Ob auf dem Mars, dem Jupitermond Europa oder lebensfreundlichen, erdähnlichen Exoplaneten: Noch ist unklar, ob es auch anderswo im All Leben gibt oder gab. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass die Erde nicht der einzige Planet ist, auf dem sich Lebensformen entwickelt haben. Doch um extraterrestrisches Leben nachzuweisen, benötigt man eindeutige Biosignaturen, beispielsweise in Form von chemischen Verbindungen, die nur durch biologische Prozesse entstanden sein können.
Von Lebewesen erzeugt oder nicht?
Genau darin liegt jedoch das Problem. Zwar gibt es viele Moleküle, die als Lebensbausteine gelten, darunter Aminosäuren, DNA-Basen oder bestimmte Fettsäuren. „Doch diese Verbindungen sind nicht exklusiv biologischen Ursprungs: Sie wurden inzwischen auch in Kometen und Meteoriten, unter simulierten präbiotischen Bedingungen und in irdischen Umgebungen entdeckt, in denen auch eine abiotische Synthese möglich wäre“, erklären Gideon Yoffe vom Weizmann Institute of Science in Israel und seine Kollegen.
Auch auf dem Mars haben die NASA-Marsrover schon mehrere organische Moleküle nachgewiesen, die sowohl geochemischen als auch biologischen Ursprungs sein könnten. Zudem reichen die Instrumente aktueller Raumsonden oder Teleskope oft nicht aus, um beispielsweise die Händigkeit oder Isotopenzusammensetzung außerirdischer Moleküle zu bestimmen – beides kann Hinweise auf den Ursprung geben. Der Nachweis von potenziellen Lebensbausteinen auf einem anderen Himmelskörper ist daher bislang noch kein ausreichender Beweis für extraterrestrisches Leben.
„Astrobiologie ähnelt in dieser Hinsicht der Forensik: Wir versuchen, anhand von unvollständigen Spuren und oft sehr begrenzten Daten auf Prozesse rückzuschließen“, sagt Yoffe.
Auf die Häufigkeit kommt es an
Deshalb haben Yoffe und sein Team nach einer Biosignatur gesucht, die auch mithilfe aktueller Messinstrumente identifizierbar ist. Fündig wurden sie, als sie die Häufigkeit und Verteilung von potenziellen Lebensbausteine genauer untersuchten. Dafür nutzten die Astrobiologen statistische Methoden, die in der Ökologie zur Beurteilung der Artenvielfalt verwendet werden. Dabei betrachtet man zum einen den Artenreichtum und damit, wie viele Arten in einem Ökosystem präsent sind. Zum anderen ermittelt man ihre Häufigkeitsverteilung.
Auf ähnliche Weise lassen sich auch chemische Moleküle auf einem anderen Himmelskörper beurteilen: Sind sie biogen entstanden, verrät sich dies auch in ihrer Häufigkeitsverteilung. „Leben produziert nicht nur bestimmte Moleküle, es erzeugt auch ein organisatorisches Muster, das wir durch solche statistischen Methoden sehen können“, erklärt Co-Autor Fabian Klenner von der University of California in Riverside.
Woran sich biogene Aminosäuren und Fettsäuren verraten
Wenn beispielsweise Aminosäuren geochemisch entstehen, dominieren einfache, kurzkettige Verbindungen, weil sie für ihre Synthese weniger Energie benötigen. „Die Biosynthese kann diese Hierarchie jedoch umgehen“, erklären die Forschenden. „Die Kontrolle durch Enzyme ermöglicht es Organismen, auch komplexe Moleküle in genau den Mengen zu erzeugen, die von ihrem Stoffwechsel benötigt werden.“ Stammen Aminosäuren in einer Probe von Lebewesen, müsste der Anteil längerkettiger, komplexerer Moleküle daher höher sein.
„Ein analoges Prinzip gilt für Fettsäuren: Organismen erzeugen nur eine enge Bandbreite an molekularen Kettenlängen, die sie beispielsweise für ihre Membranfunktion benötigen“, so die Astrobiologen weiter. Abiotische Systeme zeigen dagegen keine solche Bevorzugung bestimmter Kettenlängen. Auf Basis dieser Erkenntnis haben Yoffe und sein Team einen Index entwickelt, der Proben dieser beiden Molekülarten anhand der Vielfalt und Häufigkeit als biogen oder abiogen einstufen kann.
Ob sich dieses Muster anhand bestehender Daten erkennen lässt, testete das Team anschließend anhand der Aminosäure- und Fettsäure-Zusammensetzung von rund 100 Analyse-Datensätzen von Mikroben, Fossilien, Böden, Meteoriten, Asteroiden und Laborproben.
„Wirklich überraschend“
Und tatsächlich: Allein anhand des molekularen Musters konnten die Astrobiologen biologische von nicht biologischen Proben unterscheiden. „Es traten zwei klar unterscheidbare Gruppen auf“, berichtet das Team. Bei den Aminosäuren zeigten biologische Proben eine deutlich gleichmäßigere Verteilung der vorkommenden Molekülgrößen. Bei den Fettsäuren war es genau umgekehrt: „Biologische Proben sind lückenhafter und enthalten nur eine begrenzte Teilmenge von Kettenlängen“, so Yoffe und seine Kollegen.
Die Klarheit, mit der diese Unterschiede im molekularen Verteilungsmuster erkennbar waren, verblüffte selbst das Forschungsteam. „Das war wirklich überraschend“, sagt Klenner. „Die Methode zeigte nicht nur den Unterschied zwischen Leben und Nichtleben, sondern verriet sogar, wie stark die Proben degradiert waren.“ Obwohl sehr alte biologische Proben wie die versteinerten Eierschalen von Dinosauriern kontaminiert und mit Sediment vermischt waren, ließ sich das typische Verteilungsmuster von Aminosäuren und Fettsäuren noch identifizieren.
Neues Tool für die Suche nach Leben
Nach Ansicht der Astrobiologen bietet ihre Methode damit ein gutes Werkzeug, um nach Spuren extraterrestrischen Lebens zu suchen. „Dies ist eine weitere Möglichkeit, um herauszufinden, ob es auf einem Himmelskörper einst Leben gab“, sagt Klenner. Allerdings betonen die Forschenden, dass auch ihre molekulare Biosignatur allein nicht ausreicht, um außerirdisches Leben zu beweisen. „Aber wenn verschiedene Techniken alle in die gleiche Richtung weisen, dann ist das eine starke Aussage“, so Klenner.
Ein weiterer Vorteil: Das Verteilungsmuster von Aminosäuren und Fettsäuren erfordert keine Spezialanalysen. Auch Instrumente wie die Massenspektrometer von Raumsonden oder den Marsrovern der NASA können die dafür nötigen Analysen durchführen.
Quelle: Gideon Yoffe (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel) et al., Nature Astronomy, 2026; doi: 10.1038/s41550-026-02864-z
