Titan – die kalte Alternative

So wurde aus dem Forscher der Erdkruste ein Theoretiker des Eises. Mayer entwickelte Modelle, die beschreiben, wie sich auf Titan ähnliche Vesikel bilden könnten – nicht aus Lipiden wie auf der Erde, sondern aus Tholinen. Solche organische Stickstoffverbindungen entstehen in Titans Atmosphäre. Unter den dortigen Bedingungen könnten sie sich ähnlich wie irdische Lipide verhalten.

Noch fehlen die Experimente: Die Kälte von minus 180 Grad verlangt nach Kryostaten: aufwendigen Apparaturen, in denen die Eiseskälte simuliert werden kann. Doch die Hypothese steht. Und sie stellt die älteste Überzeugung der Biologie infrage – dass Leben Wasser braucht.

Leben als energetisches Ungleichgewicht?

Wo Christian Mayer den Ursprung des Lebens im Molekül sucht, blickt Dirk Schulze-Makuch aufs große Ganze. Der Astrobiologe von der TU Berlin erforscht, unter welchen Bedingungen Leben entstehen und bestehen kann. Ob in den Salzkrusten der Atacama-Wüste, unter der Oberfläche des Mars oder in den Kohlenwasserstoffseen auf Titan: Der Forscher sucht nach Spuren des Möglichen.

Dabei denkt er Leben nicht als Zustand, sondern als Prozess. „Leben ist kein Hauptwort“, sagt er. „Es ist etwas, das passiert.“ Wachstum, Anpassung, Reproduktion, Stoffwechsel – für ihn sind das keine Dogmen, sondern Symptome eines energetischen Ungleichgewichts. Leben hält sich im Fluss, indem es Energiegefälle nutzt. Wo Gleichgewicht herrscht, ist der Tod, sagt Schulze-Makuch.

Dieser Satz ist mehr als ein Bonmot. Schulze-Makuch denkt gern laut, springt zwischen Disziplinen, verknüpft Biologie mit Geologie, Philosophie mit Ingenieurskunst. Für ihn ist Forschung ein offenes Gespräch mit der Natur, kein Experiment im Labor. „Wir dürfen das Leben nicht auf irdische Formen reduzieren, sonst laufen wir Gefahr, es dort draußen im All zu übersehen“, betont er.

Wie seinem Kollegen aus Essen geht es auch ihm um Prinzipien: um universelle Bedingungen, unter denen sich Leben überhaupt organisieren kann. Doch während Christian Mayer die ersten Schritte beschreibt, jene Selbstorganisation aus Molekülen und Membranen, blickt Dirk Schulze-Makuch weiter hinaus: auf die Frage, ob diese Prinzipien überall im Universum gelten.

Um solche Fragen zu klären, zieht es den Astrobiologen immer wieder in die Atacama-Wüste, einen der trockensten Orte der Erde. Dort sucht er mit seinem Team nach Mikroorganismen, die in salzigen Bodenkrusten überleben. Ganz ohne Niederschlag. Oder er analysiert alte Marsdaten neu: Die Viking-Sonden der NASA könnten dort in den 1970er-Jahren unbeabsichtigt Leben zerstört haben, weil sie zu viel Wasser auf möglicherweise angepasste Mikroben gaben. Für Dirk Schulze-Makuch zeigt das, wie vorsichtig man mit irdischen Maßstäben sein muss.

Was, wenn Ordnung und Komplexität keine irdische Ausnahme sind, sondern ein Grundmuster der Materie? Dann könnte Leben nicht die Folge eines Zufalls sein, sondern eine mögliche Konsequenz der Physik.

Biochemie in Zeitlupe

Lange galt in der Astrobiologie das Motto: Folge dem Wasser! Heute zeigt Titan, dass man vielleicht besser sagen sollte: Folge der Chemie! Der größte Mond im Sonnensystem ist ein Himmelskörper voller Gegensätze. Seine Stickstoffatmosphäre erinnert an die unsere. Auch Flüsse, Seen und jahreszeitliche Zyklen scheinen vertraut. Doch das alles basiert nicht auf Wasser, sondern auf Methan. Vielleicht sogar auf flüssigem Stickstoff. Titan wirkt vertraut, und ist doch fremd.

„Auch wenn Titan der Erde in mancher Hinsicht zu gleichen scheint, zeigt er uns doch, wie anders Leben sein könnte“, sagt Christian Mayer. Die Modelle des Forschers beschreiben, wie sich aus organischen Molekülen Strukturen wie Zellen bilden können – allerdings in einem Medium aus Kohlenwasserstoffen. Aber der Physikochemiker bleibt vorsichtig: Es ist eine Hypothese, kein Beweis.

Auch Dirk Schulze-Makuch fasziniert der ferne Mond: „Wir haben dort alles, was wir für Leben brauchen. Nur ist es viel kälter.“ Methanseen, organische Verbindungen, vielleicht sogar geologische Aktivität im Untergrund. Doch die Temperaturen machen jede chemische Reaktion extrem träge. „Wenn es dort Leben gäbe, wäre es eines in Zeitlupe.“

Vielleicht würde es sich jeglicher Beobachtung entziehen. Kein Flimmern, kein Zucken, kein Wachstum. Und doch könnten sich Moleküle bewegen, so langsam, dass eine Reaktion Stunden dauert und eine Zellteilung Jahrtausende. Auf Titan würde das Leben nicht pulsieren. Es würde verharren, wie ein Tanz in Zeitlupe. Eine stille, fast gefrorene Form von Dynamik. Leben, das atmet, ohne sich zu rühren.

„Mich fasziniert die Vorstellung, dass Titan eine Art Speicher für frühe präbiotische Chemie sein könnte“, findet auch Christian Mayer. „Ein Gedächtnis der organischen Chemie. Eingefroren in der Zeit.“

Tiefgekühltes Labor

Genau dorthin schickt die amerikanische Raumfahrtagentur NASA ihre Dragonfly Mission. Ab 2034 soll erstmals ein flugfähiges Labor auf Titan landen; eine Drohne, die in der dichten Atmosphäre fliegt und nach organischen Spuren sucht. Christian Mayer hat Kontakt zur NASA, weiß aber, dass die Mission nur den Äquator ansteuert. Für ihn ist das eine kleine Enttäuschung: „Dort, wo es spannend würde, an den Polarmeeren, wird sie aus technischen Gründen nicht hinkommen.“ Ob Titan ein Labor des Lebens war oder vielleicht sogar noch ist, lässt also noch eine Weile rätseln.

Mayers Vesikel existieren nur auf dem Papier, in Form physikochemischer Modelle. Um sie zu überprüfen, müsste man die Bedingungen auf Titan nachstellen – Temperaturen von minus 180 Grad, flüssigen Stickstoff als Medium, ein kontrolliertes Spiel aus Verdampfung und Niederschlag. „Man braucht Kryostaten, stabile Lichtquellen, geeignete Messmethoden und viel Geduld“, sagt er.

Solche Experimente sind machbar. Doch kaum ein Labor verfügt über die nötige Ausrüstung. Deshalb sucht Christian Mayer nach Partnern, die in tiefer Kälte arbeiten können und Routine im Umgang mit flüssigem Stickstoff und empfindlicher Analytik haben. „Wenn es uns gelingt, auch nur eine dieser Strukturen im Labor zu erzeugen, wäre das ein Meilenstein“, meint er.

Vieles hängt davon ab, ob sich Förderinstitutionen finden, die solche Grundlagenforschung unterstützen. Die NASA konzentriert sich derzeit auf Mond und Mars, und selbst Dragonfly wird Titans chemische Tiefen nur streifen. Vielleicht, meint der Physikochemiker, müsse Europa irgendwann übernehmen – „eine Mission, die wirklich nach den Spuren dieser kalten Biochemie sucht.“

Ein Prinzip für das Universum

Für Dirk Schulze-Makuch endet die Suche nach Leben nicht auf Titan. „Es gibt viele Wege, wie Chemie organisiert sein kann“, ist er überzeugt. Ob Schwefelsäure, Ammoniak oder Methanol – überall könnten Prozesse ablaufen, die Energie speichern, Stoffe austauschen, sich selbst erhalten. Und dort, wo Kohlenstoff selten ist, vielleicht sogar auf Siliziumbasis. Leben, meint er, sei keine Formel, sondern eine Möglichkeit. Eine emergente Eigenschaft bestimmter molekularer Umgebungen, die sich aus Energieflüssen und stabilen Mustern ergeben könne. Vielleicht sogar ganz ohne Blaupausen aus dem irdischen Lehrbuch.

Einige Himmelskörper im Sonnensystem machen diese Gedanken greifbar: Unter der Eiskruste des Saturnmondes Enceladus toben Geysire, die heißes Wasser und organische Stoffe ins All schleudern. Auf dem Jupitermond Europa könnte ein tiefer Ozean von flüssigem Wasser an einem felsigen Meeresboden zehren – mit Energie, die aus dem Inneren des Trabanten kommt. Selbst in den Venuswolken könnten winzige Tröpfchen chemische Reaktionen tragen, die auf Schwefelsäure statt auf Wasser beruhen. Über Mikroorganismen wird aufgrund der – nicht unumstrittenen – Entdeckung des potenziellen Biomarkers Phosphin diskutiert. Aber Titan gilt seit den frühen Spekulationen von Carl Sagan und später Steven Benner als Extremfall dieser Gedankenlinie.

Eine solche ist mehr als Spekulation. Sie verschiebt die Vorstellung von einer „zweiten Erde“ hin zu einem universellen Prinzip: einer Selbstorganisation des Lebens aufgrund von Energiegefälle, gleichgültig welche Moleküle beteiligt sind. „Wenn Leben die Fähigkeit der Materie ist, auf ein Ungleichgewicht zu reagieren, sich zu organisieren, anzupassen und zu bestehen“, sinniert Dirk Schulze-Makuch, „dann könnte es Leben auf vielen Planeten geben.“ Das macht die Suche danach nicht gerade einfacher. „Wir müssen lernen, Leben zu erkennen, das keine blauen Planeten braucht und keine irdischen Maßstäbe erfüllt“, ist sich der Astrobiologe sicher. „Denn ob wir bereit sind oder nicht – irgendwann werden wir auf etwas stoßen, das sich unserem engen Begriff von Leben entzieht.“

Mittlerweile ist solche Offenheit für Unbekanntes eine Triebfeder bei der Suche nach Leben in fernen Planetensystemen. Weltraumteleskope wie James Webb, PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) oder künftig Ariel richten ihren Blick auf Tausende von Exoplaneten. Ihre Sensoren zerlegen das Licht ferner Sterne in Spektren. Diese verraten, welche Gase in den Atmosphären dieser Welten vorhanden sind. Dabei wird nicht mehr ausschließlich auf Wasser gehofft. Auch Stoffe wie Methan, Ammoniak, Siliziumverbindungen und Dimethylsulfid, die auf ganz anders geartete Stoffwechsel hindeuten könnten, sind in den Fokus der Wissenschaft gerückt. Sie zu finden, könnte unsere Suche nach außerirdischem Leben auf eine neue Ebene hieven.

Wenn Ordnung und Komplexität keine irdische Ausnahme sind, dann könnten sie überall entstehen: leise, langsam, unbemerkt. „Manchmal reicht ein einziger Tropfen, damit sich Materie organisiert“, meint Christian Mayer. ■

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