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Sonntag, 10. Oktober 2010

Experiment belegt: Auf Saturnmond Titan könnten Bausteine des Lebens entstanden sein

Aus derartigen kleinen Partikeln, so vermuten Forscher, besteht der Dunst in der Atmosphäre des Saturnmondes Titan | Copyright: S. Hörst, arizona.edu

Tucson/ USA - In einem Laborexperiment haben US-Wissenschaftler die chemischen Prozesse innerhalb der Atmosphäre des größten Saturnmondes Titan nachgestellt und dabei zahlreiche komplexe organische Moleküle entdeckt, darunter auch Aminosäuren und nukleotide Basen und damit die wichtigsten Bausteine des Lebens auf der Erde. Umso erstaunlicher war für die Forscher die Tatsache, dass hierzu kein Wasser notwendig war, wie es bislang vielen Forschern als Grundvoraussetzung für die Entstehung von Leben galt. Zugleich steigt mit den Ergebnissen die Wahrscheinlich auf außerirdisches Leben auch im Sonnensystem.

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass selbst sehr komplexe Moleküle ohne flüssiges Wasser in den äußeren Schichten einer Atmosphäre entstehen können", erläuterte Sarah Hörst vom "Lunar and Planetary Lab" der "University of Arizona" gemeinsam mit Roger Yelle auf dem Jahrestreffen der "American Astronomical Society's Division of Planetary Sciences" in Pasadena.

Zu den im Experiment entdeckten Molekülen zählen fünf der Nukleinbasen, welche die Grundlage der irdischen Erbsubstanzvarianten DNA und RNA darstellen: Cytosin, Adenin, Thymin, Guanin und Uracil. Hinzu entdeckten die Forscher die kleinsten bekannten Aminosäuren Glycin und Alanin und damit Bausteine von Proteinen.

Die Ergebnisse der Wissenschaftler legen nicht nur nahe, dass die Titanatmosphäre ein Reservoir vorbiologischer Moleküle darstellt, wie sie sozusagen als "Sprungbrett des Lebens" wirken können, sondern liefern auch einen neuen Ansatz zur Beantwortung der Frage, wie das Leben auch auf der Erde entstanden sein könnte: Statt aus der vielzitierten "Ursuppe", könnte das irdische Leben also auch aus einem "Urnebel" in der oberen Atmosphäre entstanden sein.

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Titan selbst fasziniert und verunsichert Wissenschaftler schon seit langem gleichermaßen, handelt es sich doch um den einzigen Mond in unserem Sonnensystem mit einer dichten Atmosphäre. Diese erstreckt sich sogar wesentlich weiter ins All hinaus, als die Atmosphäre der Erde. Grund hierfür ist der Umstand, dass Titan kleiner ist als die Erde und deshalb auch eine geringere Schwerkraft die Atmosphäre anzieht. Zugleich ist die Titanatmosphäre jedoch wesentlich dichter, weswegen auf der Oberfläche des Saturnmondes ein Druck herrscht, wie in fünf Meter Wassertiefe auf der Erde.

"Zugleich ist die Titanatmosphäre jener der Erde sehr viel ähnlicher als die Atmosphären aller anderen Himmelskörper im Sonnensystem. (...) Aus diesem Grund glauben einige Forscher auch, dass auch unsere Erde einst wie der heutige Titan ausgesehen haben könnte", erläutert Hörst. "Lange Zeit wussten wir von Titan und seiner Atmosphäre kaum mehr, als dass es darin Methan und kleinere organische Moleküle gibt."

Künstlerische Rekonstruktion des Abstiegs der Huygens-Sonde (ESA) durch die dichte Titanatmosphäre (Illu.) | Copyright: ESA

Seither haben Wissenschaftler jedoch herausgefunden, dass der atmosphärischen Dunst um Titan aus Aerosolen besteht, wie sie viele Weltmetropolen als Smog einhüllen. Aerosole sind kleinste Schwebeteilchen in Form von mikroskopisch kleinsten Schneebällen. Für Planetenforscher sind diese Aerosole auf Titan deshalb so interessant, weil die aus organischen Molekülen bestehen, den potentiellen Zutaten des Lebens also.

Das Team um Hörst stellte sich nun die Frage, zu welchen chemischen Vorgängen es in der mit diesen Partikeln angefüllten Atmosphäre des Titan kommen kann, wie weit diese Vorgänge fortschreiten und ob sich aus den vorhanden Molekülen hier auch Proteine bilden können.

Um diese Vorgänge jedoch in Gang zu bringen, benötigt es auch auf Titan Energie, um die einfachen atmosphärischen Moleküle, Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid, aufspalten und ihre Fragmente zu komplexeren Komponenten wie vorbiologische Moleküle neu arrangiert zu können.

"Dieser Vorgang könnte unter keinen Umständen auf der Oberfläche des Titan stattfinden", so Hörst. "Der Dunst ist so dicht, dass der Mond in ständige Dämmerung gehüllt ist. Zudem herrschen auf der Oberfläche bei rund minus 120 Grad Celsius Temperaturen, die das wahrscheinlich vorhandene Wasser fest wie Stein werden lassen."

Die oberen Atmosphärenschichten hingegen sind ständiger ultravioletter Strahlung und geladenen Partikeln ausgesetzt, wie sie ursprünglich von der Sonne stammen und vom Magnetfeld des Saturns reflektiert werden. Beide Komponenten reichen vermutlich aus, um die notwendigen chemischen Reaktionen hier in Gang zu bringen.

Die Experimente der Forscher um Hörst basieren auf Daten der Saturnsonde "Cassini", die das Saturn-System seit 2004 erkundet und dabei auch immer wieder an Titan vorbeifliegt. Während dieser Vorbeiflüge konnten einige der kleineren Moleküle in der oberen Atmosphäre des Mondes analysiert werden. Leider sind die Cassini-Instrumente jedoch nicht in der Lage, auch jene größeren Moleküle zu untersuchen, auch welchen der atmosphärische Dunst auf Titan besteht.

Da sich die Sonde der Oberfläche von Titan nur bis auf 900 Kilometer nähern kann, ohne von dem Mond unwiederbringbar angezogen zu werden, mussten die Wissenschaftler dessen Atmosphäre im Labor simulieren. Zwar handelt es sich dabei nicht um eine exakte Kopie der Titanatmosphäre, aber die Rückschlüsse aus dem Experiment, können auf das bisherige Wissen über die Titanatmosphäre angewendet werden.

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In einer Reaktionskammer vermischten die Forscher also die bekannten Gase der Atmosphäre und setzten diese einer Mikrowellenstrahlung aus, durch die eine Gasentladung erzeugt wurde, wie sie auch eine Neonröhre zum Leuchten bringt und jene Energie simuliert, die auf die äußeren Schichten der Atmosphäre von Titan trifft.

Einige der Bestandteile der Gase wurden von den elektrischen Entladungen dazu gebracht, sich zu fester Materie zusammenzufinden - ein ähnlicher Prozess, der auch den Aerosolnebel auf Titan entstehen lässt. Zugleich sorgte die einzigartige Kammer in einem Labor in Paris dafür, dass die entstandenen Aerosole zunächst nicht gleich absanken, sondern weiterhin in einem schwebenden Zustand verblieben. Erst als sie zunehmend an Masse gewannen, fielen sie herab und konnten am Boden der Kammer eingesammelt werden.


Um die so erhalten Aerosolproben zu analysieren, nutzen die Wissenschaftler um Hörst ein hochauflösendes Massenspektrometer und konnten dabei rund 5.000 unterschiedliche vorhandene molekulare Formeln identifizieren.

"Bislang haben wir noch keine genaue Vorstellung davon, viele Moleküle sich genau in diesen und den anderen Proben befinden, aber es sind sehr viele", zeigt sich Hörst begeistert. "Wenn wir nur einmal annehmen, dass es darin mindestens drei oder vier Varianten einer jeden Sorte gibt, so sprechen wir hier von bis zu 20.0000 Molekülen, die sich in den Proben befinden. Aus diesem Grund ist es auch fast nicht mehr erstaunlich, dass sich darunter auch Nukleinbasen und die nachgewiesenen Aminosäuren befinden."

Neben den Nukleotiden, jenen Elementen des genetischen Codes allen irdischen Lebens, konnten die Forscher mehr als die Hälfte der molekularen Formeln der 22 Aminosäuren identifizieren, die das Leben zu Herstellung von Proteinen benötigt.

"Auf eine bestimmte Art und Weise ist der Nachweis von Molekülen irdischen Lebens in einem Experiment über eine außerirdische Atmosphäre doch ziemlich ironisch", kommentiert Hörst die Ergebnisse, "da die Chemie, wie sie sich in der Titanatmosphäre ereignen könnte, jener in der Atmosphäre der noch jungen Erde sehr ähnlich sein könnte, wie sie einst jenes organisches Material entstehen ließ, dass dann eventuell die Evolution des Lebens in Gang brachte."

"Derartige Prozesse", so Hörst weiter, "finden in der Erdatmosphäre nicht mehr statt, da hier große Mengen an Sauerstoff den chemischen Kreislauf unterbindet, noch bevor größere Moleküle überhaupt entstehen können. Auf der anderen Seite wird jedoch auch ein bestimmter Anteil an Sauerstoff benötigt, um biologische Moleküle entstehen zu lassen."

Die Titanatmosphäre, so die Forscherin, scheine gerade genug Sauerstoff zur Verfügung zu stellen, um das Ausgangsmaterial für biologische Moleküle entstehen zu lassen und ihre Entstehung nicht zu unterbinden.

"Es gibt viele gute Gründe, weshalb Leben auf Titan möglicherweise auf einer gänzlich anderen Chemie basiert, wie das irdische Leben", so Hörst abschließend. "Einer dieser Gründe ist der, dass es auf der Erde Wasser in flüssiger Form gibt. Jetzt wissen wir aber, dass nahezu alle Komponenten auch aus anderen Atmosphären entstehen können. Wer weiß also schon, ob sich derartige Chemie nicht auch auf Planeten außerhalb unseres Sonnensystems einstellen kann?"

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / arizona.edu
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