Leben im All: Warum bewohnbare Planeten seltener sein könnten als gedacht

Das moderne Bild der Suche nach außerirdischem Leben hat sich in den letzten Jahren gewandelt: Astronom:innen finden immer mehr erdähnliche Exoplaneten, doch die bloße Zahl möglicher Kandidaten sagt noch nichts über ihre Eignung für Leben aus. Neue Studien aus der Planetenforschung zeigen, dass klassische Kriterien wie die Entfernung zum Stern oder das Vorhandensein von flüssigem Wasser allein nicht ausreichen, um die Frage zu beantworten, wie häufig Leben im Universum entstehen kann. Vielmehr hängt die Lebensfreundlichkeit eines Planeten von sehr feinen chemischen Prozessen ab, die sich bereits in den ersten Millionen Jahren seiner Entstehung abspielen.

Foto: Earth, Kevin Gill, Flickr, CC BY-SA 2.0

Die chemischer Goldlöckchenzone: So fragil sind die Voraussetzungen für Leben

Forscher:innen der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich haben einen Mechanismus identifiziert, der das Potenzial eines Planeten, Leben zu beherbergen, grundlegend beeinflusst. Während der Bildung des Planetenkerns, wenn schwere Elemente wie Eisen in das Zentrum absinken und leichtere Materialien später Mantel und Kruste bilden, entscheidet sich, ob lebenswichtige Elemente wie Phosphor und Stickstoff im oberflächennahen Gestein verbleiben oder unwiederbringlich verloren gehen. Phosphor ist ein zentraler Baustein der DNA und RNA und für den Energiehaushalt von Zellen unverzichtbar, Stickstoff gehört zu den Grundbestandteilen von Proteinen. Ohne ausreichende Mengen dieser beiden Elemente kann sich nach heutigem Verständnis kein Leben entwickeln.

Die entscheidende Größe in diesem Prozess ist der Sauerstoffgehalt während der Kernbildung. In einem sehr engen Bereich mittlerer Sauerstoffverhältnisse – einer Art „chemischer Goldlöckchenzone“ – bleiben sowohl Phosphor als auch Stickstoff in der oberen Gesteinshülle erhalten. Ist der Sauerstoffanteil niedriger, bindet sich Phosphor an Eisen und sinkt mit ins Innere; ist er höher, kann Stickstoff leichter in die Atmosphäre entweichen und geht verloren. Die Erde befand sich genau in diesem schmalen Bereich, was laut Craig Walton, dem Erstautor der Studie, ein „chemischer Glücksfall im Universum“ war.

Es muss viel zusammen kommen

Diese feinen chemischen Abhängigkeiten bedeuten, dass viele Planeten, die sich im „klassischen“ habitablen Bereich um ihre Sterne befinden, dennoch nicht die Grundvoraussetzungen für Leben erfüllen. Die heutige Zählung von tausenden Exoplaneten, von denen einige in habitablen Zonen liegen, mag zunächst beeindruckend erscheinen, doch zeigt die neue Forschung, dass allein moderate Temperaturen und Wasser nicht garantieren, dass ein Planet lebensfreundlich ist. Selbst wenn ein Planet äußerlich betrachtet in einer Zone liegt, in der flüssiges Wasser möglich ist, kann er dennoch schon bei seiner Entstehung chemisch ungeeignet geworden sein, weil essentielle Elemente im Inneren gebunden oder in die Atmosphäre entwichen sind.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Zusammensetzung des Sterns, um den die Planeten kreisen. Die chemischen Verhältnisse im Sternenmaterial prägen die Elemente, aus denen später Planeten entstehen. Systeme mit sehr unterschiedlichen chemischen Fingerabdrücken zur Sonne sind demnach weniger vielversprechend, wenn es darum geht, Planeten mit geeigneter chemischer Ausstattung zu finden. Walton und seine Kolleg:innen schlagen vor, die Suche nach bewohnbaren Welten stärker auf Sonnensysteme zu konzentrieren, deren Sterne unserer Sonne ähneln, anstatt allein auf die klassische „habitable Zone“ zu achten.

Bisher keine eindeutigen Hinweise auf Leben im All

Die Erkenntnis, dass Leben auf Planeten nicht nur durch äußere, sondern vor allem durch innere, chemisch-geologische Bedingungen begrenzt sein könnte, hat weitreichende Folgen für die Astrobiologie. Zum einen verschiebt sie den Fokus der Forschung von einer rein astronomischen Definition von Habitabilität hin zu einer stärker prozessbasierten, chemischen Sichtweise. Dies könnte erklären, warum trotz Tausender bekannter Exoplaneten bislang keine eindeutigen Hinweise auf Leben gefunden wurden. Zum anderen legt diese Perspektive nahe, dass die Erde in vielerlei Hinsicht ein seltener Zufall sein könnte – ein Planet, der nicht nur zufällig in der richtigen Zone um seine Sonne kreist, sondern auch in genau jener chemischen Balance entstanden ist, die Leben ermöglicht.

via ETH Zürich