Dienstag, 17. März 2015

Astrobiologen identifizieren Farben möglichen außerirdischen Leben


Acht der 137 Proben von Mikroorganismen, die genutzt wurden, um die charakteristischen Farben für den Katalog zusammenzustellen. In jedem Bildteil ist oben ein herkömmliches Foto der Probe zu sehen, unten eine Mikrofotografie mit 400facher Vergrößerung. Bei der Zusammenstellung achteten die Wissenschaftler auf möglichst große Vielfalt an Farbe und Pigmentierung. | Copyright: Hegde et al. / MPIA

Heidelberg (Deutschland) - Durch die Bestimmung der "chemischen Fingerabdrücke" von 137 verschiedenen Arten von Mikroorganismen aus den unterschiedlichsten Lebensräumen, von denen einige an extreme Umweltbedingungen angepasst sind, wollen Astrobiologen zukünftig Leben auf den Oberflächen fremder Welten erkennen und nachweisen. Die jetzt vorgestellte Auswahl erlaube "eine erste vorsichtige Abschätzung der möglichen Farbenvielfalt von Lebensformen auf Exoplaneten", so die Autoren der aktuellen Studie.

Wie die Forscher um den Doktoranden Siddharth Hegde vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und Lisa Kaltenegger, Direktorin des Institute for Pale Blue Dots an der Cornell University, aktuell im Fachjournal "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America" (PNAS; DOI:
10.1073/pnas.1421237112)" berichten, handele es sich um eine neue Suchstrategie für Leben auf Exoplaneten (also Planeten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems). "Bisherige Strategien hatten sich auf indirekte Spuren von Leben konzentriert, etwa die Auswirkungen, die Leben auf die Zusammensetzung der Atmosphäre des betreffenden Planeten hat. Wird die Oberfläche eines Exoplaneten allerdings von einer bestimmten Lebensform dominiert, könnte ein direkterer Nachweis von Leben möglich sein: anhand des Lichts, das von Organismen reflektiert wird und dabei eine charakteristische Färbung annimmt."

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Wie die Pressemitteilung des MPIA erläutert, untersuchen Astronomen Planeten, indem sie das Sternenlicht auffangen, das von Atmosphäre und Oberfläche des Planeten reflektiert wird. Stehen beispielsweise Jupiter oder Venus hell leuchtend am Himmel, dann handelt es sich bei ihrem Licht um Sonnenlicht, das von diesen Planeten reflektiert wird. "Außerirdische Astronomen, die detaillierte Beobachtungen unseres Heimatplaneten vornehmen, würden feststellen, dass ein Teil des von der Erde reflektierten Lichts grün eingefärbt ist, weil es von Bäumen und anderen Pflanzen reflektiert wurde."


In diesem aus mehreren Einzelbildern zusammengesetzten Bild der NASA ist die grüne Färbung des reflektierten Sonnenlichts gut sichtbar - ein direktes Zeichen für die Anwesenheit von Pflanzen auf der Erdoberfläche. Analog gilt: Bedecken Mikroorganismen mit einer bestimmten Pigmentierung weite Teile der Oberfläche eines Exoplaneten, so könnte sich ihre Anwesenheit in ferner Zukunft direkt aufgrund von Teleskopaufnahmen der Färbung der Planetenoberfläche nachweisen lassen. | Copyright: NASA Earth Observatory

Auf die selbe Art und Weise könnte auch ein Organismus, der hinreichend große Teile einer Exoplanetenoberfläche bedeckt, direkt nachgewiesen werden, indem man die Färbung misst, die er dem reflektierten Licht aufprägt. Diese Färbung wiederum hängt von den Pigmenten ab, also den Farbstoffen, die der Organismus enthält. Die Details der Färbung lassen sich im Spektrum des Lichts nachweisen, also in der Zerlegung des Lichts in seine Regenbogenfarben. In einem solchen Spektrum hinterlassen unterschiedliche Farbstoffe unterschiedliche Intensitätsmuster - das chemische Analogon eines Fingerabdrucks, der zur Identifikation der unterschiedlichen Arten von Mikroorganismen genutzt werden kann.


Die Vielfalt der Möglichkeiten solcher chemischer Fingerabdrücke zu erkunden ist das Ziel des aktuellen Projekts der Forscher um Hegde und Kaltenegger. Hierzu taten sich die Wissenschaftler mit der Biologin Lynn Rothschild, ihrem Postdoktoranden Ivan Paulino-Lima und dem Biologen Ryan Kent zusammen, die am Ames Research Center der NASA arbeiten. Das gemeinsame Ziel: herauszufinden, welche chemischen Fingerabdrücke unterschiedlichen Mikroorganismen entsprechen, und was das für die Färbungsmöglichkeiten für die Oberflächen von Exoplaneten bedeutet.


Zu diesem Zweck stellte das Team Kulturen von 137 unterschiedlichen Arten (Spezies) von Mikroorganismen zusammen: 36 aus existierenden Sammlungen von Kulturen, 100 die Paulino-Lima zusammengestellt hatte sowie einen Organismus, den Rocco Mancinelli vom Bay Area Environmental Research Institute am Ames-Standort Mountain View isoliert hatte. "Hauptkriterium bei der Auswahl der Arten war es, eine möglichst große Vielfalt an Pigmentierungen zu bekommen: Die 137 Organismen weisen eine große Farbvielfalt auf und stammen aus ganz unterschiedlichen Lebensräumen, von der chilenischen Atacamawüste in Chile bis zu Hawaianischem Salzwasser und Holzbauten an einer Solequelle im Boone's Lick State Park in Missouri."


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Bei ihren Untersuchungen ließen die Forscher in kontrollierter Weise Licht auf jede der Kulturen fallen, maßen den chemischen Fingerabdruck des reflektierten Lichts und stellten ihre Ergebnisse in einem Online-Katalog zusammen. Der Katalog enthält Reflexionsspektren bei sichtbaren und nahinfraroten Wellenlängen von 0,35 bis 2,5 Mikrometer. Er ist der vollständigste und vielfältigste seiner Art, und der erste Katalog, der direkt im Hinblick auf die Oberflächeneigenschaften von Exoplaneten zusammengestellt wurde.

Zukünftig sollen noch weitere Proben gesammelt werden, um den Katalog so zu erweitern, dass er eine noch größere Vielfalt an Mikroorganismen erfasst. "Das Ergebnis sollte nicht nur für Astrobiologen interessant sein, sondern auch für Astronomen, die Modelle für Planetenatmosphären berechnen. Der Nachweis solcher chemischen Fingerabdrücke von Organismen auf einer Planetenoberfläche stellt allerdings selbst für die nächste Generation von Teleskopen eine beachtliche Herausforderung dar." Derzeit sei es noch nicht möglich, reflektiertes Licht eines Exoplaneten von ähnlicher Größe wie die Erde zu beobachten, da ein solcher Planet durch das Licht seines Sterns schlicht überstrahlt wird. Kaltenegger beschreibt den Nutzen der Datenbank abschließend wie folgt: "Diese Datenbank gibt uns erste Einblicke in die Vielfalt an nachweisbaren Lebensspuren auf den vielen verschiedenen Welten, die es da draußen geben könnte."


- Die Online-Datenbank "Biosignature Database" findenSie HIER


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