Extraterrestrisches Leben

Die Greenbank- Formel	Ökosphäre	Wasser
Luft	Erde	Futter
Entstehung des Lebens	Lebensformen	Extraterrestrisches Leben
Superzivilisationen

Die Greenbank- Formel

Wohl die meisten Menschen dieser Erde werden kaum jemals einen Gedanken daran verschwenden, ob irgendwo im All, vielleicht sogar in unserer näheren Nachbarschaft, Planeten von anderen Lebewesen besiedelt sind. Viel zu sehr sind sie mit ihren eigenen Problemen beschäftigt, wobei man einräumen muss, dass es in der Tat noch immens viele Probleme auf der Erde zu lösen gilt.
Doch wäre es wohl mehr als vermessen anzunehmen, wir seien die einzigen Lebewesen im schier grenzenlosen Universum! Zwar bilden sich viele Zeitgenossen ein, dass die Menschheit der Mittelpunkt des Universums und die Krone der Schöpfung ist. Doch wer sich ein wenig mit der Entwicklung des Universums beschäftigt wird schnell erkennen, dass die Voraussetzungen zur Entstehung von Leben überall im Kosmos vorhanden sind.

Allein unsere Milchstraße besteht aus etwa 100 bis 200 Milliarden Sternen. Nimmt man einmal an, nur 10% dieser Sterne seien Hauptreihensterne mit ungefährer Lebensdauer und ähnlicher Größe wie die Sonne. Gehen wir weiterhin davon aus, dass nur 1% von ihnen Planeten besitzen (obwohl sich die Anzahl der Sterne mit entdeckten Planeten fast täglich erhöht). Selbst wenn nur 1% dieser Planeten eine Umlaufbahn innerhalb der Ökosphäre aufweisen, könnte es in unserer Galaxie 1 bis 2 Millionen Planeten mit möglicherweise entwickeltem Leben geben.
Dies ist zwar eine nur sehr simpel gehaltene, überzogen optimistische Abschätzung, ergibt jedoch eine beachtliche Zahl. Und es gibt im Kosmos ungezählte Milliarden von Galaxien....

Im Jahre 1961 wurde von Dr. Frank Drake (Green Banks, Virginia, heute Direktor des SETI- Projektes) eine Formel entworfen, mit der sich deutlich realistischer die Anzahl Zivilisationen in einer Galaxie abschätzen lässt.

Die Bedeutung der einzelnen Faktoren, sowie verschiedene Abschätzungen können folgender Tabelle entnommen werden:

Man kann anhand dieser Berechnung also durchaus davon ausgehen, dass vielleicht einige Hundert Planeten in unserer Milchstraße Leben tragen, möglicherweise intelligentes, welches sogar die Kommunikation mit anderen suchen könnte.

Da sicher jedermann eine etwas abweichende Meinung zu obiger Abschätzung hat, ist hier die Möglichkeit zu einer eigenen Berechnung gegeben (bitte aktivieren Sie Javascript in Ihrem Browser!). Zusätzlich wurde noch ein Faktor für die Anzahl Galaxien im Kosmos eingefügt, so dass die Anzahl bewohnter Planeten im All abgeschätzt werden kann (man schätzt deren Gesamtzahl auf bis zu 1 Billion).

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Ökosphäre

Damit sich auf einem Planeten Leben entwickeln kann, müssen verschiedene Grundvoraussetzungen erfüllt sein.
Zunächst muss der Stern eine ausreichende Lebensdauer von mindestens 5 bis 10 Milliarden Jahren haben. Das kann er nur, wenn er eine Masse im Bereich von 0,5 bis 1,5 Sonnenmassen aufweist. Ist seine Masse geringer, wird die Ökosphäre (der Bereich der Umlaufbahnen um den Stern, bei denen auf einem Planeten gemäßigte Temperaturen herrschen) sehr schmal, weil der Stern nur wenig Energie abstrahlt. Hier einen Planeten anzutreffen ist deshalb relativ unwahrscheinlich. Sterne mit mehr als 1,5 Sonnenmassen verbrauchen ihren Kernbrennstoff sehr rasch und haben deshalb nicht die erforderliche Lebenserwartung. Der Anteil der mit unserer Sonne vergleichbaren Hauptreihensterne in der Milchstraße ist allerdings mit 70% bis 80% recht hoch.

Befindet sich ein Planet innerhalb der Ökosphäre, so werden auf seiner Oberfläche Temperaturen im Bereich von etwa -25 bis +60°C herrschen. Nur diesen Bereich kann man als lebensverträglich bezeichnen, weil komplexe organische Moleküle wie Proteine oder Nukleinsäuren, lebenswichtige Substanzen, ohne Zersetzung bestehen können. Zwar gibt es auf der Erde beispielsweise Viren, die ein "Bad" in flüssigem Stickstoff problemlos überstehen, oder solche, die sich auch von kochendem Wasser nicht beeindrucken lassen. Doch für die Entwicklung höherer Lebensformen sind solche Temperaturen höchstwahrscheinlich eher unverträglich.

Wasser

Eine weitere Bedingung für die Entwicklung von Leben ist mit Bestimmtheit das Vorhandensein von Wasser (H₂O). Ohne Wasser wird kaum Leben möglich sein, denn es ist ein ideales Lösungsmittel und darüber hinaus zu einem hohen Anteil am Aufbau der meisten Zellen beteiligt. Es ist gibt kein anderes Lösungsmittel, welches das Wasser ersetzen könnte. Vermutlich im Wasser begann die Entwicklung des Lebens auf der Erde, denn nur hier fanden die ersten lebensbildenden Moleküle Schutz vor der gnadenlosen, zellvernichtenden UV- Strahlung der Sonne. Wasser dient in jedem Körper als Transportmittel für die unterschiedlichsten Substanzen, auch zum Abtransport von Körpergiften. Und nicht zuletzt ist es ein hervorragendes Kühlmittel, wenn wir es bei hohen Temperaturen verdunsten (Schwitzen). Bedingt durch die so genannte Anomalie des Wassers - im Gegensatz zu anderen Flüssigkeiten dehnt es sich beim Gefrieren aus - kann es allerdings bei tiefen Temperaturen die Zellen auch zerstören.

Luft

Ohne Gas auf einem Planeten in Form einer Atmosphäre wird sicher auch kein Leben entstehen können. Diese Atmosphäre darf aber keine zu hohen Anteile an lebensschädigenden Gasen enthalten, wie beispielsweise Ammoniak (NH₃), Kohlenmonoxid (CO) oder gar Cyanwasserstoff (HCN), Substanzen, die in den Wolken der Interstellaren Materie nachgewiesen worden.

Ein bestimmter Anteil an Kohlendioxid (CO₂) wird aber benötigt, um einerseits den Kohlenstoff als Basis jeder organischen Verbindung zu liefern, andererseits vermögen Pflanzen als erste Lebensformen CO₂ zu assimilieren. Durch den Prozess der Photosynthese wandeln sie das Gas in organische Verbindungen wie Zucker und Stärke um, wobei sie gleichzeitig Sauerstoff freisetzen. Sauerstoff dient atmenden Lebewesen wiederum zur Oxidation aufgenommener Nahrung und damit der Energiefreisetzung. Darüber hinaus bildet Sauerstoff unter Einwirkung der UV-Strahlung des Sterns das heute so berüchtigte Ozon (O₃), welches bei genügender Konzentration in höheren Atmosphärenschichten diese energiereiche, lebensschädigende Strahlung absorbiert. Erst dann kann das Leben auch das Land erobern.

Erde

Sicher müssen auf einem Planeten auch viele der chemischen Elemente, meist in Form von Mineralien, vorhanden sein. Einige der bekannteren, am Aufbau von Organismen beteiligten sind: Eisen (Fe), Calcium (Ca), Kobalt (Co), Magnesium (Mg), Natrium (Na), Kalium (K), Mangan (Mn), Selen (Se), Chlor (Cl), Fluor (F), Iod (I), Schwefel (S), Phosphor (P) und so weiter.

Futter

Damit Leben bestehen, wachsen und sich fortpflanzen kann, muss in irgendeiner Form Energie freigesetzt werden können. Das sollte grundsätzlich mit einer Nahrungsaufnahme verbunden sein. Allein durch Aufnahme von mineralischen Substanzen ist wohl kein höher entwickeltes Leben möglich, obwohl bekannterweise Mineralien unter anderem als Spurenelemente lebensnotwendig sind. Diese Verbindungen liegen meist als Oxid vor, können also nicht weiter oxidiert werden. Energiefreisetzung ist aber nur durch eine Oxidation zu vollziehen, die Reduktion von Substanzen hingegen ist mit einer Energieaufnahme verbunden. Die Energie zur Erhaltung der Körperwärme, der Bewegungen, kann daher nur durch Aufnahme organischer Substanz gelingen. Pflanzliche oder tierische Nahrung ist daher erforderlich, denn diese ist oxidierbar. Auf jedem belebten Planeten wird sich deshalb vermutlich auch in irgendeiner Form eine Nahrungskette bilden müssen, vom kleinsten Einzeller bis zum hoch entwickelten Organismus.

Entstehung des Lebens

In Laborexperimenten kann man die Bedingungen, wie sie in der frühen Erdatmosphäre geherrscht haben, nachvollziehen (siehe hierzu auch Das Miller- Experiment). Bildet man über Wasser eine Atmosphäre aus Stickstoff und Kohlendioxid, und simuliert mit elektrischen Entladungen Blitze, die damals äußerst häufig waren, so führt dies zur Bildung von Aminosäuren, den ersten Bausteinen des Lebens. Die Entstehung des Lebens auf der Erde könnte sich so zugetragen haben. Durch die hohe UV- Einstrahlung sind die meisten dieser Moleküle wieder zerstört worden. Nur wenige konnten in Gewässern von einigen Metern Tiefe "überleben", weil die UV- Strahlung dort ihre Wirkung verlor. Allerdings ging Miller in seinem damaligen Experiment von falschen Voraussetzungen aus, denn die Erdatmosphäre hatte damals eine ganz andere Zusammensetzung. Dennoch ist es überraschend, wie leicht sich die Grundbausteine des Lebens herstellen lassen.

Leider weiß man bis heute nicht, wie sich die entstandenen Molekülansammlungen zu komplexen, lebensfähigen Strukturen, etwa Zellen, organisierten. Das kann man auch in Laborexperimenten nicht nachvollziehen. Jedoch vermutet man, dass die Selbstorganisation entsprechender organischer Moleküle unter geeigneten Bedingungen aufgrund allgemeiner physikalischer Gesetze eine zwangläufige Folge ist. In diesem Fall wird sich auf sehr vielen Planeten Leben entwickeln. Wenn aber die Selbstorganisation der Moleküle reiner Zufall war, ist die Wahrscheinlichkeit für belebte Planeten nur sehr gering. Jedoch kennt man heute eine Reihe komplexer organischer Moleküle, die ihre Fähigkeit zur Selbstorganisation deutlich bewiesen haben.

Eine andere Möglichkeit der Entstehung von Leben ist dadurch gegeben, dass Moleküle aus der Interstellaren Materie auf einen Planeten gelangen. Die hier vorhandenen Verbindungen, z.B. Aminosäuren, sind ebenfalls zum Aufbau von komplexen Strukturen geeignet. Auch in der Frühphase eines Planeten, in der ein reger Niedergang von Meteoriten und Kometen (die uns auch das Wasser brachten) zu erwarten ist, könnten solche Verbindungen auf die Oberfläche gelangen. Gehen sie in Gewässer nieder, ist aufgrund oben genannter Bedingungen die Bildung lebensfördender Moleküle durchaus wahrscheinlich.

Lebensformen

Welch ungeheure Vielfalt an Lebensformen die Evolution hervorbrachte, ist wohl jedem bewusst, der sich schon einmal mit der Flora oder Fauna der Erde beschäftigte. Welche grandiosen Möglichkeiten gar in der Milchstraße, oder im gesamten All bestehen, kann sich selbst unsere wildeste Fantasie nicht ausmalen. Einige Beispiele von "Lebenskünstlern", die sich extremsten Bedingungen angepasst haben, mögen diese manchmal eigentümlichen Wege der Natur verdeutlichen:

• "Eisenfresser", das sind Bakterien, die mit Vorliebe Eisen zernagen (sie sind vornehmlich für das Rosten von Eisen verantwortlich)
• Kieselalgen, ihre Zellen bestehen zu einem hohen Anteil aus Silizium
• Anaerobe Fäulnisbakterien, sie zersetzen den Schlamm in Kläranlagen und gedeihen nur unter Luftabschluss
• Tiefseefische, in 5000, ja sogar in 10 000 m Tiefe ertragen sie einen Druck, der jedes andere Lebewesen sofort zerquetschen würde
• In manchen Wüsten leben Krebse, deren Eier 1000 Jahre im trockenen, heißen Sand ausharren können und dann nach einem Regenfall wieder zum Leben erwachen

Immer wieder einmal wird auch diskutiert, ob nicht Verbindungen des Siliziums Grundlage von lebensfähigen Substanzen sein könnten. Ähnlich wie Kohlenstoff ist Silizium in der Lage, langkettige und verzweigte Wasserstoffverbindungen (Silane) oder Wasserstoff- Sauerstoff- Verbindungen (Siloxane) zu bilden, wobei in solchen Molekülen auch noch andere Elemente enthalten sein können. Diese Fähigkeit ist Voraussetzung zur Bildung hochkomplexer Moleküle, wie beispielsweise der DNS (Desoxiribonukleinsäure).

Als ein Beispiel für die Komplexität organischer Verbindungen mag in nebenstehender Abbildung das Molekül des Seidenfibroins dienen. Dargestellt ist die alpha- Helix eines alpha- Keratins, solche Verbindungen sind Bestandteile der Fasersubstanz der Kokonfäden der Seidenraupen, kommen auch in Horngeweben wie Federn, Nägeln, Hufen und Schuppen vor.

Das Silizium ist allerdings nicht in der Lage, solch hoch komplizierten Verbindungen, geschweige denn gar Ribonukleinsäuren oder das DNS- Molekül, Träger aller Erbsubstanz, zu bilden. Man kann daher höchstwahrscheinlich höhere Lebensformen auf Siliziumbasis ausschließen. Leben muss allerdings auch gar nicht auf Silizium zurück greifen, denn Kohlenstoff ist überall im Universum vorhanden und Wasser erst recht.

Extraterrestrisches Leben

Die größte Wahrscheinlichkeit auf belebte Planeten zu stoßen, wird man bei Sternen der Spektralklassen F, G und K haben. Das sind Sterne zwischen 0,5 und 1,5 Sonnenmassen, die einen recht hohen Anteil an der Gesamtzahl aller Sterne aufweisen. Innerhalb der Ökosphäre eines solchen Sterns auf einen belebten Planeten zu treffen, ist nach obigen Abschätzungen gar nicht so abwegig. Es kann allerdings in keiner Weise vorhergesagt werden, wie hoch die Anzahl der von höheren Lebensformen besiedelten Planeten sein wird.

Um nach extraterrestrischen Intelligenzen zu suchen, muss man voraussetzen, dass diese die Naturgesetze, insbesondere die physikalischen Gesetze kennen und auch anwenden. Ab einer bestimmten Entwicklungsstufe werden sie sicherlich die Kommunikation durch elektromagnetische Wellen betreiben (Funkverkehr). Möglicherweise versuchen sie sogar, sich durch gezielte Aussendungen im Radiobereich bemerkbar zu machen. Das wäre sehr sinnvoll, denn Radiowellen werden von Interstellarer Materie kaum abgeschwächt. Vielleicht handeln sie aber wie wir Menschen und kommunizieren ausschließlich untereinander, weil sie sich für den "Rest der Welt" kaum interessieren.

Seit einiger Zeit suchen Wissenschaftler den Himmel regelmäßig mit Radioteleskopen nach Signalen ab, die nicht natürlichen Ursprungs sein können (welche Vorgänge im Kosmos zur Aussendung von Radiosignalen führen, wird auf dieser Homepage ausführlich erläutert). An diesem SETI- Projekt (Search for Extraterrestrical Intelligence) kann sich jeder beteiligen, der einen Computer mit Internetanschluss besitzt. Man lädt sich ein als Bildschirmschoner ausgelegtes Auswertungsprogramm herunter, welches in den Rechnerpausen die übermittelten Daten nach genannten Signalen durchsucht. Viele tausend Menschen sind hier eingetragen, denn der erste, der die "Aliens" entdeckt, wird sicherlich in die Geschichte eingehen.

Intelligente Lebensformen werden im Laufe ihrer Entwicklung ihren Energiebedarf steigern. Dies hat beim Menschen vom Lagerfeuer bis zum Atomkraftwerk geführt. Doch ist es denkbar, dass bei weiterer Entwicklung der Energiebedarf einer Zivilisation so hoch ansteigt, dass sie zu dessen Deckung sogar einen Stern "anzapft". Man sollte daher ungewöhnliche Energieumsetzungen an kosmischen Gebilden beobachten können. Bisher wurde aber noch kein Ereignis entdeckt, das auf solch einem unnatürlichen Vorgang beruht.

Superzivilisationen

Schon im Jahr 1964 stellte der sowjetische Astrophysiker Nikolai Kardaschow eine Berechnung an, nach der man außerirdische Zivilisationen an ihrem Energieverbrauch erkennen sollte. Er ging dabei von der Überlegung aus, dass die Menschheit seinerzeit (1964) einen Energieverbrauch von rund 10¹³ Watt (10 000 Gigawatt) hatte und dieser jährlich um etwa 1% ansteigt.

Aufgrund dieser Annahme, übertragen auf andere Intelligenzen mit ähnlichem Entwicklungsstand, benötigt eine Zivilisation nach 3200 Jahren die gesamte von einem Stern abgestrahlte Leistung. Nach 5800 Jahren ist der Energiebedarf auf die Strahlungsleistung einer ganzen Galaxie angewachsen. Kardaschow teilte die extraterrestrischen Intelligenzen in 3 Klassen ein:

1. Energiebedarf einer Zivilisation, welcher der von ihrem Stern empfangen Strahlung entspricht (ca. 10¹³ Watt)
2. Dieser Typ "Superzivilisation" setzt die Gesamtleistung ihres Sterns um (ca. 10²⁶ Watt)
3. Die dritte Klasse letztendlich benötigt die Strahlungsleistung einer ganzen Galaxie (ca. 10 ³⁴ Watt)

Auch die Informationsmenge wächst stetig an. So wird sich die Anzahl zu verarbeitender Daten in 2000 Jahren um den Faktor 10⁸⁰ steigern. Würde man das in Bit ausdrücken, so wäre die Anzahl größer als die aller Atome im Universum! Eine solche Informationsflut kann nicht mehr in materiellen Speichern untergebracht werden.

Ein weiteres Merkmal einer Zivilisation ist die Bevölkerungsentwicklung: Heute benötigt jeder Mensch ca. 10 Tonnen Material pro Jahr für seinen Lebensunterhalt. Dazu zählen neben Nahrung und Kleidung auch der Materialaufwand für Energien (z.B. Heizung), Dinge des täglichen Bedarfs und Luxusartikel. Bei einem jährlichen Zuwachs von 4% würde die Menschheit in 2000 Jahren die Materie von 10 Millionen Galaxien verbrauchen!

Alle diese Berechnungen sind natürlich nur rein hypothetischer Natur und entbehren jeder reellen Grundlage. Jedoch ist es nicht von der Hand zu weisen, dass hoch entwickelte Zivilisationen tatsächlich einen extrem hohen Energiebedarf haben, den es eines Tages vielleicht zu entdecken gilt!

Bleiben wir aber zunächst auf dem Boden der Tatsachen. Immer bessere Instrumente werden es uns eines Tages ermöglichen die Atmosphären von extraterrestrischen Planeten spektralanalytisch zu untersuchen. Entdecken wir dann einen mit einem gewissen Sauerstoffanteil, sind wir fündig geworden...

Wer weiß, vielleicht stehen sie eines Tages vor unserer Tür!