Warum nur wenige Planeten für Leben in Frage kommen

Damit auf einem Planeten Leben entstehen kann, braucht es gewisse chemische Elemente in ausreichenden Mengen. Auf keinen Fall fehlen d¨¹rfen Phosphor und Stickstoff. So ist Phosphor unentbehrlich f¨¹r den Aufbau der DNA und RNA, die genetische Informationen speichern und ¨¹bertragen, und f¨¹r den Energiehaushalt der Zellen. Stickstoff ist unter anderem ein unverzichtbarer Bestandteil von Proteinen, die f¨¹r den Aufbau, die Struktur und die Funktion von Zellen essenziell sind. Ohne diese beiden Elemente kann sich aus lebloser Materie kein Leben entwickeln. 

Eine Studie unter der Leitung von Craig Walton, Postdoc am Centre for Origin and Prevalence of Life der ETH Z¨¹rich, und ETH-Professorin Maria Sch?nb?chler zeigt nun, dass sich bereits w?hrend der Bildung des Planetenkerns entscheidet, ob gen¨¹gend Phosphor und Stickstoff vorhanden sind. ?Entscheidend w?hrend der Kernbildung ist, dass es genau die richtige Menge an Sauerstoff gibt, damit Phosphor und Stickstoff auf der Planetenoberfl?che bleiben?, erkl?rt Walton, der Erstautor der Studie. Auf der Erde war genau dies vor etwa 4,6 Milliarden Jahren der Fall ¨C was sie zu einem chemischen Gl¨¹cksfall im Universum macht. Diese Erkenntnis k?nnte die Suche nach Leben im Universum ver?ndern. 

Kernbildung als kosmisches Roulette  

Wenn sich Planeten formen, bestehen sie zun?chst aus geschmolzenem Gestein. In dieser Phase findet ein Sortierprozess statt: Schwere Metalle wie Eisen sinken in die Tiefe und bilden den Kern, w?hrend aus den leichteren Gesteinen der Mantel und sp?ter die Kruste wird.  

Ist w?hrend der Kernbildung zu wenig Sauerstoff vorhanden, verbindet sich Phosphor mit schweren Metallen wie Eisen und wandert in den Kern. Damit geht das Element f¨¹r die Entstehung von Leben verloren. Gibt es w?hrend der Kernbildung hingegen zu viel Sauerstoff, bleibt der Phosphor zwar im Mantel, doch Stickstoff entweicht leichter in die Atmosph?re und kann so ganz verloren gehen. 

Chemische Goldl?ckchenzone 

Walton und seine Ko-Autorinnen konnten in zahlreichen Modellierungen zeigen, dass nur in einem erstaunlich schmalen Bereich mittlerer Sauerstoffverh?ltnisse ¨C einer sogenannten chemischen Goldl?ckchenzone ¨C sowohl Phosphor als auch Stickstoff in ausreichender Menge im Mantel verbleiben.  

?Unsere Modelle machen deutlich, dass die Erde genau in diesem Bereich liegt. H?tten wir w?hrend der Kernbildung der Erde nur ein klein wenig mehr oder weniger Sauerstoff gehabt, w?re nicht genug Phosphor und Stickstoff f¨¹r die Entstehung des Lebens vorhanden gewesen?, sagt Walton.  

Die Forschenden weisen zudem nach, dass bei der Bildung anderer Planeten wie dem Mars der Sauerstoffgehalt ausserhalb dieser Goldl?ckchenzone lag. Auf dem Mars f¨¹hrte dies dazu, dass es im Mantel mehr Phosphor als auf der Erde gab, aber weniger Stickstoff, was zu schwierigen Bedingungen f¨¹r Leben, wie wir es kennen, f¨¹hrte.*

Neue Kriterien f¨¹r die Suche nach Leben 

Die neuen Erkenntnisse k?nnten ver?ndern, wonach Forschende Ausschau halten, wenn sie nach Leben im Universum suchen. Bislang lag der Fokus vor allem auf der Frage, ob ein Planet ¨¹ber Wasser verf¨¹gt. Gem?ss Walton und Sch?nb?chler greift dies jedoch zu kurz.  

Denn die verf¨¹gbare Menge an Sauerstoff w?hrend der Entstehung eines Planeten kann dazu f¨¹hren, dass viele Planeten von Anfang an chemisch ungeeignet sind, um Leben hervorzubringen, selbst wenn sie Wasser haben und von aussen betrachtet lebensfreundlich wirken. 

Suche nach ?hnlichen Sonnensystemen im Universum 

Diese chemischen Grundvoraussetzungen f¨¹r Leben k?nnen Astronomen indirekt messen, wenn sie mit grossen Teleskopen fremde Sonnensysteme beobachten. Denn wie viel Sauerstoff in einem Sonnensystem f¨¹r die Entstehung von Planeten vorhanden ist, h?ngt von der chemischen Zusammensetzung ihres Zentralsterns ab. Denn dieser pr?gt mit seinem chemischen Fingerabdruck das gesamte ihn umgebende Planetensystem, da Planeten sich vor allem aus dem Material zusammensetzen, aus dem auch der zentrale Stern besteht.   

Sonnensysteme, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung stark von unserem unterscheiden, sind daher keine guten Orte, um nach Leben im Universum zu suchen. ?Damit wird die Suche nach Leben auf anderen Planeten viel spezifischer. Wir sollten daher nach Sonnensystemen suchen, die unserer Sonne ?hnlich sind?, sagt Walton.  

* In einer fr¨¹heren Version hiess es f?lschlicherweise, dass bei der Bildung anderer Planeten wie dem Mars der Sauerstoffgehalt ausserhalb dieser Goldl?ckchenzone lag und daher in ihrem Mantel nicht gen¨¹gend Phosphor und Stickstoff verf¨¹gbar sind.