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The Learnin' Corner: Wie man die Schattenbiosphäre aufspürt

Prof. Carol Cleland denkt, dass es unbekannte Lebensformen auf der Erde gibt.
7.11.12

Von Carol Cleland, Niedergeschrieben von Alex Dunbar

Illustrationen von Kamran Samimi

Carol Cleland ist Philosophieprofessorin an der University of Colorado in Boulder. Sie hat ausgiebig über die allgemeine Natur des Lebens geschrieben und im International Journal of Astrobiology und dem Astrobiology Magazine zahlreiche Artikel über die Schattenbiosphäre veröffentlicht. Genau genommen hat sie den Begriff „Schattenbiosphäre“ erst geprägt. Der Gedanke, dass die Erde möglicherweise Nachkommen einer alternativen Biogenese beherbergt, die Organismen hervorgebracht hat, die sich mit den derzeitigen Technologien nicht aufspüren lassen, ist nicht so abwegig, wie man vielleicht meint. Diese potenziellen Lebensformen würden die sogenannte Schattenbiosphäre bevölkern—unbekannte Lebensformen unbekannten Ursprungs und Aufbaus, die auf diesem Planeten seit dessen Entstehung gedeihen. Das Phänomen wird mit dem Begriff „Schatten“ beschrieben, da die einzigen Hinweise auf eine weitere existierende Biosphäre die wenigen Spuren sind, die deren potenzielle Bewohner auf ökologischen Strukturen hinterlassen, die mit dem gegenwärtigen Stand der Technik erfassbar sind. Deshalb ist die Existenz von Schattenmikroben auch so schwer nachweisbar. Unter einem Mikroskop betrachtet, erscheinen viele einfache Organismen auffallend ähnlich. Mit aufwendigeren Techniken lassen sich jedoch feinere Unterschiede erkennen. Zum Beispiel können Mikrobiologen mithilfe der Shotgun-Sequencing-Methode und Einfärbungstechniken wie DAPI weit mehr Lebensformen als bisher entdecken. Dennoch sind die Möglichkeiten dieser Instrumente noch immer sehr begrenzt. Ein weiteres Problem ist, dass wir momentan weniger als ein Prozent aller bekannten Mikroben im Labor kultivieren können und mikrobielle Kulturen extrem vielfältig sind. Wenn man bedenkt, auf welche Weise das Leben heutigen Theorien zufolge auf der Erde entstanden ist, erscheint es plausibel, dass es noch eine Vielzahl von Lebensformen zu entdecken gibt. Es gibt sehr konkrete Beweise für die Theorie, dass alles Leben auf der Erde von einem gemeinsamen Vorfahren abstammt. Die gesamte biologische Materie besteht im Grunde aus Proteinen, deren lange Stränge aus den gleichen 20 Aminosäuren bestehen, obwohl es mehr als 100 Aminosäuren gibt, die unter den richtigen Bedingungen potenziell Leben hervorgebracht haben könnten. Wir wissen außerdem, dass alles bekannte Leben auf der Erde auf den gleichen genetischen Code zurückgeht, ein Phosphatrückgrat und vier Nukleotidbasen, die die DNA und RNA bilden. Genauso klar erwiesen ist, dass Meteore auf der Erde Aminosäuren hinterlassen haben, die keine Rolle in den uns bekannten Lebensformen spielen. Genau genommen sind von den 80 Aminosäuren, die in Meteoriten identifiziert wurden, nur acht in irdischen Lebewesen vorhanden. Es ist schon erstaunlich, dass sich die Natur aus dieser riesigen Auswahl potenzieller Aminosäuren auf nur 20 beschränkt. Warum also stützt sich das Leben auf genau diese Sequenz von Zuckern, Aminosäuren und Nukleotidbasen und nicht auf andere Strukturen? Die plausibelste Erklärung scheint zu sein, dass die chemischen Voraussetzungen in der Frühzeit der Erde diese Beschränkungen diktierten: Sie haben nichts mit der generellen Natur des Lebens zu tun. Außerdem hat sich das Leben auf der Erde ziemlich schnell gebildet, sobald die richtigen Bedingungen gegeben waren. Es ist also relativ wahrscheinlich, dass die Natur schon mit verschiedenen Aminosäuren und Nukleotidbasen experimentiert hat, bevor sich die richtige Kombination ergab. Wie ich schon sagte, ist es mit den gegenwärtigen Methoden nicht möglich, Lebensformen zu erkennen, die auf anderen Kombinationen beruhen. Wir wissen aber, dass Mikroben bis vor ca. 600 bis 700 Millionen Jahren das Leben auf der Erde bestimmten, weshalb sie im gesamten Universum viel verbreiteter als mehrzellige Organismen sein dürften. Diese Spekulation stützt sich auf den Fakt, dass wir mit jedem Blick in die mikrobielle Welt neue Dinge entdecken, die wir nie für möglich gehalten haben. Es könnte sogar Mikroben alternativer Abstammungen geben, die sich mit bekannten Mikroben vermischen, aber uns fehlen die Mittel, dies herauszufinden. Die Frage, ob eine Schattenbiosphäre existiert, stellt sich in zweifacher Hinsicht. Denn, wenn es sie gibt, wissen wir immer noch nicht, wie wir unbekannte Formen mikrobiellen Lebens aufspüren können. Völlig neue—und potenziell mikroskopische—Lebensformen identifizieren zu können, wird ab dem Punkt noch wichtiger, wo die Menschheit beginnt, den Mars und andere Planeten und Monde unseres Sonnensystems nach außerirdischem Leben abzusuchen. Die gegenwärtigen Instrumente, mit denen Mikrobiologen die mikrobielle Welt untersuchen, wären niemals in der Lage, eine Lebensform zu erkennen, die von der irdischen abweicht. Und was nützen uns auch auf die Erde abgestimmte Instrumente auf einem anderen Planeten? Nicht sehr viel. Aber wie können wir dann ein Instrument konstruieren, dass Leben unbekannten Ursprungs und Aufbaus aufspürt? Wohl am besten, indem wir zunächst das Unbekannte zu Hause suchen, auf der Erde.