Probleme der Astrobiologie

Astrobiologie ist - ganz grob gesagt - die Wissenschaft vom Vorhandensein von Leben im Universum. Das schließt sowohl die Voraussetzungen ud Bedingungen der Entstehung von Leben ein wie auch die Voraussetzungen und Bedingungen des Bestehens von Leben. Als Referenzobjekt dient hierbei das Leben auf der Erde, um daraus abzuleiten, unter welchen Voraussetzungen und Bedingungen Leben außerhalb der Erde enstanden und vorhanden sein könnte. Zum vertiefenden Einstieg in das Thema füge ich diesen Link ein, der das erste Kapitel des populärwissenschaftlichen Sachbuchs "Astrobiologie für Einsteiger" als pdf enthält:

beckassets.blob.core.windows.net/product...-3-527-41145-0_l.pdf

Damit dürften die Basics für eine künftige Diskussion erst mal dargestellt worden sein.
 

Lieber Plodsz!

Du hast ein Essay geschrieben!
Am WE will ich Zeit finden, den Text lesen und Gedanken äußern.
Bis dann, Grüße von Mondlicht

Kommen wir nun zu einigen Problemen, die sich aus den dargelegten Basics ergeben:

Wie ist Leben entstanden?

Über die Evolution des Lebens auf der Erde wissen wir inzwischen sehr gut Bescheid, aber über den Vorgang der Entstehung der ersten Lebewesen gibt es nach wie vor nur Hypothesen, die mehr oder minder plausibel kommuniziert werden. 

Das zu lösende Problem besteht darin, wie sich systemstabilisierende Prozesse so reproduzieren lassen, dass das System nicht destabilisiert wird. Da sich die systemstabilisierenden Prozesse über Wechselwirkungen zwischen Makromolekülen untereinander und zwischen Makromolekülen mit Substraten vollziehen, grenzt sich das Problem ein auf die Reproduktion von Makromolekülen im Kontext mit den Prozessen, in denen sie involviert sind.

 

Zum Einlesen in die Problematik der Komplexität an Voraussetzungen für das Entstehen von Makromolekülen und Protozellen füge ich diesen Link zu einem Fachartikel zur "Hot Spring Hypothese" von Bruce Damer und David Deamer bei, der meines Erachtens sehr gut geschrieben und anschaulich illustriert worden ist:

www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/ast.2019.2045

Und da wir ohnehin noch auf die Möglichkeit zu sprechen kommen werden, ob auf dem Saturnmond Enceladus hätte Leben entstehen können, auch noch diesen Artikel von den gleichen Autoren:

pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5610390/

Hallo Rainer und Plodsz!

Das ist doch sehr viel Text. Aktuell bin seit Mittwoch seit youtu. be/RC7I8urUirk mit "Politik" beschäftigt, das Thema, seine Ungeheuerlichkeit und denkbare Folgen haben mich ordentlich aufgeschreckt und verunsichert wie ganz D und EU, die wir am Katzentisch sitzen. KLAR, GEHÖRT NICHT HIERHER! Ich wollte euch nur informmieren wenn ich für drei Tage oder bis zum Ende der Verhandlungen, keine Ahnung, im dem anderen, politischen F unterwegs bin. Zumal ich dir ja, Rainer gerade gebeichtet hatte, dass ich dich im Forum vermisste.
Liebe Grüße, Mondlicht
Aufgeschoben ist nicht aufgehoben! Auch nicht was dein neues Thema betrifft, lieber Rainer.

Hallo Mondlicht,

Du hast recht - es ist wirklich viel Text geworden. Mir war es wichtig, erst mal die Grundlagen darzulegen, damit auch Fachfremde, die sich für das Thema interessieren, wissen, worum es überhaupt geht. Leider wird in den Medien oft ungenau und übertrieben berichtet, was Forschungsergebnisse diesbezüglich betrifft, so dass überzogene Erwartungen erst erzeugt und dann enttäuscht werden. Die Nachricht, dass wieder mal eine "zweite Erde" gefunden worden sein soll, lockt wahrscheinlich kaum noch jemanden hinter dem Ofen hervor - ebenso die Nachricht, dass man wieder mal neue Hinweise auf früheres Leben auf dem Mars gefunden hätte. Wie oft schon und wie oft noch ... ?

Die nächsten Postings werden kürzer sein. Ich habe vor, mich zunächst auf die Frage zu konzentrieren, ob auf Eismonden im Sonnensystem (Europa, Ganymed, Enceladus sowie Titan als Sonderfall) Leben hätte entstehen können. Dazu hatte ich gestern eine Arbeit von Damer und Deamer verlinkt, in der Argumente vorgebracht werden, warum das eher unwahrscheinlich ist. Das Wochenende kann man ja nutzen, um sich dort mal einzulesen und die Argumentation nachzuvollziehen. Vielleicht ergebennsich daraus ja Fragen oder Einwände, über die man dann hier diskutieren kann, sofern Zeit und Gelegenheit sowie Interesse vorhanden ist.

Was die aktuelle politische Lage betrifft, sollte man sich dadurch nicht absorbieren lassen. Das Leben und die Welt ist reichhaltiger als das, was sich da gerade medial in den Vordergrund drängt.

Viele Grüße und alles Gute weiterhin.

EDIT: Ich habe nun die beiden längeren Postings radikal gekürzt, um sie leichter lesbar zu machen. Danke für Dein konstruktives Feedback! 👍

Hi, Plodsz!

Ich finde ein wenig, dass du nicht bedacht zu haben scheinst, dass hier (im Forum) zwar nicht nur Wissenschaftler unterwegs sind aber alle ihr Wissen haben wie auch immer das ausschaut. Im Allgemeinen werden lange Texte (ich neige auch dazu) nicht gelesen  - zudem, du hast sicher schon gemerkt, dass nur eine Handvoll Leute schreibt - und wie bei youtube sind shorts beliebt... meine Erfahrung - Ausnahmen bestätigen die Regel.
Ich bin Pharmazeutin und interessiere mich schon immer für Naturwissenschaften querbeet, bin gut belesen und up to date bei den Themen, die mich interessieren.
Diese Textwände sind nichts für mich. Eine konkrete Frage, ein Thema, ein Problem online zu stellen wenn es noch nicht vorhanden ist, führt eher in eine Diskussion, sofern das Interesse daran besteht. Bei mir kommt hinzu, dass ich im Parallelforum dasselbe Thema einstellte, oder war es hier, keine Zeit zum überprüfen, ich bin, will ich sagen, ganz gut bewandert. Ich hoffe, dass kommt jetzt nicht arrogant rüber. Ich wollte nur einen freundlichen Hinweis abgeben.
Ganz unabhängig davon, dass ich mich ein paar Tage etwas (lese)-intensiver mit genanntem politischen Thema beschäftigen will.
Ich bin bald zurück. Ein schönes Wochenende dir, Mondlicht mit physikalischen Grüßen

Bitte entschuldige, ich hätte wohl besser eine PN schreiben sollen. Rainer? Das war es aber jetzt in Sachen off topic!
 

Plodsz schrieb:

Du hast recht - es ist wirklich viel Text geworden

Man kann Basics (Definitionen) auch in einem Spoiler verstecken.

Mondlicht2 schrieb:

Eine konkrete Frage, ein Thema, ein Problem online zu stellen wenn es noch nicht vorhanden ist, führt eher in eine Diskussion, sofern das Interesse daran besteht.


 

Dann greife ich diesen Hinweis mal auf und stelle folgendes Problem zur Diskussion:

Kann unter den Bedingungen eines subglazialen Ozeans, wie auf den Jupitermonden Europa und Ganymed sowie auf dem Saturnmond Enceladus vorhanden, Leben überhaupt entstehen, da doch das chemische Gleichgewicht bei der Polykondensation in Richtung der Ausgangsstoffe verschoben ist?

Begründung: Polykondensation verläuft stets unter Abspaltung von Wasser. Unter den Bedingungen eines permanenten Überschusses an Wasser werden Reaktionen verhindert, die Wasser produzieren und stattdessen Reaktionen gefördert, die Wasser aufnehmen. Folglich ist auf den genannten Monden nicht mit einer Entstehung von Polymeren zu rechnen, die als Makromoleküle eine unabdingbare Voraussetzung für ein lebendes System darstellen.

Folgerung: Falls auf den genannten Monden tatsächlich mikrobisches Leben vorhanden ist, kann es nicht dort entstanden sein, sondern muss dorthin gelangt sein - eventuell über Transspermie von der Erde, so unwahrscheinlich das auch sein mag.

Plodsz schrieb:

Kann unter den Bedingungen eines subglazialen Ozeans, wie auf den Jupitermonden Europa und Ganymed sowie auf dem Saturnmond Enceladus vorhanden, Leben überhaupt entstehen, da doch das chemische Gleichgewicht bei der Polykondensation in Richtung der Ausgangsstoffe verschoben ist?
...
Folgerung: Falls auf den genannten Monden tatsächlich mikrobisches Leben vorhanden ist, kann es nicht dort entstanden sein, sondern muss dorthin gelangt sein - eventuell über Transspermie von der Erde, so unwahrscheinlich das auch sein mag.

Auf der Erde wird ja auch spekuliert, dass das erste Leben unter Wasser entstanden ist. Wenn das der Fall ist, sollte das auf Enceladus ebenfalls möglich gewesen sein.

Ein Problem sehe ich bei der Hypothese Transspermie von der Erde darin, dass die Mikroben, wenn sie denn durch irgendeinen Zufall von der Erde diesen Mond lebend erreichen sollten, ja auch noch den Weg unter das Eis finden mussten. Zum anderen kenne ich keinen Prozess, der irgendwelche Teilchen von der Erde mit solch einer Energie ausstößt, dass diese sich soweit von der Sonne entfernen, dass sie die Saturnbahn erreichen. 

Auf der Erde wird ja auch spekuliert, dass das erste Leben unter Wasser entstanden ist.

Gerade das ist jedoch zweifelhaft. Auch die verschiedenen Versionen von Hydrothermalen Quellen am Meeresgrund haben hier noch keinen Durchbruch erbracht, dass es dort zu Polykondensationsreaktionen kommt, die am Ende die benötigten Makromoleküle liefern. Makromoleküle entstehen bisher nur dann, wenn es zwischendurch Austrocknungsphasen gibt - wie z.B. auf Geothermalfeldern oder in Gezeitenzonen an Meeresküsten. Beides ist jedoch auf Eismonden nicht vorhanden.

Ein Problem sehe ich bei der Hypothese Transspermie von der Erde darin, dass die Mikroben, wenn sie denn durch irgendeinen Zufall von der Erde diesen Mond lebend erreichen sollten, ja auch noch den Weg unter das Eis finden mussten. 

Na gut, auf Europa und Enceladus gibt es Brüche in der Eiskruste, über die auftreffende Gesteinsbrocken über temporäres Aufschmelzen während des Impakts in das Ozeaninnere gelangen können. Eventuell erst nach einer längeren Phase des Einfrierens, bis dann über Gezeitenwirkung ein Bruch entsteht, der Ozeanwasser an die Stelle drückt, wo sich die Mikrobenfracht befindet. Ganz unmöglich ist es nicht, aber dennoch sehr unwahrscheinlich, da stimme ich zu.

Zum anderen kenne ich keinen Prozess, der irgendwelche Teilchen von der Erde mit solch einer Energie ausstößt, dass diese sich soweit von der Sonne entfernen, dass sie die Saturnbahn erreichen 

Das ginge nur über Impaktereignisse, die heftig genug sind, um kleinere Krustenbrocken in den Erdorbit zu befördern, wo sie dann über Swing-by-Manöver in die Außenbereiche des Sonnensystems driften. Auch sehr unwahrscheinlich, aber nicht unmöglich. Irgendwo hatte ich mal eine Studie gelesen, wo das grob abgeschätzt wurde - Lithopanspermia hieß das glaube ich. Muss noch mal recherchieren ...

Hier ist der Link:  arxiv.org/abs/1311.2558

Wir haben noch in keinem Medium den Übergang von Nicht-Leben zu Leben auch nur annähernd beobachten können. Daher tappen wir hier komplett im Dunklen.

Vielleicht ist so eine Entwicklung aber auch nur möglich, wenn es eben noch keine Mikroben gibt.

Clauss schrieb:

wenn es eben noch keine Mikroben gibt.

Eine besetzte Nische ist eben keine freie Nische.

Clauss schrieb:

Wir haben noch in keinem Medium den Übergang von Nicht-Leben zu Leben auch nur annähernd beobachten können. Daher tappen wir hier komplett im Dunklen.

Na ja, nicht ganz. Immerhin kann man begründet voraussetzen, dass Makromoleküle benötigt werden, die analog zu unseren Proteinen und Nucleinsäuren aufgebaut sind (Polymer aus einer Vielzahl von kombinierbaren Monomeren). Ohne solche Funktionsmoleküle, die über Wechselwirkungen in der Lage sind, sich selbst zu reproduzieren (und damit die Reproduktion des lebenden Systems als Ganzes zu gewährleisten), geht gar nichts. Ein wichtiger Schritt in der Rekonstruktion, wie Leben einst auf der Erde entstanden ist (und abgeleitet davon, wie Leben anderswo entstehen könnte), ist daher die Erforschung der abiogen entstehenden Makromoleküle unter möglichst plausiblen Ausgangsbedingungen.

Vielleicht ist so eine Entwicklung aber auch nur möglich, wenn es eben noch keine Mikroben gibt. 

Das ist ja der Ansatz bei solchen Forschungen. Sind erst mal lebende Systeme vorhanden, die sich vervielfältigen und nachfolgend evolvieren können, werden sukzessive alle verfügbaren Nischen besetzt, die potentiell in der Lage wären, weitere Neuentstehungen von Lebewesen zu ermöglichen. Aus diesem Grund entstehen heute auf der Erde ebenfalls nirgends neue Lebewesen aus abiogenen Vorstufen, da eventuell anfallende Monomere keine Chance haben, sich anzureichern, weil sie von vorhandenen Mikroben als Nahrung verwertet werden.

Plodsz schrieb:

Clauss schrieb:

Wir haben noch in keinem Medium den Übergang von Nicht-Leben zu Leben auch nur annähernd beobachten können. Daher tappen wir hier komplett im Dunklen.

Na ja, nicht ganz. Immerhin kann man begründet voraussetzen, dass Makromoleküle benötigt werden, die analog zu unseren Proteinen und Nucleinsäuren aufgebaut sind (Polymer aus einer Vielzahl von kombinierbaren Monomeren). Ohne solche Funktionsmoleküle, die über Wechselwirkungen in der Lage sind, sich selbst zu reproduzieren (und damit die Reproduktion des lebenden Systems als Ganzes zu gewährleisten), geht gar nichts. Ein wichtiger Schritt in der Rekonstruktion, wie Leben einst auf der Erde entstanden ist (und abgeleitet davon, wie Leben anderswo entstehen könnte), ist daher die Erforschung der abiogen entstehenden Makromoleküle unter möglichst plausiblen Ausgangsbedingungen.

Das sehe ich ein, ohne Makromoleküle geht nichts. Ihre Existenz ist aber auch kein sicherer Hinweis, dass sich die Lebenserstehung an genau der Stelle ereignet hat. Daher tappen wir diesbezüglich noch völlig im Dunklen. Wir kennen weder Ort noch Mechanismus - und ich wage die Vorhersage, dass wir das nie in Erfahrung bringen können werden.

Ihre Existenz ist aber auch kein sicherer Hinweis, dass sich die Lebenserstehung an genau der Stelle ereignet hat.

Das ist richtig, aber es ist wahrscheinlicher, dass sich die Lebensentstehung in unmittelbarer Nähe zu diesem Ort ereignet hat, statt an einem anderen entfernteren Ort, wo diese Makromoleküle zuvor erst hingelangen und sich dort zu einem Reaktionsnetzwerk hätten aufkonzentrieren und organisieren müssen, bevor es dann zur Lebensentstehung kam. Zudem hätte der Zustrom dorthin kontinuierlich erfolgen müssen, da vor Ort ja keinerlei Synthesen dieser Makromoleküle stattgefunden hätten. Von daher ist es plausibler, davon auszugehen, dass Leben dort entsteht, wo auch eine Quelle für Makromoleküle vorhanden ist.

Wir kennen weder Ort noch Mechanismus - und ich wage die Vorhersage, dass wir das nie in Erfahrung bringen können werden. 

Auch hier stimme ich zu, was den Erkenntniszugang zum konkreten Ort und Mechanismus der Lebensentstehung betrifft. Nimmt man das Beispiel der Lebensentstehung auf der Erde als Referenz, unterscheiden sich die Eismonde bereits von den fundamentalen Voraussetzungen erheblich von der Erde, was das Vorhandensein von Festländern, Meeresküsten und oberirdischen Vulkanismus betrifft. Einzige vergleichbare Bedingungen finden sich in den submarinen Hydrothermalquellen (Schwarze Raucher und Weiße Raucher bzw. Black Smoker und Lost City Systeme), auf denen die verschiedenen Vent-Hypothesen beruhen. Allerdings haben diese Hypothesen eben ihre Schwierigkeiten, was das Überangebot von Wasser betrifft.

Ich suche demnächst mal nach einigen Fachartikeln dazu und verlinke sie hier, um eine Vorstellung von den Problematiken zu bekommen, die mit diesen Hypothesen verbunden sind.

EDIT: Dieser Artikel  bietet einen guten Überblick.