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Die Exobiologie, auch Astrobiologie oder Xenobiologie genannt (altgriechische Kunstworte: ἐξωβιολογία, ἀστροβιολογία, ξενοβιολογία, jeweils Komposita aus exo- (außer-, außen-), astro- (stern-), xeno- (fremd-, auswärtig-) und -biologia (-lebenskunde)), ist eine interdisziplinäre Naturwissenschaft, welche die Möglichkeit der Entstehung und Existenz von außerirdischem Leben erforscht und sich aber auch mit der allgemeinen Frage von Leben im All beschäftigt (siehe auch: Panspermie).
Die Bezeichnung Astrobiologie stammt von dem Astronomen Otto Struve und wurde 1995 von der NASA für ihr Astrobiologisches Institut übernommen. Sie ist ursprünglich für den Zugang aus der Astronomie charakteristisch. Im englischsprachigen Bereich hat sich diese Bezeichnung aber seither weitgehend durchgesetzt. Die Bezeichnung Exobiologie wurde von dem Biologen Joshua Lederberg geprägt, und wird oft von einem biologischen Standpunkt aus benutzt.[1] Die ESA benutzt diese Bezeichnung bevorzugt und auch die NASA hat nach wie vor einen „Exobiology branch“. Eine weitere Bezeichnung, Kosmobiologie, stammt von dem Physiker John Desmond Bernal, wird aber selten benutzt. 1982 gründete die Internationale Astronomische Union (IAU) eine Forschungskommission Bio-Astronomie (Division III Commission 51 Bio-Astronomy).[2][3][4]
Nach Untersteiner (2006) ist die Exobiologie jener interdisziplinäre Wissenschaftszweig, der den Ursprung, die Verbreitung und die Evolution des Lebens im Universum untersucht. Das NASA Astrobiology Institute (NAI) definiert Astrobiologie schlicht als „Das Studium des Lebenden Universums“. Damit schließt dieser Wissenschaftsbereich auch Fragen zur weiteren Evolution des irdischen Lebens und seiner möglichen Verbreitung im Universum mit ein.
Inhaltsverzeichnis |
Die Exobiologie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die verschiedene Forschungsgebiete umfasst[5]:
Ziel dieser Forschungen ist es, Aussagen und Schlussfolgerungen über den Ursprung (chemische Evolution) und die Evolution des Lebens auf der Erde und - parallel dazu - im All zu machen und heraus zu finden, ob und auf welche Weise Leben außerhalb der Erde existiert oder existieren könnte.
Die Exobiologie zog sich heftige Kritik zu, z.B. als „Wissenschaft, die erst noch zeigen muss, dass ihr Forschungsobjekt existiert“ (George Gaylord Simpson), oder auch durch Otto Struve, der „die Zeit noch nicht reif“ für Astrobiologie fand.
Ein Problem der Exobiologie ist, dass es keine allgemein anerkannte Definition von Leben gibt. Tatsächlich gibt es zwar zahllose Versuche, Leben zu definieren, keine davon hat sich jedoch als vollständig oder auch nur befriedigend erwiesen.[6] Eine mögliche Schlussfolgerung ist, dass eine feste Trennlinie zwischen „belebt“ und „unbelebt“ gar nicht existiert.[7] Als Arbeitsdefinition wird in weiten Teilen der Exobiologie, vor allem wenn es um die direkte Suche innerhalb des Sonnensystems geht, daher von „Leben in der uns bekannten Form“ gesprochen.[8]
Ein weiteres ernstzunehmendes Problem wird von der Rare-Earth-Hypothese beschrieben.[9] Sie besagt, dass komplexes Leben auf der Erde nur durch eine außergewöhnliche und höchst unwahrscheinliche Kombination von Faktoren zustande gekommen ist, so dass eine Suche nach höher entwickeltem Leben außerhalb der Erde hoffnungslos sei. Verfechter der Exobiologie wenden gegen die Hypothese ein, dass dabei nur genau die Umstände gesucht werden, die auf der Erde zu genau unserer Form von Leben geführt hat. Es müssten aber alle Umstände berücksichtigt werden, die zu Leben führen können. Speziell die Anwendung des anthropischen Prinzips, um zu Aussagen zur Häufigkeit intelligentem Leben im Universum zu kommen, erscheint ihnen daher als unangemessen.[2]
Theoretisch könnte auch außerhalb der Erde auf anderen Planeten des Sonnensystems Leben existieren. So nimmt man in der exobiologischen Abteilung der NASA an, dass auf den Planeten Venus und Mars sowie auf einigen größeren Monden, wie denen des Jupiters - vor allem Europa, aber auch Ganymed und Kallisto - Leben existieren kann oder konnte. Eine besondere Stellung nimmt der Saturnmond Titan ein, auf dem unter einer dichten Atmosphäre aus Stickstoff und Methan Bedingungen herrschen könnten, die denen der Ur-Erde ähneln. Die lebensfreundlichsten Bedingungen im Sonnensystem außerhalb der Erde scheint nach derzeitigem Kenntnisstand allerdings der nur 500 km große Saturnmond Enceladus zu bieten.[10]
Um die Grenzen möglichen Lebens bzw. lebenstragender Umgebungen zu ermitteln, untersucht man auf der Erde extreme Umgebungen (Vulkane, Tiefsee, luftleere Räume, chemische Belastungen, Antarktis) und vergleicht diese mit den Bedingungen, die auf Planeten wie dem Mars vorherrschen.
Weiter untersuchen Exobiologen Meteoriten auf Fossilien. Dabei wurden seit 1990 in einigen vom Mars stammenden Meteoriten Spuren gefunden, die als Anzeichen einzelliger Lebewesen (ähnlich Bakterien) interpretiert wurden. Diese Interpretation ist jedoch umstritten und nicht allgemein anerkannt.
Sowohl beim innersten Planet Merkur als auch bei den weit außen liegenden Eiswelten ab Uranus wird die Möglichkeit für Leben faktisch ausgeschlossen. Auf Merkur sind die Tag- und Nachttemperaturen (und damit auch die Schwankungen) zu extrem (-180 °C bis 460 °C), auf den äußeren Planeten ist die Temperatur dauerhaft zu tief (unter -190 °C), um Leben entstehen zu lassen.
Leben, so wie wir es kennen, kann sich in einem Planetensystem nur in der Ökosphäre des jeweiligen Sterns entwickeln. Die Ökosphäre ist jener Teil der kosmischen Umgebung, in der auf Planeten oder Monden flüssiges Wasser bestehen kann, welches die Entstehung und das Überleben zumindest einfacher Organismen ermöglicht. Um die Ökosphäre eines Sterns beurteilen zu können, ist es wichtig, zu wissen, welcher Spektralklasse er angehört. Als Spektralklasse bezeichnet man ein System der Harvard-Klassifikation, nach der alle Sterne nach ihrer Oberflächentemperatur und Leuchtkraft eingruppiert werden. Das System besteht aus 7 Grundklassen, die mit den Buchstaben O, B, A, F, G, K und M bezeichnet werden. Darüber hinaus enthält die heute in der Astronomie allgemein angewandte MK-Klassifikation auch Leuchtkraftklassen, die mit den römischen Ziffern I, II, III, IV und V bezeichnet werden. I steht dabei für Überriese, II für Heller Riese, III für Normaler Riese, IV für Unterriese und V für einen Hauptreihenstern. Unsere Sonne ist nach dieser Klassifikation ein Stern der Klasse G2V. Die Ökosphäre erstreckt sich bei Klasse G Sternen je nach Unterklasse in einem Bereich von 0,6 bis 1,6 Astronomische Einheiten (AE). Für eine ausreichend stabile Ökosphäre, d.h. mit nur geringen Änderungen über mehrere Milliarden Jahre hinweg, kommen nur Sterne der Spektralklassen F-M und der Leuchtkraftklasse V in Betracht.
Es gibt auch Überlegungen zu sehr exotischen Lebensformen, die nicht auf Kohlenstoff basieren (Kohlenstoffchauvinismus), planetare Ausmaße annehmen (eine Biosphäre als „ein“ Lebewesen) oder gar im interplanetaren und interstellaren Raum leben. Diese Überlegungen werden aber meist dem Bereich der Science Fiction zugeordnet.
Die Exobiologie versucht auf drei Arten Leben außerhalb der Erde nachzuweisen.
2010 wurde das Cranfield Astrobiological Stratospheric Sampling Experiment (CASS-E) gestartet, das mit einer Ballonsonde Proben aus der Stratosphäre sammelt, die dann nach möglicherweise existierenden extraterrestrischen Mikroorganismen untersucht werden.[12]
MIT und NASA entwickeln im Rahmen des Search for Extraterrestrial Genomes Projekts ein Gerät, das sehr unterschiedliche Proben aufbereiten und darin Nukleinsäuren nachweisen kann. 2018 ist eine Verwendung auf dem Mars vorgesehen.[13] [14]
