Per Anhalter durchs Sonnensystem

Mikroben, die auf Meteoriten durchs All sausen, sind natürlich künstlerische Fantasie – ihre Sporen können aber sehr wohl in den kosmischen Gesteinsbrocken auf die Erde gelangen. „Die Hypothese, dass leben auf der Erde […] aus den Ruinen einer anderen Welt entstand, mag wild und visionär erscheinen; aber ich behaupte, dass sie nicht unwissenschaftlich ist.” Mit diesen kühnen Worten provozierte der britische Physiker und Ingenieur William Thomson alias Lord Kelvin 1864 seine Zuhörer der Royal Society of Edinburgh. Und 1871 wiederholte er auf dem 41. Meeting of the British Association for the Advancement of Science die Idee, sprach aber weniger poetisch von „keimtragenden meteoritischen Steinen”. Heute, mehr als ein Jahrhundert später, klingen diese Worte noch immer visionär – aber keineswegs mehr spekulativ. Denn inzwischen haben Forscher harte Indizien dafür gefunden, dass Mikroben tatsächlich mit Meteoriten zwischen den Planeten hin- und herreisen können. Immer mehr Astrobiologen akzeptieren inzwischen diese Hypothese der „Litho-Panspermie”. Sie könnte unser Weltbild revolutionieren. Sie wirft freilich drei gravierende Fragen auf: · Wie gelangen die Sporen von einem Planeten lebendig ins All? · Wie können sie die harschen Weltraumbedingungen überstehen? · Und überleben sie die Ankunft auf einem anderen Planeten? Ob diese Prozesse im Sonnensystem oder anderswo im Universum tatsächlich stattfanden oder noch stattfinden, ist offen. Dass sie grundsätzlich möglich sind, haben die Forschungen der letzten Zeit jedoch eindeutig erwiesen. Mars-proben frei Haus Zwischen den Planeten und Monden im Sonnensystem herrscht reger Verkehr. Denn bei Meteoriteneinschlägen können sich Trümmerstücke so stark beschleunigen, dass sie dem Schwerefeld des Himmelskörpers entkommen und in den Weltraum entweichen. 34 Meteoriten wurden bereits gefunden, die vom Mars stammen müssen, wie physikalisch-chemische Analysen belegen. Die Natur liefert uns gleichsam Bodenproben von unserem Nachbarplaneten frei Haus. Die Untersuchungen ergaben, dass die Brocken zwischen einigen 100 000 und knapp 20 Millionen Jahren unterwegs waren, bis sie in den Sog der irdischen Schwerkraft gerieten. Viele Millionen solcher Gesteinstrümmer werden pro Einschlag ins All geschleudert und vielleicht jeder Fünfhundertste gelangt eines Tages zur Erde, berechneten Forscher um Jay Melosh am Lunar and Planetary Laboratory der University of Arizona in Tucson. Solche Einschläge ereignen sich etwa alle 10 Millionen Jahre bei einer Kratergröße von 30 Kilometern und alle 55 Millionen Jahre bei einer Kratergröße von 100 Kilometern. Nur bei den größten Karambolagen werden bis zu 10 Meter große Brocken ins All geschleudert. In den letzten vier Milliarden Jahren sind wohl ein paar Milliarden Mars-Steine zur Erde gelangt, 98 Prozent davon nur 2 bis 80 Zentimeter groß. Auch die umgekehrte Route hat die Natur eingerichtet. Allerdings sind irdische Meteoriten auf dem Mars 10- bis 100-mal seltener, weil die Erde eine höhere Schwerkraft und eine dichtere Atmosphäre hat. Die Frage ist also, ob mutmaßliche Mikroorganismen im Gestein den Start ins All überleben können. Experimente eines internationalen Forscherteams um Gerda Horneck vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln und Dieter Stöffler von der Humboldt-Universität in Berlin zeigten kürzlich, dass dies tatsächlich möglich ist. Die Wissenschaftler hatten Sporen von Bakterien (Bacillus subtilis), Cyanobakterien und Flechten in Gabbro eingebettet – einem irdischen magmatischen Gestein, wie es ähnlich auf dem Mars vorkommt – und in einer Explosionskammer einem Druck von 5 bis 50 Gigapascal ausgesetzt. Das entspricht dem Aufprall bei Meteoriten-Einschlägen auf dem Mars. Die Experimente ergaben, dass ein Tausendstel der Cyanobakterien bis zu 10 Gigapascal und ein Zehn- bis Hunderttausendstel der Bakteriensporen und vielleicht auch Flechten mindestens 45 Gigapascal überlebten. „Unsere Ergebnisse bestätigen die Möglichkeit, dass Bakterien vom Mars zur Erde gelangen oder in anderen Sonnensystemen von marsähnlichen Planeten zu deren Nachbarwelten”, lautet Gerda Hornecks Fazit. Auch die kurzfristige Beschleunigung vom 15 000-Fachen der Erdschwerkraft beim Meteoriten-Abschuss sind für die Sporen kein Problem, wie Experimente mit Zentrifugen zeigen. Und tödliche Temperaturen entstehen ebenfalls nicht überall, wie Melosh berechnet hat. Tatsächlich werden viele Steine nicht einmal auf 100 Grad Celsius erhitzt. Dafür sprechen auch Untersuchungen der Nakliten, die David Shuster vom California Institute of Technology mit Benjamin Weiss kürzlich publiziert hat: Diese in Ägypten gefundenen Mars-Meteoriten besitzen keinerlei Spuren von Hochtemperaturen, wurden von der Natur also nie „sterilisiert” . Den Weltraumbedingungen können Sporen zumindest eine Zeit lang trotzen. Das ist erstaunlich, denn es lässt sich kaum eine unwirtlichere Umgebung denken: · Vakuum, · Strahlenbelastung: Ultraviolett- und Röntgenstrahlung sowie Partikel von der Sonne und die energiereiche Kosmische Strahlung aus der Milchstraße, · große Temperaturunterschiede: in Erdnähe beispielsweise von 120 Grad im Sonnenlicht bis zu minus 120 Grad im Erdschatten. Erste Hinweise auf die extreme Zähigkeit des Lebens fanden Mikrobiologen, als sie Zellen des Bakteriums Streptococcus mitis im Polyurethan-Isolationsschaum der Kamera an Bord der Raumsonde Surveyor 3 entdeckten. Sie war 31 Monate auf dem Mond, bevor sie 1969 von den Astronauten Charles Conrad und Alan Bean bei der Mission Apollo 12 ausgebaut und zur Erde gebracht wurde. NASA-Forscher folgerten: Die Bakterien waren noch lebensfähig, also mussten sie die harten Weltraumbedingungen überlebt haben. überdimensionales waffeleisen Doch dieser Schluss ist umstritten. „Es gibt Hinweise darauf, dass es sich um eine Kontamination beim Einsammeln oder während des Rückflugs handelte”, kritisiert zum Beispiel Gerda Horneck. Allerdings: Dass Sporen im Weltraum überleben können, bezweifelt auch die Mikrobiologin am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln nicht. Ihre eigenen Experimenten haben sogar die bislang besten Indizien dafür erbracht. So wurden auf der BIOPAN-Plattform an Bord dreier russischer FOTON-Satelliten 1994, 1997 und 1999 Sporen von Bacillus subtilis dem kosmischen Vakuum ausgesetzt – zusammen mit Ton, rotem Sandstein oder meteoritischem Material. Damit wurden die Sporen entweder vermischt (rund 100 Millionen Zellen pro Gramm), oder sie wurden in mehreren Schichten dazwischen eingelagert. BIOPAN sieht aus wie ein überdimensionales Waffeleisen. Es klappt sich im Erdorbit auf und setzt seine eingebauten Experimente etwa zehn Tage lang direkt den Weltraumbedingungen aus, bis es zusammen mit einem Teil des Satelliten zur Erde zurückkehrt. Das Ergebnis der Experimente: Bis zu 70 Prozent der Sporen überlebten. Auch über längere Zeiträume gibt es bereits Daten. So hatte Gerda Horneck und ihr Team Sporen von Bacillus subtilis auf dem EURECA-Satelliten (European Retrievable Carrier) der europäischen Weltraumagentur ESA 327 Tage dem All ausgesetzt – 25 Prozent überlebten. Und immerhin 1,4 plus/minus 0,8 Prozent ließen sich 1990 „wiedererwecken”, nachdem sie 2107 Tage lang auf der Außenseite des LDEF-Satelliten (Long Duration Exposure Facility) der NASA ausgeharrt hatten. Mit Salz- oder Zuckerkristallen als stabilisierende Schutzhülle waren es sogar 30 beziehungsweise 80 Prozent. Die gewaltige Strecke, die LDEF in diesen fast sechs Jahren Erdumkreisungen zurückgelegt hat, beträgt eine Milliarde Kilometer – das entspricht dem Abstand von Erde und Saturn. Weitere Experimente sollen die Resultate erhärten. So fand im September ein BIOPAN-Flug mit der FOTON M3 statt. An Bord war ein künstliches Meteoriten-Experiment, bei dem verschiedene Organismen unter Sedimenten und Granit lagerten. Das Forschungsteam um Charles Cockell von der Open University in Milton Keynes arbeitet zurzeit noch an der Auswertung. Außerdem sollen an der Internationalen Raumstation im Rahmen des europäischen EXPOSE-Programms bald ein- bis dreijährige Langzeitversuche stattfinden, ähnlich wie bei LDEF. Das erste wird im Dezember mit dem europäischen Columbus-Modul zur Internationalen Raumstation fliegen. Die bisherigen Daten lassen den Schluss zu, dass von einer Million ungeschützter Bakterien im Schnitt ein einziges die Kosmische Strahlung etwa 500 000 Jahre lang überlebt – und sogar einige Millionen Jahre lang, wenn es zwei bis drei Meter tief in einem felsigen Meteoriten steckt. Diese Überlebenswahrscheinlichkeit ist gering, aber angesichts der potenziell riesigen Zahl von Sporen doch statistisch groß genug für Reisen zwischen den Planeten eines Sonnensystems, also zum Beispiel zwischen Erde und Mars. Auch der letzte Teil einer interplanetarischen Taxi-Tour bedeutet nicht den sicheren Tod für blinde Passagiere. Wenn Meteoriten beispielsweise in die dichte Erdatmosphäre eindringen, erhitzt sich ihre Oberfläche zwar, sodass sie rot aufglüht und eine schwarze, glasierte Struktur annimmt. Doch bei größeren Brocken wird Wärme effektiv durch das Ablösen von erhitzten äußeren Schichten abgeführt. Außerdem dauert der Absturz nur ein paar Dutzend Sekunden. Das Innere der Meteoriten bleibt deshalb kühl – kühl genug, dass viele Mikroorganismen überleben können. Ein dramatisches „Experiment” hat das am 1. Februar 2003 bestätigt. Damals zerbrach die amerikanische Raumfähre Columbia aufgrund eines Schadens am Hitzeschutzschild des linken Flügels 63 Kilometer über Texas. Die sieben Astronauten an Bord waren sofort tot. Aber die Microbispora-Bakterien in einem Experiment von Robert McLean hatten den Absturz in ihrem Experimentiergefäß überlebt, wie der Biologie-Professor von der Texas State University später bei der Untersuchung der Trümmer herausfand. Auch Hunderte von Fadenwürmern (Nematoden), die für einen anderen Versuch an Bord waren, überstanden den Absturz. Freilich war die Geschwindigkeit des Space Shuttles nur ein Fünftel von der eines typischen Meteoriten, und die „Schutzhüllen” bestanden aus einem ganz anderen Material. Gleichwohl ist die für Menschen tödliche Katastrophe bislang das beste Indiz für Überlebenschancen beim Sturz aus dem All – wenn auch nur für Mikroorganismen. Alle drei Phasen von meteoritischen Taxis – Start, Flug und Landung – sind inzwischen so weit erforscht, dass die Hypothese der Litho-Panspermie ernst genommen werden muss. Mehr noch: „Wenn Mikroben auf dem Mars existiert haben oder noch existieren, ist ein Transfer zur Erde nicht nur als möglich, sondern als sehr wahrscheinlich anzusehen”, resümiert Gerda Horneck. 30 millionen jahre alte bakterien Ähnlich denkt Rocco Mancinelli vom Ames Research Center der NASA in Kalifornien: „Für Sporen ist es ziemlich wahrscheinlich, die Reise von einem Planeten zu einem benachbarten zu überleben.” Das gilt den Weltall-Experimenten des Forschers zufolge nicht nur für einfache Bakterien, sondern auch für komplexere Organismen wie die zur Photosynthese fähigen Synechococcus cyanobacteria und Archaea. Hinreichend große Meteoriten vorausgesetzt, können auch sie Millionen Jahre im All überdauern. „Dann ist die radioaktive Strahlung der natürlichen Mineralien innerhalb des Meteorits und im Organismus selbst der begrenzende Faktor”, sagt Mancinelli. „ Sie zerstört die Erbsubstanz.” Doch unter irdischen Bedingungen wird die Radioaktivität oft erst in sehr langen Zeiträumen wirksam. Denn Mikrobiologen haben in 30 Millionen Jahre altem Bernstein noch Bakteriensporen entdeckt, die sich wiederbeleben ließen. Und in New Mexico fanden sich sogar welche in Salzkristallen, die erstaunliche 250 Millionen Jahre alt sind – wobei sich eine spätere Kontamination freilich nicht hundertprozentig ausschließen lässt. Außerdem gibt es Bakterien, die eine Strahlendosis von 500 000 Rad überstehen. Per Anhalter durch die Galaxis Stellt sich die Frage, ob die Mitfahrgelegenheit für Mikroben nur innerhalb von Sonnensystemen möglich ist oder auch zwischen ihnen. „Interstellare Reisen sind sehr viel unwahrscheinlicher – aber nicht unmöglich”, antwortet Jay Melosh. Er vergleicht die Chancen der Mikroorganismen damit, dass jemand zufällig den Heimweg findet, nachdem er blind auf einen anderen Kontinent versetzt wurde. Doch hinreichend große Zahlen und Zeiten vorausgesetzt, hätten Bakterien vielleicht eine Chance. Dazu sind freilich mehrere Bedingungen nötig, betont Melosh: · Metergroße Meteoriten: Nur sie bieten viele Millionen Jahre lang Schutz vor der Kosmischen Strahlung. · Ein Gravitationsschleuder-Effekt, um dem Heimatplanetensystem zu entkommen: So haben Mars-Meteoriten eine 30-prozentige Chance, von Jupiters Schwerkraft aus dem Sonnensystem hinauskatapultiert zu werden. Bis es dazu kommt, vergehen statistisch gesehen einige Dutzend Millionen Jahre. · Lange Reisezeiten: Jupiter schleudert Meteoriten typischerweise mit einer Geschwindigkeit von fünf Kilometern pro Sekunde relativ zur Sonne in den interstellaren Raum. Binnen 100 Millionen Jahre können somit bis zu 2000 Lichtjahre ferne Sternsysteme erreicht werden. · Einfang und Landung: Damit die Lebensbringer nicht einfach weiterfliegen, müssen sie von großen Planeten abgebremst werden und in dem neuen Sonnensystem so lange herumkreisen, bis sie zufällig auf einen geeigneten erdähnlichen Planeten fallen – wenn es einen solchen gibt. In der Milchstraße ist das schätzungsweise bei ein paar Millionen Sternen der Fall. Wenn eine interstellare Litho-Panspermie auch unwahrscheinlich ist, bleibt doch eine realistische Chance, dass sich das Leben innerhalb von Planetensystemen mit der Hilfe von Meteoriten ausbreitet. Möglicherweise war das auch in unserem Sonnensystem einst der Fall. Insofern könnten die Anstrengungen der Raumfahrtbehörden, den Mars nicht mit Raumsonden zu kontaminieren, unnötig sein – der Rote Planet ist vielleicht längst von Natur aus mit irdischen Mikroorganismen geimpft worden. Die Suche nach Leben auf dem Mars könnte also auf eine ganz andere Weise erfolgreich sein, als sich viele das wünschen: Die ersehnten Mars-Mikroben waren vielleicht mit ihren Meteoriten-Taxis einfach nur etwas schneller als die künftigen irdischen Raumsonden oder Raumfahrer. Wenn Mars-Mikroben beispielsweise einen ähnlichen genetischen Code haben wie Bakterien auf der Erde, dann ist eine interplanetare Verwandtschaft anzunehmen – eine unabhängige Doppel-Entstehung wäre extrem unwahrscheinlich. Aber vielleicht war die Verbreitungsrichtung gerade umgekehrt: vom Mars zur Erde. Das ist aus astronomischen Gründen wahrscheinlicher. Und dafür spricht auch, dass der Mars vermutlich früher lebensfreundliche Bedingungen entwickelt hat als die Urerde. Insofern könnte das Leben im Sonnensystem zuerst auf dem einst blauen, weil mit Meeren bedeckten Mars entstanden sein, den wir heute den Roten Planeten nennen. Von dort aus könnte es die Erde kolonisiert haben. Dann wären wir alle letztlich Marsianer. Und eine bemannte Mars-Landung hätte noch einen zusätzlichen Sinn: Der Mensch käme erstmals nach Hause. ■ Rüdiger Vaas Ohne Titel Die REPARATUR VON UV-SCHÄDEN von Bakterien war 1967 das Thema der Promotion von Gerda Horneck, geboren 1939 in St.Hubert am Niederrhein. Studiert hat die Mikrobiologin an der Universität Frankfurt am Main. Seit 1975 forscht sie am Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln, in dem sie bis 2004 die Abteilung Strahlenbiologie leitete. Sie hat mehrere strahlenbiologische und astrobiologische Weltraumexperimente im Spacelab, auf dem Satelliten LDEF (Long Duration Exposure Facility), EURECA (European Retrievable Carrier), FOTON und der Internationalen Raumstation durchgeführt. Auch an den Strahlenmessungen mit der europäischen Marssonde ExoMars ist sie beteiligt. Gerda Horneck ist deutsche Repräsentantin beim Committee on Space Research (COSPAR), Vorsitzende der Lebenswissenschaften bei der Internationalen Akademie für Astronautik (IAA) und Ratsmitglied der International Astrobiological Society (ISSOL) und der European Astrobiology Network Association (EANA). Sie hat mehrere Preise von NASA, ESA, IAA und DLR erhalten. Vor einigen Monaten gab sie zusammen mit ihrer Mitarbeiterin Petra Rettberg vom DLR ein Lehrbuch heraus, „ Complete Course in Astrobiology”, das erstmals im Detail den Stand der astrobiologischen Forschung zusammenfasst und auf einer beiliegenden CD-ROM Material für Vorlesungen enthält. Ohne Titel · Mikoorganismen können mit Meteoriten zwischen Nachbarplaneten verkehren. · Interstellare Reisen von Bakterien sind möglich, aber sehr unwahrscheinlich. · Vielleicht entstand das irdische Leben auf dem Mars. Ohne Titel Die chemische Evolution hat in den Gas- und Staubwolken zwischen den Sternen begonnen. Auch organische Moleküle sind dort nachweisbar – darunter vermutlich sogar Glycin, die einfachste Aminosäure. Wegen den niedrigen Temperaturen im Weltraum bilden sich diese Substanzen freilich anders als auf der Erde: über Ionen-Molekül-Reaktionen, energetisch angeregt von der Kosmischen Strahlung. „Eine Vielzahl von Molekülen, die mit Biomolekülen ähnlich oder identisch sind, kann sich abiotisch bilden”, fasst Sandra Pizzarello von der Arizona State University in Tempe die Erkenntnisse der Astrochemiker zusammen. Wahrscheinlich sind viele solcher Moleküle mit Meteoriten auf die Urerde gelangt und waren ein Rohstoff für die Entstehung des Lebens. Tatsächlich sind inzwischen mehrere Hundert verschiedene organische Moleküle in Meteoriten identifiziert worden – darunter acht Aminosäuren, die zum Teil für Proteine nötig sind. Auch wenn das Leben nicht aus dem All stammen sollte, wie die Panspermie-Verfechter glauben, ist es daher wahrscheinlich, dass zumindest einige der biochemischen Grundbausteine ein „Geschenk des Himmels” sind. Ohne Titel · Panspermie – ein aus dem Griechischen gebildetes Kunstwort für „All-Saat” – bezeichnet die Hypothese, dass Leben sich durch den Weltraum ausbreitet und dass viele Planeten durch solche kosmischen Keime besiedelt werden. · Den Begriff prägte der schwedische Chemie-Nobelpreisträger Svante Arrhenius. Er mutmaßte 1903, dass Sporen durch den Raum treiben und gastfreundliche Planeten kolonisieren. Auch von der Erde sollten sie entweichen und vom Lichtdruck der Sonne ins All getrieben werden. · Die Grundidee ist aber älter: Schon der griechische Philosoph Anaxagoras äußerte sie – vor 2500 Jahren. · Wieder aufgegriffen wurde sie von dem französischen Anthropologen Benoît de Maillet, der von Himmelskeimen sprach, die in die Ozeane fielen und erst zu Fischen und später zu Amphibien, Reptilien und Säugern wurden. Seine Schrift wurde posthum 1743 veröffentlicht – weil die Idee vom Wandel der Arten so unzeitgemäß war, dass sie erst Charles Darwin 1859 durchsetzten konnte. Weitere Verfechter des Panspermie-Gedankens waren im 19. Jahrhundert der schwedische Chemiker Jöns Jakob Berzelius (1834), der französische Chemiker und Mikrobiologe Louis Pasteur (1864), der britische Physiker William Thomson (1864, 1871) und der deutsche Physiker und Physiologe Hermann von Helmholtz (1879). · Im 20. Jahrhundert argumentierten vor allem Fred Hoyle und Chandra Wickramasinghe für die kosmische Aussaat, vorübergehend auch Francis Crick und Leslie Orgel (1973), die dahinter sogar einen zielgerichteten Plan vermuteten.