Teleskop. Quelle: NASA, über Wikimedia Commons

Beispielsweise hat die Kepler-Mission der NASA 3.538 Exoplaneten-Kandidaten entdeckt, von denen mindestens 1.000 als in der "bewohnbaren Zone" des betrachteten Systems befindlich angesehen werden (Entfernung, die das Vorhandensein von flüssigem Wasser ermöglicht).

Astrobiologie und die Erforschung der Enden der Erde

Einer der Vorzüge der Astrobiologie ist, dass sie in hohem Maße den Wunsch geweckt hat, unseren eigenen Planeten zu erforschen. Dies in der Hoffnung, den Betrieb des Lebens in anderen Umgebungen analog zu verstehen.

Zum Beispiel hat die Untersuchung von hydrothermalen Quellen auf dem Meeresboden es uns ermöglicht, zum ersten Mal Leben zu beobachten, die nicht mit der Photosynthese verbunden sind. Das heißt, diese Studien haben uns gezeigt, dass es Systeme geben kann, in denen das Leben nicht vom Sonnenlicht abhängt, was immer als unverzichtbare Voraussetzung angesehen wurde.

Dies ermöglicht es uns, mögliche Szenarien für das Leben auf Planeten anzunehmen, auf denen flüssiges Wasser gewonnen werden kann, jedoch unter dicken Eisschichten, die das Eintreffen von Licht in Organismen verhindern würden.

Ein weiteres Beispiel ist die Untersuchung der trockenen Täler der Antarktis. Dort haben sie photosynthetische Bakterien erhalten, die geschützt in Gesteinen überleben (endolytische Bakterien).

In diesem Fall dient der Fels sowohl als Stütze als auch als Schutz gegen die widrigen Bedingungen des Ortes. Diese Strategie wurde auch in Salzwiesen und heißen Quellen festgestellt.

Abbildung 10. McMurdo Dry Valleys in der Antarktis, einem der Orte auf der Erde, die dem Mars am ähnlichsten sind. Quelle: US-Außenministerium aus den USA, über Wikimedia Commons

Astrobiologische Perspektiven

Die wissenschaftliche Suche nach außerirdischem Leben war bisher erfolglos. Es wird jedoch immer ausgefeilter, da die astrobiologische Forschung neue Erkenntnisse liefert. Das nächste Jahrzehnt der astrobiologischen Erforschung wird sehen:

• Größere Anstrengungen zur Erforschung des Mars und der eisigen Monde von Jupiter und Saturn.
• Eine beispiellose Fähigkeit, extrasolare Planeten zu beobachten und zu analysieren.
• Größeres Potenzial, einfachere Lebensformen im Labor zu entwerfen und zu untersuchen.

All diese Fortschritte werden zweifellos unsere Wahrscheinlichkeit erhöhen, Leben auf erdähnlichen Planeten zu finden. Aber vielleicht existiert außerirdisches Leben nicht oder ist in der gesamten Galaxie so verstreut, dass wir fast keine Chance haben, es zu finden.

Selbst wenn das letztere Szenario zutrifft, erweitert die Forschung in der Astrobiologie zunehmend unsere Perspektive auf das Leben auf der Erde und seinen Platz im Universum.

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