Könnte das Leben auf der Erde auf einem Roten Zwergplaneten überleben?

Obwohl die Exoplanetenforschung in den letzten ein bis zwei Jahrzehnten erhebliche Fortschritte gemacht hat, befinden wir uns immer noch in einer unglücklichen Situation. Wissenschaftler können nur fundierte Vermutungen darüber anstellen, welche Exoplaneten bewohnbar sein könnten. Selbst der nächste Exoplanet ist vier Lichtjahre entfernt, und obwohl vier eine kleine ganze Zahl ist, ist die Entfernung enorm.

Das hindert Wissenschaftler jedoch nicht daran, zu versuchen, die Dinge zusammenzusetzen.

Eine der folgenreichsten Fragen in der Exoplanetenforschung und der Bewohnbarkeit betrifft Rote Zwerge. Rote Zwerge gibt es in Hülle und Fülle, und Untersuchungen zeigen, dass sie eine Vielzahl von Planeten beherbergen. Während Gasriesen wie Jupiter in der Nähe von Roten Zwergen vergleichsweise selten sind, ist dies bei anderen Planeten nicht der Fall. Beobachtungsdaten zeigen, dass etwa 40 % der Roten Zwerge in ihren bewohnbaren Zonen Supererdeplaneten beherbergen.

Rote Zwerge haben einiges zu bieten, wenn es um die Bewohnbarkeit von Exoplaneten geht. Diese massearmen Sterne haben eine extrem lange Lebensdauer, was bedeutet, dass die Energieabgabe über lange Zeiträume stabil ist. Soweit wir das beurteilen können, ist dies ein Vorteil für die potenzielle Bewohnbarkeit und die Entwicklung komplexen Lebens. Stabilität gibt dem Leben die Chance, auf Veränderungen zu reagieren und in seinen Nischen zu bestehen.

Aber Rote Zwerge haben auch eine dunkle Seite: Fackeln. Alle Sterne leuchten bis zu einem gewissen Grad auf, sogar unsere Sonne. Aber das Fackeln der Sonne kann nicht einmal mit dem Fackeln der Roten Zwerge mithalten. Rote Zwerge können so stark aufflammen, dass sie ihre Helligkeit in sehr kurzer Zeit verdoppeln können. Gibt es eine Möglichkeit, dass Leben auf Roten Zwergplaneten überleben könnte?

Neue Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern aus Portugal und Deutschland gehen dieser Frage nach. Um die Idee der Bewohnbarkeit von Exoplaneten des Roten Zwergs zu testen, verwendeten die Forscher einen gängigen Schimmelpilztyp und setzten ihn einer simulierten Strahlung des Roten Zwergs aus, geschützt nur durch eine simulierte Marsatmosphäre.

Die Forschung lautet: „Wie bewohnbar sind M-Zwerg-Exoplaneten? Modellierung der Oberflächenbedingungen und Erforschung der Rolle von Melaninen beim Überleben von Aspergillus niger-Sporen unter exoplanetenähnlicher Strahlung.“ Der Hauptautor ist Afonso Mota, Astrobiologe in der Forschungsgruppe Luft- und Raumfahrtmikrobiologie im Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Der Artikel wurde bei der Zeitschrift eingereicht Astrobiologie und ist derzeit verfügbar auf dem Preprint-Server arXiv.

Aspergillus niger kommt allgegenwärtig im Boden vor und ist allgemein für den schwarzen Schimmel bekannt, den er auf einigen Obst- und Gemüsesorten verursachen kann. Es ist auch ein produktiver Melaninproduzent. Melanin absorbiert Licht sehr effizient und beim Menschen entsteht Melanin durch Einwirkung von UV-Strahlung und verdunkelt die Haut. Melanine sind in der Natur weit verbreitet und Extremophile nutzen sie, um sich zu schützen. Melanin kann bis zu 99,9 % der absorbierten UV-Strahlung ableiten. Wissenschaftler glauben, dass das Auftreten von Melaninen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung des Lebens auf der Erde gespielt haben könnte, indem sie Organismen vor der schädlichen Strahlung der Sonne schützten.

Im Wesentlichen stellt diese Forschung eine ziemlich einfache Frage. Kann das Melanin von Aspergillus niger ihm helfen, das Abfackeln des Roten Zwergs zu überleben, wenn es durch eine dünne Atmosphäre wie die des Mars geschützt ist?

Proxima Centauri und TRAPPIST-1 sind beide bekannte Rote Zwerge in der Exoplanetenwissenschaft, da sie in ihren bewohnbaren Zonen felsige Exoplaneten beherbergen. Diese Studie konzentriert sich auf Proxima Centauri b (im Folgenden PCb) und TRAPPIST-1 e (im Folgenden T1e). Beide verfügen wahrscheinlich über Temperaturen, die flüssiges Wasser auf ihren Oberflächen ermöglichen, vorausgesetzt, die richtigen atmosphärischen Eigenschaften sind gegeben. Sowohl PCb als auch T1e weisen wahrscheinlich ebenfalls tolerierbare Strahlungsumgebungen auf.

Es ist unmöglich, die Oberflächenbedingungen dieser Planeten perfekt zu modellieren, aber Forscher können nahe kommen, indem sie die sogenannte Gleichgewichtstemperatur verwenden. Die Messung von Sternflackern ist einfacher, da sie aus großen Entfernungen genau beobachtet werden kann. Die Melaninproduktion in A. niger ist ebenfalls gut verstanden. Durch die Arbeit mit allen drei Faktoren konnten die Forscher modellieren, wie sich der Schimmel auf der Oberfläche eines Planeten in der bewohnbaren Zone um einen Roten Zwerg entwickeln würde.

„Im Kontext der Astrobiologie und insbesondere der Astromykologie hat sich die Untersuchung extremotoleranter Pilze als entscheidend für ein besseres Verständnis der Grenzen des Lebens und der Bewohnbarkeit erwiesen“, schreiben die Autoren. „Aspergillus niger, ein extrem toleranter Fadenpilz, wurde häufig als Modellorganismus zur Untersuchung des Überlebens von Pilzen in extremen Umgebungen verwendet und wächst unter einer Vielzahl von Bedingungen.“

Die Sporen von A. niger haben eine komplexe und dichte Melaninschicht, die sie vor UV- und Röntgenstrahlung schützt. Sie wurden in der Internationalen Raumstation gefunden, ein Beweis für ihre Fähigkeit, einigen Gefahren im Weltraum standzuhalten. Obwohl sie terrestrisch sind, können Wissenschaftler sie nutzen, um die potenzielle Bewohnbarkeit von Exoplaneten zu untersuchen.

In dieser Arbeit testeten die Forscher die Überlebensfähigkeit von A. niger-Sporen unter simulierten Oberflächenbedingungen von PCb und T1c, wo die Roten Zwerge die Planetenoberflächen in starke UV- und Röntgenstrahlung tauchen.

Die Forscher testeten verschiedene Arten von A. niger-Sporen in unterschiedlichen Lösungen. Einer war ein Wildstamm, einer war ein mutierter Stamm, der so modifiziert wurde, dass er Pyomelanin produziert und ausscheidet, eines der für Wissenschaftler besonders interessanten Melanine, und der dritte war ein Melanin-defizienter Stamm. Die Sporen wurden für einen bestimmten Zeitraum entweder in Salzlösungen, melaninreichen Lösungen oder einer Kontrolllösung suspendiert und dabei unterschiedlichen Mengen an Röntgen- und UV-Strahlung ausgesetzt.

Nach der Exposition wurden die drei Arten von A. niger-Sporen auf ihre Überlebensfähigkeit und Lebensfähigkeit getestet.

Die Ergebnisse zeigen, dass A. niger in der Lage wäre, die intensive Strahlungsumgebung zu überleben, die die Oberflächen roter Zwerg-Exoplaneten sterilisieren kann. Nicht, wenn es direkt exponiert ist, sondern wenn es nur wenige Millimeter unter Erde oder Wasser liegt. „Ungeschwächt würden Röntgenstrahlen von Flares höchstwahrscheinlich die Oberfläche aller untersuchten Exoplaneten sterilisieren. Mikroorganismen, die zum Überleben unter der Oberfläche geeignet sind, würden jedoch von den meisten exogenen Strahlungsquellen unter einigen Millimetern Boden oder Wasser nicht beeinträchtigt“, erklären die Forscher .

Worauf die Studie hinausläuft, ist Melanin. Je mehr Melanin vorhanden ist, desto höher ist die Überlebensrate für A. niger.

„Die in dieser Studie durchgeführten Experimente bestätigen den multifunktionalen Zweck von Melanin, da A. niger MA93.1-Sporen in einem melaninreichen Extrakt im Vergleich zu den beiden Kontrolllösungen schneller und effizienter keimten“, schreiben die Autoren. A. niger MA93.1 ist der mutierte Stamm, der so modifiziert wurde, dass er Melanin produziert und ausscheidet.

Für die Exoplaneten T1e und PCb ist die Forschung vielversprechend für diejenigen von uns, die auf andere Planeten Bewohnbarkeit hoffen. Wenn es um UV-C-Strahlung geht, könnte ein erheblicher Teil der Sporen aus Proben, die Melanin enthalten, die Superflares auf PCb und T1e überleben, selbst bei sehr geringer atmosphärischer Abschirmung. Die Exposition gegenüber Röntgenstrahlen war ähnlich.

Während wir uns alle gerne komplexes Leben anderswo im Universum vorstellen, ist es wahrscheinlicher, dass wir auf Welten stoßen, die nichts mit der Erde zu tun haben. Wenn wir Leben finden, werden es wahrscheinlich einfache Organismen sein, die einen Weg finden, in Umgebungen zu überleben, die wir als marginal oder extrem bezeichnen würden. Da Rote Zwerge so häufig vorkommen, ist es wahrscheinlich, dass wir dieses Leben dort finden.

Diese Studie untermauert diese Idee.

„Darüber hinaus“, schreiben die Autoren in ihrer Schlussfolgerung, „zeigten die Ergebnisse dieser Arbeit, wie A. niger, wie andere extremotolerante und extremophile Organismen, in der Lage wäre, raue Strahlungsbedingungen auf der Oberfläche einiger M-Zwerg-Exoplaneten zu überleben.“

Das Melanin spielt eine entscheidende Rolle für ihr potenzielles Überleben, kommen die Autoren zu dem Schluss. „Darüber hinaus erwiesen sich melaninreiche Lösungen als äußerst vorteilhaft für das Überleben und die Keimung von A. niger-Sporen, insbesondere wenn sie mit hohen Dosen UV- und Röntgenstrahlung behandelt wurden.“

Es gibt eine anhaltende wissenschaftliche Diskussion über die Bewohnbarkeit von Exoplaneten des Roten Zwergs, wobei das Abfackeln eine herausragende Rolle spielt. Aber diese Forschung zeigt, dass es vielleicht noch zu früh ist, die Roten Zwerge abzulehnen und gleichzeitig Aufschluss darüber zu geben, wie das Leben auf der Erde entstanden sein könnte.

„Diese Ergebnisse bieten einen Einblick, wie Lebensformen schädliche Ereignisse und Bedingungen auf Exoplaneten ertragen können und wie Melanin möglicherweise eine Rolle bei der Entstehung und Entwicklung des Lebens auf der Erde und vielleicht auch auf anderen Welten gespielt hat.“