05.08.2002

ASTROBIOLOGIEZeugung aus dem All

Regnen täglich außerirdische Mikroben auf die Erde herab? Entstand das Leben einst aus Kometenbrühe? Neue Experimente zeigen: Bakteriensporen können jahrtausendelang im Weltraum überdauern. Und die Grundbausteine des Lebens bilden sich sogar unter extremen Bedingungen fast von selbst.
Die brisante Fracht kommt aus den Tiefen des Weltalls. An einem Fallschirm segelt die luftdicht versiegelte Kapsel herab.
Die Landestelle in der Wüste von Utah ist mit Bedacht gewählt: Die nächste Siedlung liegt meilenweit entfernt.
Sofort nach dem Aufprall bergen Nasa-Experten die Weltraum-Post. Unter Polizeischutz geht's zum Johnson Space Center im texanischen Houston. Erst im Hochsicherheitslabor wird der hermetisch verschlossene Container geöffnet. Die Astrobiologen tragen Schutzanzüge wie sonst nur bei Experimenten mit Killer-Viren.
Die heikle Untersuchung ist für Januar 2006 geplant. Zuvor soll die Raumsonde "Stardust" durch den Schweif des Kometen "Wild 2" rasen, dabei ein paar Gramm Kometenstaub aufsammeln und diesen dann zur Erde befördern.
Mit den strengen Sicherheitsmaßnahmen will die US-Weltraumbehörde vor allem eines verhindern: die unkontrollierte Verbreitung außerirdischer Mikroben.
Bislang tauchten gefährliche Alien-Bazillen nur in Katastrophenfilmen auf. Doch inzwischen halten Wissenschaftler eine Kontamination aus dem All nicht mehr für ausgeschlossen. Mikroben könnten im Universum weiter verbreitet sein als bislang angenommen.
Mehr und mehr stellt sich heraus, dass so günstige Bedingungen wie auf der Erde gar nicht erforderlich sind, um das Lebensgebräu anzurühren oder um das Überleben primitiver Organismen zu gewährleisten. Offenbar ist das Leben viel anpassungsfähiger als vermutet:
* Selbst in der Eiseskälte des Weltraums entstehen Aminosäuren, die Bausteine allen Lebens, fast von selbst. Diese Beobachtung gelang kürzlich Max-Planck-Forschern, als sie im Labor die unwirtlichen Bedingungen simulierten, wie sie auf Kometen herrschen.
* In den letzten Jahren wurden Bakterien entdeckt, die extreme Bedingungen überstehen: kilometertief unter der Erde, in kochenden Geysiren oder im Eispanzer am Südpol. Auch auf dem Mars, folgern Forscher deshalb, könnten unbekannte Mikroorganismen existieren - und zwar knapp unterhalb der sterilen Planetenoberfläche, wo sie vor der UV-Strahlung geschützt sind.
* Deutsche Forscher haben erstmals Bakteriensporen im Weltraum ausgesetzt - sogar diese mörderische Tortur haben einige der Mikroben tagelang überlebt.
"Das war eine Riesenüberraschung", erklärt die Mikrobiologin Gerda Horneck vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln, Leiterin der Sporenversuche. "Wir dachten: Im Weltraum ist es so toxisch, da überlebt rein gar nichts - aber die von uns getesteten Heubazillen erwiesen sich als ungeheuer zähe Burschen."
Für das Experiment nutzte Horneck einen russischen "Foton"-Forschungssatelliten, der auf einer unregelmäßigen Bahn um die Erde torkelte. In kochtopfähnlichen Behältern, die an der Außenhülle des Satelliten angebracht waren, befanden sich präparierte Sporen-Proben. Während des Flugs wurden die Deckel, per Funkbefehl, aufgeklappt - und die Mikroben zwei Wochen lang dem Weltraum ausgesetzt. Danach stürzte der "Foton"-Satellit mit den Sporen-Töpfen zurück auf die Erde.
Bei der Untersuchung im Labor machten die Forscher später eine erstaunliche Entdeckung: Selbst von jenen Sporen, die vollkommen ungeschützt durchs All geflogen waren, hatte ein kleiner Teil überlebt. "Einige der Biester sind einfach nicht totzukriegen", erzählt Horneck. "Und wir wissen nicht, warum."
Die extreme Weltraumkälte und das vollkommene Vakuum machten den Mikroben rein gar nichts aus. Nur die UV-Strahlung der Sonne vertrugen sie schlecht. Schon eine dünne UV-Schutzschicht aus Staub und Sand reichte aber aus, um die Überlebensrate drastisch zu erhöhen.
"Ein sensationelles Ergebnis erzielten wir mit einem von uns angefertigten künstlichen Meteoriten", berichtet die Kölner Mikrobiologin. "In diesen erbsengroßen Dreckklumpen überlebten nahezu 100 Prozent aller Sporen den Weltraumflug - das hat uns fast umgehauen."
Aus ihren Messdaten haben die Kölner Astrobiologen hochgerechnet, wie gut ein echter Meteorit die kosmische Strahlung abblockt. Das Ergebnis: Schon ein zwei Meter großer Gesteinsbrocken, der durchs Weltall taumelt, könnte Bakteriensporen in seinem Innern bis zu einer Million Jahre vor der kosmischen Strahlung schützen.
Doch könnten Mikroben überhaupt eine so lange Zeit ohne Nährstoffe und Wasser auskommen? Für manche Bakterien ist dies kein Problem. Bei Nährstoffmangel fallen sie in eine Art Tiefschlaf: Sie verwandeln sich in Sporen. Eine dicke, harte Kapsel entsteht. Nur im Innern bleibt eine kleine Zelle übrig. Darin ist das Bakterien-Erbgut perfekt konserviert.
In den Sporen, die aussehen wie Miniatur-Kinderrasseln, findet keinerlei Stoffwechsel mehr statt. Erst wenn irgendwann die passenden Nährsubstanzen durch die Schale eindringen, öffnet sich die biochemische Büchse - und die Mikrobe erwacht wieder zum Leben.
In ihrem Sporen-Grab können die Mikroben Äonen überdauern. Manche Biologen vermuten sogar, dass diese Organismen im Prinzip unsterblich sind.
Für Aufsehen sorgte vor wenigen Jahren ein Fund aus grauer Vorzeit. Als der US-Biologe Raúl Cano eine vor Urzeiten in Bernstein konservierte Biene untersuchte, stieß er in ihrem Darm auf intakt gebliebene Bakteriensporen. Der Forscher legte diese in eine Nährlösung. Kurz darauf erwachten die Mikroben aus ihrem Tiefschlaf - über 25 Millionen Jahre, nachdem ihr Wirtsinsekt im Baumharz verendet war.
Cano versicherte, er habe den Bernstein aufwendig sterilisiert, bevor er das Insekt herausoperierte: Eine Verseuchung mit neuzeitlichen Keimen sei ausgeschlossen. Eine DNS-Analyse der Bakterien ergab, dass es sich offenbar wirklich um uralte Exemplare handelte.
Ist es also tatsächlich möglich, dass Bakterien als blinde Passagiere von Asteroiden und Kometen durch die Galaxis reisen? Sind Mikroben fremder Planetensysteme vielleicht schon längst bei uns eingetroffen?
"Das ist schon deshalb unwahrscheinlich", urteilt Horneck, "weil wir noch niemals einen Himmelskörper bei uns entdeckt haben, der aus einem anderen Sonnensystem stammte." Kein Wunder: Nur extrem selten passiert es, dass ein Asteroid oder Komet aus dem Anziehungsfeld des eigenen Sterns entkommt.
Ganz anders verhält es sich innerhalb des Sonnensystems: Zwischen den Planeten gibt es einen ständigen Austausch von Materie. So regneten nach neueren Schätzungen bislang allein 50 Millionen Meteoriten auf die Erde herab, die vom Mars stammten. Bei Asteroideneinschlägen in der Frühzeit des Sonnensystems waren die Gesteinsbrocken von dem roten Nachbarplaneten abgesplittert, taumelten jahrtausendelang oder gar jahrmillionenlang durchs All - bis sie schließlich in den Sog der Erdanziehungskraft gerieten und herabfielen.
Enthielten zumindest ein paar dieser Meteoriten tatsächlich Bakterien vom Mars, könnten diese den Absturz durchaus überstanden haben. "Wir haben das getestet", erklärt Horneck. Mit gewaltiger Wucht ließ die Forscherin eine Metallplatte auf eine Sporenprobe niedersausen.
Beim Aufschlag entstanden Schockwellen, die Probe heizte sich auf 500 Grad auf. Horneck: "Alles war verkohlt, die Sporen schwarz gefärbt - und trotzdem haben Tausende überlebt."
Astrobiologen der Nasa suchen längst fieberhaft nach Lebensspuren in den abgestürzten Mars-Meteoriten. Schon vor sechs Jahren hatten Nasa-Forscher auf einer weltweit übertragenen Pressekonferenz eine vermeintliche Sensation präsentiert: In einem in der antarktischen Eiswüste entdeckten Mars-Meteoriten seien versteinerte Bakterien gefunden worden - die ersten Spuren von außerirdischem Leben.
Doch die Fachwelt reagierte skeptisch. Die Überreste, so der Einwand, könnten auch von irdischen Mikroben stammen, die in den herabgestürzten Gesteinsbrocken eingedrungen seien. "Leider lässt sich die Frage nur schwer entscheiden, weil man eine Kontamination nie ausschließen kann", sagt Horneck. "Die Viecher kriechen ja in jedes Gestein hinein."
Erst eine Untersuchung auf dem Mars selbst könnte den Beweis erbringen, dass es auf dem Wüstenplaneten früher einmal primitive Lebensformen gab - oder heute sogar noch gibt.
Bereits im kommenden Jahr will die europäische Raumfahrtagentur Esa deshalb ihren "Mars Express" auf die Reise zur Wüstenwelt schicken. Erreicht das Landeschiff heil die Planetenoberfläche, soll sich der Roboter-Maulwurf "Pluto" bis zu eineinhalb Meter tief in den Boden bohren und Proben entnehmen. Diese könnten dann noch vor Ort analysiert werden.
"Wenn jemals einfache Organismen auf dem Mars entstanden sind", ist Horneck überzeugt, "dann werden sie sich in Nischen verkrochen haben, wo sie bis heute überleben konnten."
Auf dem Mars war früher alles besser. Weite Teile der heute ausgetrockneten Wüstenwelt waren von einem Urozean bedeckt. Mächtige Vulkane spien Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Luft. Überall brodelten heiße Quellen. Beste Voraussetzungen für einen zweiten Garten Eden?
Gut möglich. Neue Experimente deuten darauf hin, dass sogar weit weniger Zutaten nötig sind, um das Lebensgebräu anzurühren. Zumindest wichtige organische Moleküle können sich offenbar selbst in der eisigen Ödnis des Weltraums bilden.
"Unsere Versuche haben ergeben, dass die Grundbausteine des Lebens fast überall im Universum entstehen können", berichtet Helmut Rosenbauer vom Max-Planck-Institut für Aeronomie. "Man braucht dafür noch nicht einmal einen Planeten mit flüssigem Wasser - diese neue Erkenntnis ist wirklich sehr aufregend."
In einem Laborexperiment hat Rosenbauer mit einem internationalen Team die Bedingungen im Weltraum nachgestellt: Die Forscher pumpten Methan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Ammoniak und Wasser in ein Reaktionsgefäß. All diese einfache Substanzen kommen auch in interstellaren Wolken oder auf Kometen vor.
Dann kühlten die Forscher den Cocktail bis minus 260 Grad Celsius ab - nur wenige Grad über dem absoluten Temperaturnullpunkt. Rosenbauer: "Normalerweise kommen in dieser Eiseskälte alle chemischen Prozesse zum Erliegen."
Bemerkenswertes vollzog sich dann, als die Astrophysiker ihre Ursuppe mit hartem UV-Licht beschossen, wie es Sonnen abstrahlen. Innerhalb weniger Stunden entstand nun ein unscheinbarer gelber Niederschlag. Doch der hatte es in sich: Bei einer Analyse fanden sich darin 16 verschiedene Aminosäuren - die Schlüsselmoleküle für sämtliches Leben auf der Erde.
"Unsere Experimente sprechen dafür, dass herabstürzende Kometen und Asteroiden gebrauchsfertige organische Moleküle auf die urzeitliche Erde brachten", erklärt Rosenbauer.
Liegt die Keimzelle des Lebens folglich in den Weiten des Weltalls? Entstanden Mikroben, Maulwürfe und Menschen letztlich aus Kometenbrühe?
Eine solche Zeugung aus dem All könnte ein Rätsel lösen helfen, das den Wissenschaftlern bis heute Kopfzerbrechen bereitet. Am Anfang war die Erde alles andere als lebensfreundlich. Ständig stürzten riesige Meteoriten in den Urozean und brachten ihn zum Kochen. Einige Einschläge waren so heftig, dass sie den jungen Planeten zu zerreißen drohten.
Über Hunderte von Jahrmillionen war die Erde eine brodelnde Hölle. Doch als sie endlich bewohnbar wurde, dauerte es nur wenige Millionen Jahre, bis sich tatsächlich die ersten primitiven Organismen ausbreiteten. Dies ergibt sich aus (allerdings umstrittenen) Funden versteinerter Bakterien, die in Australien aufgetaucht sind.
"Ein so schmales Zeitfenster ist nur dadurch zu erklären", glaubt der Bonner Astronom Karl Menten, "dass außerirdische präbiotische Moleküle den ersten Schritt für die Entstehung des Lebens ermöglichten."
Ironie der Schöpfungsgeschichte: Ausgerechnet jene Himmelskörper, die jahrtausendelang als Unglücksbringer galten, erweisen sich nun womöglich als Lebensspender.
Wenn ein Komet am Himmel erschien, erzitterte früher das Volk. Die Dünste des Schweifs verseuchten angeblich das Brunnenwasser und ließen die Felder verdorren. Beim Auftauchen eines Kometen, so besagt die Überlieferung, lösten sich Männer und Frauen einfach in Luft auf.
Bestätigt fühlen sich durch die neuen Erkenntnisse die Anhänger der "Panspermie"-Theorie. Schon in den siebziger Jahren postulierten der (inzwischen verstorbene) britische Astronom Fred Hoyle und sein sri-lankischer Kollege Chandra Wickramasinghe, dass das Leben sich mit Hilfe von Sporen über das gesamte Universum ausbreitet. Huckepack reisten Mikroorganismen mit Asteroiden und Kometen durchs All und befruchteten während ihres Flugs die Planeten.
Wickramasinghe glaubt nun, in der Erdatmosphäre erstmals Spuren solcher interstellaren Saatkörner gefunden zu haben. Im vorigen Jahr ließ der Astronom mit seinem Team einen Forschungsballon bis in die obere Stratosphäre aufsteigen. Per Funkfernsteuerung entnahmen die Wissenschaftler dann Luftproben und verstauten sie in einem sterilen Container. Dann ließen sie den Ballon wieder auf die Erde plumpsen.
Bei der Untersuchung im Labor entdeckten die Forscher in dem Container lebhaftes Gewusel: Mikroben aller Art. "Wir haben den eindeutigen Beweis dafür", sagt Wickramasinghe, "dass Klumpen lebender Zellen in 41 Kilometer Höhe vorkommen."
Jetzt fragen sich die Gelehrten, wo die Mikroben herkommen. Die meisten Forscher mögen nicht ausschließen, dass es sich um irdische Bakterien handelt, die von bislang unbekannten Luftströmungen in solche Höhen gepustet wurden.
Wickramasinghe hält ein solches Szenario für ausgeschlossen. Viel wahrscheinlicher sei es, dass die Mikroben aus dem Weltall stammen. Auch wie viele außerirdische Bakterien jeden Tag auf die Erde regnen, hat der Professor schon ausgerechnet: über 300 Kilogramm. OLAF STAMPF
Von Olaf Stampf

DER SPIEGEL 32/2002
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