LEBENSFREUNDLICHER ALS JE GEDACHT

Sie sind überall: in Moosen, im Meerwasser und auf alpinem Gletschereis. Auf ihren acht Stummelbeinen haben sie die gesamte Erde erobert. Ihr Speiseplan besteht aus Fadenwürmern und Rädertierchen – sogar Artgenossen verschmähen sie nicht. Meist vertilgen sie jedoch vegetarische Kost. Während manche auf Sex setzen, bevorzugen andere die Jungfernzeugung. Die „Riesen” dieser Spezies messen 1,5 Millimeter, Jungtiere können 30-mal kleiner sein. Ein Blick durchs Mikroskop auf ihre niedliche Erscheinung, und ihr Name erklärt sich von selbst: Bärtierchen. „ Winzlinge überleben Ausflug ins All”, meldete eine Schlagzeile im September 2008. Danach hatten die Bärtierchen in einem astrobiologischen Experiment für zehn Tage Vakuum, Weltraumkälte und UV-Strahlung getrotzt. Nach der Bergung der unbemannten russischen Foton-Kapsel seien sie sogar wieder munter zur Vermehrung geschritten, hieß es.

Ralph Schill von der Universität Stuttgart hatte rund 800 Exemplare präpariert. Die Achtbeiner sind dafür bekannt, dass sie sich hervorragend an plötzliche Veränderungen ihres Lebensraumes anpassen können, erklärt der Zoologe. Wenn etwa ihre Umgebung austrocknet, versetzen sie sich in einen todesähnlichen Zustand, und der Stoffwechsel kommt fast ganz zum Erliegen.

Es stimmt, dass gut zwei Prozent der Tierchen den schutzlosen Flug durchs freie Weltall überlebt haben, sagt Schill. Doch er korrigiert das Presse-Echo: Zurück auf der Erde starben auch diese Überlebenden wenige Tage nach der strapaziösen Extremreise an den Folgen der Strahlung. Auf jeden Fall überraschten ihn die Versuchsergebnisse: „Wir hatten nicht erwartet, dass unter den lebensfeindlichen Bedingungen dieses Experiments überhaupt ein Überleben möglich ist.” Schirmt man die besonders gefährliche kurzwellige Ultraviolettstrahlung (das sogenannte UV-C) mit einem Filter ab, kommen nach Weltraum-Ausflügen viele Bärtierchen lebensfähig aus dem All zurück – fast 40 Prozent. Sie verhalten sich wie ihre Kollegen im Labor, die als Kontrollgruppe keinerlei Strapazen ausgesetzt waren, und vermehren sich sogar. Experimente wie an Bord der Foton zielen auf die Frage, wie robust irdische Lebewesen gegenüber den Umweltbedingungen außerhalb ihres Heimatplaneten sind. Wenn es um die Möglichkeit für Leben im All geht, sprechen Experten von „habitablen Zonen” (siehe Kasten „Gut zu wissen”). Klar ist: Nur auf der Erde kann dauerhaft flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren. Sie genießt als einziger Planet unseres Sonnensystems das Privileg, in einer solchen bevorzugten Zone zu sein. Ist der Blaue Planet also der einzige Ort im Sonnensystem, wo das Leben Fuß fassen konnte?

BARTWÜRMER IN DER TIEFE

Seit Längerem zweifeln Forscher daran. Erste Hinweise spürten sie nicht im All, sondern auf der Erde selbst auf. 1977 fanden kalifornische Meeresforscher bizarre Lebensformen im nachtschwarzen Dunkel der Tiefsee bei aktiven vulkanischen Schloten. Dort tritt 400 Grad Celsius heißes Wasser aus dem Meeresboden. Es ist angereichert mit zahlreichen Mineralien. Beim Kontakt mit dem kalten Meerwasser fallen sie aus und steigen in dunklen rauchähnlichen Fahnen auf. Diese „Black Smokers” entpuppten sich als florierende Biotope: Bis zu drei Meter lange röhrenförmige Bartwürmer, Spinnenkrabben und Muscheln besiedeln die Umgebung der hydrothermalen Hexenkessel. Die Grundlage für die exotische Nahrungskette bilden Bakterien und Archaeen, die offensichtlich die Extreme lieben, sogenannte Extremophile. Ihre Energiequelle ist ein faulig stinkendes Gas: Schwefelwasserstoff.

Auf der Erde floriert Leben also durchaus in quasi höllischem Ambiente – vielleicht auch andernorts im Sonnensystem? Die jüngsten Indizien kommen aus einer eiskalten Zone im 9,5-fachen Erdabstand von der Sonne: vom Saturn. Dort kreist seit fünf Jahren die Sonde Cassini und funkt einen steten Strom aus Bildern und Daten. Insbesondere der kleine Saturnmond Enceladus ist durch die amerikanisch-europäische Sonde in den Fokus gerückt. Cassini passiert regelmäßig den eisbedeckten Trabanten, dessen Durchmesser nur 504 Kilometer beträgt. Dabei entdeckte die Sonde riesige Fontänen am Südpol des Minimondes, die an Geysire erinnern (bild der wissenschaft 3/2006, „Eismond als Staubquelle” ). Wasserdampf und winzige Eispartikel aus dem Innern von Enceladus schießen Hunderte Kilometer hoch ins All. Gibt es auf dem Saturn-Mond flüssiges Wasser im Untergrund?

MOLEKÜL-COCKTAIL BEI ENCELADUS

Die Cassini-Forscher beschlossen, der Frage auf den Grund zu gehen. Bei mehreren besonders dichten Vorbeiflügen 2008 näherte sich die Sonde bis auf 25 Kilometer. Im Strom der ausgestoßenen Teilchen analysierten die Bordinstrumente einen Molekül-Cocktail aus verschiedenen organischen Substanzen. Aktuelle Resultate des „ Cosmic Dust Analyzer” (CDA) an Bord haben die Planetenforscher erneut in Aufregung versetzt: Das Messgerät identifizierte Partikel aus Wassereis, die zusätzlich das Element Natrium enthielten. Ihr Fundort ist der sogenannte E-Ring des Saturn, nahe dem Enceladus seine Bahn zieht. Bereits Jahre vor dem Fund hatten Planetologen gefordert: Wenn wirklich unter der Kruste von Enceladus flüssiges Wasser existiert und bis zum warmen Gesteinskern des Mondes reicht, müsste aus seinen Mineralien Natriumchlorid ausgelaugt werden. Jetzt sind die Natrium-Atome tatsächlich im Massenspektrometer des CDA-Instrumentes aufgetaucht.

SALZWASSER-FONTÄNEN

Frank Postberg vom Max-Planck-Institut für Kernphysik hat die Daten ausgewertet. Der Heidelberger Physiker geht davon aus, dass das Natrium aus dem Innern des Mondes stammt, aus einem Reservoir mit flüssigem Wasser. Dort soll es zusammen mit Chlor als Natriumchlorid gelöst sein. In irdischen Ozeanen ist Kochsalz das häufigste Mineral. Offenbar wird in den Fontänen des Enceladus salziges Wasser ins All geschleudert.

Bleibt die Frage nach dem Verbleib der zugehörigen Chlor-Atome. Postberg erklärt: „Unser CDA ist nur für positiv geladene Ionen empfindlich, für negatives Chlor ist es nicht ausgelegt. Als Bestandteil anderer chemischer Verbindungen konnten wir das Chlor jedoch in den E-Ring-Partikeln klar identifizieren.” Sollte der Physiker recht behalten, so wäre dem CDA-Instrument eine Premiere gelungen: nämlich gefrorene Salzwassertröpfchen eines außerirdischen Gewässers aufzufangen.

Enceladus erhält nur etwa ein Prozent der Sonnenwärme, mit der die Erde versorgt wird. Zur Mittagszeit erreichen die Temperaturen an der Oberfläche durchschnittlich minus 198 Grad Celsius. Völlig andere Verhältnisse herrschen jedoch darunter. Planetenphysiker vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) haben das Innenleben des Trabanten modelliert. Sie wollten erklären, wieso die nördliche Halbkugel uralt, die Südhemisphäre dagegen jung und geologisch aktiv ist. Nach der kürzlich im Fachmagazin „Icarus” publizierten Arbeit findet in Enceladus’ Eismantel eine Konvektionsbewegung statt: Warmes Eis steigt unter dem Südpol auf, kaltes Eis strömt im Gegenzug an anderer Stelle abwärts. „Der Abstrom geschieht wahrscheinlich auf der entgegengesetzten Seite, am Nordpol”, erklärt Hauptautor Matthias Grott. Die Wärmeleistung, um eine solche Strömung anzutreiben, taxiert er auf das Äquivalent von ein bis zwei großen Kernkraftwerken. Ursache ist wohl vor allem die „Gezeitenreibung” . Denn die Umlaufbahn von Enceladus ist leicht elliptisch – er ändert also rhythmisch seinen Abstand zum Saturn, den er in 33 Stunden einmal komplett umrundet.

Die Gezeitenkräfte im gewaltigen Gravitationsfeld des Ringplaneten zerren beständig an dem Mond und kneten ihn gleichsam durch – eine beträchtliche innere Wärme ist die Folge. Unklar ist jedoch laut Grott, ob die durch die Gezeiten erzeugte Wärme ausreicht, um die geologische Aktivität in Gang zu bringen. Und es ist unbekannt, ob die Konvektion bis zum heutigen Tag andauert. Völlig rätselhaft ist auch, wieso man auf dem Mondnachbarn Mimas solche Aktivitäten nicht kennt. Dort sollten die Gezeiten sogar noch stärker sein – doch auf Mimas ist nur eine uralte, von Kratern geprägte Einöde zu erkennen.

SEE UNTER DEM SÜDPOL

Wie stellen sich die Modellrechner das Tiefengewässer des Enceladus vor? „Wahrscheinlich erstreckt es sich nicht unter der gesamten Oberfläche. Man muss sich eher eine Art See unter dem Südpol vorstellen”, meint DLR-Physiker Frank Sohl. Dafür spreche auch eine große, etwa 500 Meter tiefe Senke im Oberflächenrelief der Südpolregion, die Cassini dort abgelichtet hat. Sohl vermutet: „Darunter könnte sich der See befinden.” Das Beispiel Enceladus zeigt: Auch weit entfernt von der Sonne könnten Habitate unter der eisigen Kruste von Himmelskörpern existieren. Und die Hinweise auf flüssiges Wasser beschränken sich nicht auf das Saturnsystem. Die großen Jupitermonde Europa, Ganymed und Kallisto besitzen wohl ebenfalls flüssige Zonen in ihrem Inneren. Das ergaben die Messungen der Galileo-Sonde, die bis 2003 immer wieder die Trabanten des Riesenplaneten passierte. Galileos Magnetometer wies eine elektrisch leitende flüssige Schicht – wahrscheinlich aus Salzwasser – im Inneren der Monde nach.

Bei Europa lieferte die Bordkamera zusätzliche Indizien: Die dortige kraterarme Eiskruste ist von zahlreichen Brüchen durchzogen. Sie ähnelt den mit Eisschollen bedeckten überfrorenen Meeren der irdischen Polargebiete. Anders als bei Enceladus geht es bei Jupiters Europa nicht nur um einen Teich: Der globale Ozean hat wohl eine Tiefe von etwa 100 Kilometern und enthält mehr Wasser als alle irdischen Meere zusammen. Wie mächtig die Eiskruste darüber ist, können Planetologen nur grob schätzen: Einige taxieren sie auf 10 bis 15 Kilometer, andere gehen von bis zu 100 Kilometern aus. Jupiters Gezeiten liefern die Energie für das warme Innere des Mondes. Wie dieser Mechanismus im Detail funktioniert, wird noch untersucht: In einer erst vor wenigen Monaten im Fachblatt „nature” publizierten Studie kommen US-Forscher zu dem Schluss, dass die Gezeitenkräfte in Europas Ozean spezielle Wellen anregen und ihn damit viel stärker aufheizen als bisher angenommen.

BRUTSTÄTTE UNTER Europa?

Gibt es auf Europa so etwas wie Schwarze Raucher als eine mögliche Brutstätte für außerirdische Tiefseewesen? Bisher weiß das niemand. Zumindest dürfte eine vergleichbare geologische Aktivität dort wahrscheinlicher sein als auf dem winzigen Enceladus. „Um bei der Suche nach Leben im Sonnensystem weiterzukommen, müssen Geowissenschaftler und Astrobiologen eng kooperieren”, sagt Tilman Spohn, Leiter des Berliner DLR-Instituts für Planetenforschung. Es gilt, die ökologischen Nischen zu finden, die Lebewesen besiedeln könnten oder tatsächlich besiedelt haben. Seit einem Jahr koordiniert Spohn die Helmholtz-Allianz „Planetenentwicklung und Leben”, die etwa 100 Wissenschaftler im In- und Ausland vernetzt.

Planetenphysiker Spohn ist überzeugt, dass nur ein interdisziplinärer Ansatz die Frage nach Leben auf fremden Monden und Planeten beantworten kann: „Das Leben steht in Wechselwirkung mit dem planetaren Körper, den es besiedelt, und kann von Prozessen wie Vulkanismus oder Plattentektonik profitieren.” Das zeige beispielsweise die Verschiebung der irdische Platten, auf denen die Kontinente sitzen. „Die Plattentektonik führt zu einer Art Stoffaustausch zwischen dem oberen Erdmantel und der Kruste”, erklärt Spohn. Das Oberflächengestein wird dadurch erneuert – und damit auch die Salze, von denen sich manche Bakterien ernähren. Doch die Zusammenhänge sind noch komplexer: Beispielsweise hilft die Plattentektonik, das magnetische Feld zu erhalten, das die Biosphäre vor der Kosmischen Strahlung schützt.

Spohn erklärt: „Ein solches Magnetfeld ist eine Folge der Strömung im flüssigen Metallkern. Damit sie in Gang kommt, ist eine Kühlung des Kerns notwendig. Es hat sich gezeigt, dass ein Planet mit Plattentektonik eine effektivere Kernkühlung hat als ein Planet ohne Plattentektonik.” Denn zwischen der Kruste und dem warmen Erdmantel wird immer wieder kühles Gestein von der Oberfläche nach unten geschleust und der Mantel so gleichsam durchgerührt.

Höllisches Treibhaus

Ein Beispiel für einen Planeten ohne Plattentektonik und ohne Magnetfeld ist die Venus. Auf ihrer fast 500 Grad Celsius heißen Oberfläche hat sich der Treibhauseffekt so verstärkt, dass alles ursprünglich vorhandene Wasser verdampfte und ins All verloren ging. Hätte unsere Planetennachbarin einst Leben hervorgebracht, wäre ihre Geschichte womöglich anders verlaufen. Denn Leben reguliert den Treibhauseffekt. Ein Teil des Venus-Wassers hätte überdauern können, und die Gluthölle wäre dem Planeten vielleicht erspart geblieben.

Wenn Wissenschaftler den Blick zurück in die Frühzeit der Planeten wagen, stoßen sie schnell an die Grenzen ihres Wissens. Das gilt auch für die Erde. Bis heute rätseln sie, wieso es vor etwa 3,5 Milliarden Jahren flüssiges Wasser für die ersten Lebewesen gab. Denn die Sonne leuchtete in ihrer Frühzeit weniger stark als gegenwärtig, wie das Studium sonnenähnlicher Sterne verriet. Viele Forscher gehen deshalb davon aus, dass die Urluft einen stärkeren Treibhauseffekt produzierte. Auch heute sind die mittleren Temperaturen durch Treibhausgase um 33 Grad höher, als sie es ohne diese Gase wären. Größere Mengen Kohlendioxid, Methan, Ammoniak oder Ethan könnten auch damals die Temperaturen über den Gefrierpunkt gehievt haben. Aber vielleicht war alles auch ganz anders – die Debatte um das Problem der leuchtschwachen jungen Sonne dauert an.

Klar ist, dass die Sonne ihre Leuchtkraft weiter steigert – eine Daumenregel prognostiziert zehn Prozent in einer Milliarde Jahren. Gleichzeitig wird das Erdinnere langsam auskühlen, die Plattentektonik deshalb zunehmend schwächeln. All das wird dem Leben zusetzen. Nach den Berechnungen von Wissenschaftlern des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung trifft es die höheren Lebensformen zuerst. Überlebenskünstler wie die Bärtierchen dürften sich am längsten halten. Später, etwa in 1,6 Milliarden Jahren, schlägt auch den zellkernlosen Einzellern das letzte Stündlein (bild der wissenschaft 11/2007, „Das feurige Ende der Welt”). Nur die Extremophilen halten wohl länger durch: Ihre Ära endet erst, wenn die irdischen Ozeane in einem heißen, venusähnlichen Treibhaus verdampfen. Dann wird unser zuvor blauer Planet unbewohnbar sein. Doch weiter von der Sonne entfernt brechen mildere Zeiten an. Dort könnte das Leben dann eine neue Chance nutzen. ■

von Thorsten Dambeck