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Saturday, December 3, 2022

Das Genesis-Projekt: Irdisches Leben in der Galaxis verbreiten und was schiefgehen kann

genesis-projekt

Könnte die Menschheit das irdische Leben durch Raumsonden auf ferne Exoplaneten bringen, auf denen es seinen eigenen evolutionären Weg geht und auf diese Weise das Leben in der Milchstraße verbreiten? Genau diese Idee, die auf den ersten Blick nach einem etwas zu großen Gottkomplex klingt, verfolgt das Genesis-Projekt. Soviel vorweg: Es ist nicht vollkommen unrealistisch. Doch im schlimmsten Fall könnte es in einem Massensterben enden.

Rund 40 Lichtjahre von der Erde entfernt im Jahr 12.300 HE: Ein metallisches Gerät nähert sich dem Roten Zwergstern TRAPPIST-1. Durch ein Gravitationsmanöver nimmt es Kurs auf den Gesteinsplaneten TRAPPIST-1d. Es taucht in die obersten Schichten der Atmosphäre ein und fährt verschiedene Sensoren aus. Diese untersuchen die Zusammensetzung der Atmosphäre und bestätigen die Lebensfreundlichkeit des Planeten.

Plötzlich schießen tausende winziger kleiner Kapseln in die Luft und stürzen auf die Planetenoberfläche, an Bord winzige Einzeller. 200 Jahre zuvor wurde die Sonde auf der Erde gestartet mit dem Ziel der Verbreitung irdischen Lebens auf andere Welten – das Genesis-Projekt.

Unbelebte Sauerstoffplaneten für das Genesis-Projekt

Das klingt nach Science Fiction und noch ist es auch wenig mehr als eine Vision. Doch tatsächlich wird am Institut für Theoretische Physik der Goethe-Universität Frankfurt an diesem Projekt der Lebensspende für ferne Exoplaneten gearbeitet. Die Idee des sogenannten Genesis-Projekts, benannt nach der biblischen Schöpfungsgeschichte: Bewohnbare Planeten, die selbst kein Leben hervorgebracht haben, mit irdischen Organismen „kontaminieren“, um das Leben im Kosmos zu verbreiten.

Die vielversprechendsten Ziele des Genesis-Projekts sind sogenannte M-Zwerg-Sauerstoffplaneten. M-Zwerg bedeutet, dass diese Planeten einen Zwergstern der Spektralklasse M umkreisen. Das sind sehr kleine, rot leuchtende Sterne, die nur schwach strahlen, dafür aber extrem langlebig sind.

Sie können Billionen von Jahren überdauern und Lebensformen somit hunderte Male länger eine Heimat bieten als die Sonne, welche die Hälfte ihrer Lebensspanne schon hinter sich hat. Das schaffen M-Sterne durch eine fast den ganzen Stern beinhaltende Konvektionszone, der Stern wird also vollständig „durchgeknetet“ und der Kernbrennstoff sehr gleichmäßig verteilt.

Diese Strömungen sorgen aber auch für eine sehr hohe Aktivität, es kommt häufig zu Strahlungsausbrüchen, die auch mögliche Exoplaneten betreffen. Das Wasser, das vermutlich ähnlich wie auf der Erde durch Kometen auf diese Planeten kam und aufgrund der noch hohen Temperaturen zunächst als Wasserdampf in der Atmosphäre vorlag, wird durch die energiereiche Strahlung in seine Bestandteile aufgespalten, Wasserstoff und Sauerstoff.

Der leichte Sauerstoff verflüchtigt sich ins All, doch der schwerere Sauerstoff wird gehalten und reichert sich somit in der Atmosphäre an. Die primordiale (ursprüngliche) Atmosphäre dieser Planeten ist somit sehr sauerstoffreich.

Das klingt gut, für die Entstehung von Leben ist es jedoch extrem kontraproduktiv, denn als es auf der Erde zur Abiogenese, also der Zusammensetzung von Leben aus unbelebten Molekülen der Ursuppe, kam, gab es keinen Sauerstoff in der Atmosphäre – dieser würde die für Abiogenese nötigen chemischen Bedingungen vermutlich zerstören. Als der Sauerstoff auf der Erde irgendwann durch Photosynthese, also nach der Entstehung des Lebens, in die Atmosphäre kam, löste er ein Massensterben aus.

Sauerstoffplaneten um M-Zwerge könnten folglich lebensfreundliche Temperaturen, eine bereits mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre und Ozeane bieten, aber vollkommen steril sein, da Abiogenese in der schon von Beginn an sauerstoffreichen nie möglich war. Das ist doch Verschwendung…

Drei bis vier Milliarden Jahre Vorsprung

Auf der Erde entstanden die ersten Prokaryoten vor etwa 3,8 Milliarden Jahren, also relativ kurz nach der Entstehung des Planeten. Doch für den Großteil der Erdgeschichte passierte dann kaum etwas, erst vor 540 Millionen Jahren entwickelte sich in der sogenannten Kambrischen Explosion in einem sehr kurzen Zeitraum das komplexe Leben, nahezu zeitgleich traten fast alle heute existenten Tierstämme auf – praktisch der Urknall des irdischen Lebens.

Über drei Milliarden Jahre, um aus organischen Molekülen einfache Einzeller zu machen, aber nur eine halbe Milliarde Jahre, um aus diesen Einzellern dann Menschen zu machen: Es scheint, dass es ganz schnell gehen kann, wenn eine gewisse Entwicklungsstufe erst einmal erreicht ist, doch es viele Milliarden Jahre für das Erreichen dieser Stufe bräuchte – Zeitspannen, in denen einige Planeten vielleicht gar nicht durchgängig bewohnbar sind.

Auf der Erde kam die Kambrische Explosion praktisch auf den letzten Drücker, so könnte die Erdoberfläche durch die Ausdehnung der Sonne schon in 600 Millionen Jahren zu heiß für komplexes Leben werden.

Könnten wir also jene Lebensformen auf Planeten ansiedeln, welche die Erde vor Beginn der Kambrischen Explosion bevölkerten, könnten wir der Evolution auf diesen Planeten mit dem Genesis-Projekt praktisch einen Vorsprung von drei bis vier Milliarden Jahren verschaffen. Interessant für das Genesis-Projekt wären also auch Planeten mit transienter Bewohnbarkeit, die nur für geologisch kurze Zeitspannen von einigen hundert Millionen oder wenigen Milliarden Jahren bewohnbar sind. Dies könnten etwa Planeten mit zum Erliegen gekommener Plattentektonik sein.

Probleme einer Genesis-Sonde

Das Hauptproblem des Genesis-Projekts besteht darin, dass schon die nächsten dieser Planeten so unfassbar weit entfernt sind, dass heutige Raumsonden für diese Strecke viele Jahrtausende benötigen würden. Prinzipiell ist die Reisezeit nicht allzu wichtig, denn die Flugzeit der Sonde, seien es nun 50, 100 oder 1.000 Jahre spielt im Vergleich zu den riesigen Zeiträumen der Evolution sowieso keine Rolle.

Allerdings müssen die Sonde und auch die Sensoren bei der Ankunft am Ziel auch noch funktionieren. Die interstellare Sonde Voyager 1 beispielsweise funktioniert nach etwa 40 Jahren Flugzeit immer noch, allerdings sind von elf eingebauten Instrumenten nur noch drei uneingeschränkt aktiv, die anderen sind defekt, beschädigt oder wurden abgeschaltet.

Missionskritische Bestandteile müssten also mehrfach vorhanden sein, sodass ein Bauteil kaputtgehen kann, ohne dass die Mission daran scheitert. Das Genesis-Projekt könnte nicht mit chemischen Antrieben durchgeführt werden, als am wahrscheinlichsten wird derzeit ein Photonenantrieb eingeschätzt, mit dem kleine und leichte Raumsonden durch einen Laserstrahl, der auf ein dünnes Segel zielt, auf einen nennenswerten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden können. Die nächsten Sterne wären in einigen Jahrzehnten erreichbar.

Die für das Segel nötigen Materialien sind noch nicht entwickelt und auch die Laser müssen von unfassbarer Leistung sein, aber grundsätzlich enthält das Genesis-Projekt nichts, was nicht prinzipiell machbar ist. Schließlich haben wir etwas Ähnliches sogar schon einmal getan, ohne es zu wissen.

genesis-projekt: apollo 12-astronaut auf der mondoberfläche neben surveyor 3
EIN APOLLO 12-ASTRONAUT UNTERSUCHT DIE RAUMSONDE SURVEYOR 3 UNWEIT SEINES LANDEPLATZES

Die Mondsonde Surveyor 3 schleppte 11.976 HE versehentlich Streptokokken auf die Mondoberfläche ein, da sie vor dem Start nicht gründlich sterilisiert wurde. 31 Monate später landeten die Astronauten der Apollo 12 in der Nähe und brachten Teile der Sonde zurück zur Erde – die Bakterien waren noch immer lebensfähig. Dies zeigt, dass irdische Lebensformen für längere Zeit die Bedingungen des Weltraums überstehen können, selbst auf einem unwirtlichen Himmelskörper wie dem Mond.

Planetary Protection

Eine Genesis-Sonde würde eine miniaturisierte Genfabrik oder – einfacher – kryotechnisch eingefrorene Sporen beinhalten. Im ersten Fall könnten am Zielort gerichtet die geeigneten Lebensformen ausgewählt und freigesetzt werden. Fortschritte in der synthetischen Biologie könnten auch die Möglichkeit bringen, den genetischen Code, den hier auf der Erde alle Lebensformen teilen, umzuschreiben.

Alle bekannten Lebensformen verschlüsseln ihre genetischen Informationen durch die vier Basen des genetischen Codes, Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin, die immer zu dritt ein Triplett bilden, also eine Aminosäure codieren. Werden die auf 20 auf diese Weise zu bildenden Aminosäuren in der Reihenfolge aneinander gekettet, die der genetische Code festschreibt, entstehen die Proteine des Körpers, die seine Eigenschaften festlegen.

Doch prinzipiell spricht nichts dagegen, künstlich auch hunderte weitere Aminosäuren einzusetzen, den genetischen Code also umzuschreiben – bzw. spricht auf der Erde eine Menge dagegen, auf fernen Planeten sind die Risiken jedoch gering.

Anders sieht es jedoch aus, wenn der Zielplanet des Genesis-Projekts entgegen aller Vermutungen doch bewohnt sein sollte. Was genau passiert, wenn irdische Lebensformen auf ein bereits voll entwickeltes außerirdisches Ökosystem treffen, ist vor allem davon abhängig, wie gut das Immunsystem dieser Lebensformen auch vor Pathogenen anderer Planeten schützt.

Wir können nur spekulieren, doch die Evolution lässt vermuten, dass dieser Schutz gering wäre, schließlich entwickelt er sich vor allem dann, wenn die Gefahr auch real besteht – gänzlich unbekannte Lebensformen könnten demzufolge nur schwierig als Eindringlinge identifiziert werden.

Im Groben gibt es etwa zwei Möglichkeiten: Die irdischen Mikroben könnten die eukaryotischen, also komplexeren, Lebensformen der Biosphäre töten, während die einfacheren bestehen, schließlich haben sie vermutlich kürzere Vermehrungszyklen und können sich schneller anpassen. Es käme zu einem Massensterben vergleichbar mit den großen fünf Massensterben der Erdgeschichte oder dem gegenwärtigen durch uns ausgelösten sechsten.

Das wäre die bessere Option. Die dominanten Arten sterben, die einfacheren überleben, nach einer gewissen Erholungszeit ist Platz für neue Arten. Es könnte jedoch auch passieren, dass alle höher entwickelten Arten des Zielplaneten ausgerottet werden, er würde praktisch in den Zustand befördert, in dem die Erde vor der Kambrischen Explosion war.

Tsk, einfach die Biosphären von Planeten zerstören, sowas machen wir Menschen natürlich nicht. Bewohnte Planeten sind für das Genesis-Projekt tabu.

Wer eignet sich für eine Lebensspende?

Noch sind wir nicht in der Lage, die chemische Zusammensetzung der Atmosphären erdgroßer Exoplaneten zu bestimmen, um sie auf Signaturen möglicher Lebensformen zu scannen, doch diese Technologie wird mit der neuen Generation an Weltraumteleskopen verfügbar sein. So soll CHEOPS, das bereits seit 12.019 HE im All ist, genau ermitteln, welche Planeten über eine Atmosphäre verfügen und welcher Klasse sie angehören.

Der nächste Schritt ist das James Webb Telescope, es wird das Licht analysieren können, welches die Atmosphären von Gesteinsplaneten durchquert hat und so deren chemische Zusammensetzung ermitteln – sollte man etwa eine erdähnliche Kohlendioxidatmosphäre auf einem Planeten der habitablen Zone finden, kann man sich recht sicher sein, dass auf dem Planeten flüssiges Wasser existiert. Und findet man Methan oder Sauerstoff, ist dies ein Indikator für Leben.

Mit dieser bereits in wenigen Jahren verfügbaren Technologie wird die Auswahl eines möglichen Ziels für das Genesis-Projekt ein Leichtes. Im Fokus haben die Wissenschaftler*innen einen Planeten in der bewohnbaren Zone eines M-Zwergs in 12,5 Parsec Entfernung, TRAPPIST-1d, über den ich hier bereits schrieb. Doch über 80% der Sterne unserer Galaxis sind Rote Zwergsterne wie TRAPPIST-1, es könnte im Kosmos also nur so vor unbewohnten Paradiesen wimmeln.

Eine zweite Schöpfung

Wurden die Kapseln gefüllt mit Erdleben erstmal abgeschossen, beginnt auf dem Zielplaneten eine eigene Evolution, sicherlich würden sich unter den veränderten Bedingungen ganz andere Lebensformen bilden als es auf der Erde der Fall war – der Planet könnte seine eigene Kambrische Explosion durchleben.

Nun mag man fragen, wieso wir das eigentlich tun sollten?

Es ist unwahrscheinlich, dass wir auf der Erde einen direkten Nutzen vom Genesis-Projekt hätten. Natürlich könnte es sein, dass die irdischen Mikroben langfristig eine für Menschen kolonisierbare Welt schaffen könnten – doch diese wäre dann kaum erreichbar und zudem könnte es viele Jahrtausende dauern.

„Es würde uns aber ermöglichen, dem Leben etwas zurückzugeben.“ Prof. Dr. Claudius Gros, Institut für Theoretische Physik der Goethe-Universität Frankfurt

Nein, das Genesis-Projekt ist keine Frage praktischen Nutzens, es geht um etwas ganz Anderes: Unser Ego. Wir können es. Wir können Gött*innen spielen, die Schöpfer*innen des Lebens aus einem anderen Planeten werden, dem Universum etwas zurückzugeben. Fühlt sich das nicht mächtig an?

Die Grundidee des Genesis-Projekts existiert unter der Bezeichnung gerichtete Panspermie schon recht lange, ebenfalls die Vorstellung, die Menschheit selbst entstamme einem solchen biologischen Experiment. Nicht auszuschließen, dass wir, sollten wir irgendwann Leben außerhalb der Erde finden, eine genetische Verwandtschaft zu uns feststellen. Vielleicht sind wir ja alle Aliens…

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