Mögliche Hinweise auf Leben auf anderen Planeten können im Labor geschaffen werden

Eine Möglichkeit, das Potenzial für Leben auf weit entfernten Planeten – in anderen Sonnensystemen, die andere Sterne umkreisen – zu verstehen, besteht darin, die Atmosphäre eines Planeten zu untersuchen. Auf Teleskopbildern sind oft Spuren von Gasen zu erkennen, die auf Leben und bewohnbare Planeten hinweisen können. Doch die Ergebnisse einer neuen Studie unter der Leitung von Forschern der University of Colorado Boulder stellen diese Vorstellung in Frage: Wissenschaftler haben in einem Chemielabor eine Art Gas erzeugt, das oft als Indikator für Leben angesehen wird, obwohl dort keine Organismen vorhanden sind.

Das Papier, veröffentlicht heute in Die Briefe des Astrophysical Journalfanden heraus, dass eine Art von Molekül, die Wissenschaftler normalerweise als Lebenszeichen betrachten, die sogenannte Biosignatur, möglicherweise doch kein so starker Indikator für Leben ist wie bisher angenommen. Die Forscher erzeugten Dimethylsulfid, eine Art organische Schwefelverbindung, die oft von Meeresmikroben produziert wird, in einer Reaktionskammer unter Verwendung von Licht und Gasen, die in den Atmosphären vieler Planeten vorkommen.

Die Forscher sagten, die Herstellung von Dimethylsulfid im Labor sei aufregend gewesen, aber ihre Ergebnisse stellten bisherige Forschung auf den Kopf. Die Arbeit wird von Nate Reed, Gastdozent am Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) der CU Boulder, und Ellie Browne, CIRES-Stipendiatin und außerordentliche Professorin für Chemie, geleitet.

„Die Schwefelmoleküle, die wir herstellen, gelten als Indikatoren für Leben, da sie von Leben auf der Erde produziert werden“, sagte Browne. „Aber wir haben sie im Labor ohne Leben hergestellt – also sind sie vielleicht kein Zeichen für Leben, aber ein Zeichen für etwas, das Leben beheimatet.“ Organische Schwefelverbindungen sind laut den Studienautoren möglicherweise keine robusten Biomarker, könnten aber stattdessen als Marker für das Stoffwechselpotenzial dienen.

Auf der Suche nach Leben

Das James Webb-Weltraumteleskop der NASA wurde 2009 gestartet. Eine seiner Missionen besteht darin, Bilder von Exoplaneten, also Planeten außerhalb des Sonnensystems der Erde, aufzunehmen, um unterschiedliche Atmosphären zu verstehen. Ein Teil der Mission des Satelliten besteht darin, zu fragen: Beherbergen diese Planeten Leben?

Die neue Studie untersucht, was in der Atmosphäre eines Planeten passiert, wenn Gase mit Licht reagieren und einen „organischen Dunst und assoziierte Gase“ bilden, also Aerosolpartikel, die durch atmosphärische Chemie entstehen. Die Autoren konzentrierten sich auf organische Moleküle, die Schwefel enthalten, darunter Dimethylsulfid, die sekundäre Stoffwechselprodukte lebender Organismen auf der Erde sind.

„Eine der wichtigsten Entdeckungen in der Studie war Dimethylsulfid“, sagte Reed. „Das war aufregend, weil es in Atmosphären von Exoplaneten gemessen wurde und man zuvor davon ausging, dass es ein Zeichen für Leben auf dem Planeten sei.“

Um die Atmosphären von Planeten im Labor nachzubilden, ahmen Reed und Browne zusammen mit Co-Autoren, darunter Maggie Tolbert, stellvertretende Direktorin von CIRES, Atmosphären nach, in denen Licht mit Gasen reagiert. In der neuen Studie verwendeten sie UV-Licht, um Methan- und Schwefelwasserstoffmoleküle in reaktive Spezies umzuwandeln, die Organoschwefelgase produzieren – die Biosignaturen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop aus beobachtet werden.

Reed merkte an, dass die Ergebnisse zwar aufregend seien, sich aber auf einen einzigen Atmosphärentyp beschränkten. „Es gibt eine große Vielfalt an Atmosphären, und wir haben nur kleine Unterschiede in einer untersucht – man kann nicht jede Atmosphäre untersuchen, die in einem Labor existiert“, sagte er.

Die Forscher hoffen, dass ihre Studie künftig weitere grundlegende Laborstudien zu chemischen Reaktionen anregen wird, insbesondere mit Schwefel. Schwefel ist schwierig zu handhaben – er ist klebrig, stinkt und ist giftig. Doch ohne die Untersuchung von Schwefelreaktionen können Wissenschaftler nicht vollständig verstehen, was diese Erkenntnisse über Biosignaturen bedeuten.

„Wenn wir nach diesen Biosignaturen suchen, neigen wir dazu, es als Sensationsmache darzustellen: ‚Wir haben Lebenszeichen entdeckt‘“, sagte Browne. „Die Atmosphäre ist wirklich gut darin, eine ganze Reihe verschiedener Moleküle zu produzieren, und wir haben herausgefunden, dass nur weil sie im Labor hergestellt werden können, das nicht bedeutet, dass sie keine Quelle sind.“