In der neuen Nature-Studie [externer Link] der ETH Zürich sowie der Universitäten von Cambridge und Groningen werden die Elemente Phosphor und Stickstoff als entscheidender eingeschätzt, dass auf einem Planeten Leben entstehen kann, als Wasser. Craig Walton, der maßgeblich an der Studie beteiligt war, bestätigt zwar, dass flüssiges Wasser die Voraussetzung ist für „das Leben, das wir kennen. Aber das reicht nicht. Man braucht auch Schlüsselelemente wie Phosphor und Stickstoff“. Wenn ein Planet zwar Wasser besitzt, aber nicht ausreichend Phosphor oder Stickstoff, könnte er trotzdem ohne Leben sein.
Wichtig für außerirdisches Leben: Elemente Phosphor und Stickstoff
Phosphor sei essenziell für den Energiehaushalt der Zellen und für die Bildung der DNA, begründet Walton die Wahl der Elemente als Schlüsselfaktoren. Und ohne Stickstoff könnten keine Proteine gebildet werden.
Zusammen mit einem Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat er mittels Modellberechnungen herausgefunden, welche Bedingungen ein Planet benötigt, damit die beiden Elemente in ausreichender Menge auf seiner Oberfläche vorhanden sind.
Bildung des Planetenkerns bereits entscheidend
Wenn sich Planeten bilden, bestehen sie zunächst aus geschmolzenem Gestein. In dieser Phase werden die Elemente sortiert: Schweres sinkt in Richtung Kern, Leichtes bleibt oben an der Oberfläche.
Dabei spielt Sauerstoff eine zentrale Rolle: Gibt es zu wenig davon, bindet sich Phosphor an schwere Elemente wie Eisen und sinkt zum Kern. Gibt es zu viel Sauerstoff, bleibt der Phosphor zwar in oberen Planetenschichten, aber der Stickstoff entweicht in die Atmosphäre und kann ganz verloren gehen.
„Kosmisches Roulette“ entscheidet über die passenden Lebensbedingungen auf Planeten
Nur, wenn ein Planet auch in seiner Entstehungsphase über die richtige Menge Sauerstoff verfügt, ist laut der neuen Studie Leben möglich. Das ist wie „kosmisches Roulette“, so Walton, bei dem nur ganz wenige Planeten die Gewinner sind: „Es ist etwas unheimlich, wenn man sich vorstellt, man findet einen Planeten mit Wasser, fliegt mit einer Rakete dorthin, findet Wasser, aber keinen Phosphor. Dann heißt es ‚Game Over‘.“ Das würde dann auch eine Besiedelung des Mars vor neue Herausforderungen stellen.
Erde ist seltener Glücksfall
In der Phase, als die Erde sich zum Planeten formte, hatte sie offenbar diese richtige Menge Sauerstoff. Es ist ein „sehr kleines Fenster“, so Walton, „in dem die Erde in Bezug auf den Sauerstoffgehalt liegt, dass bei der Kernbildung gerade genug Phosphor für das Leben an der Oberfläche bleibt.“
Das könnte die Art und Weise verändern, wie lebensfreundliche Exoplaneten gesucht werden. Bislang lag flüssiges Wasser im Fokus. Craig Walton plädiert dafür, auch den Sauerstoff in den Blick zu nehmen. Zusammen mit der beobachtbaren Entfernung des Planeten zu seinem Stern und der chemischen Zusammensetzung des Sterns könne man dann auch die Chemie des Planeten ableiten und „die Bewohnbarkeit ziemlich gut abschätzen“.
Neue Erkenntnisse hilfreich für Suche nach erdähnlichen Exoplaneten
Der Astrophysiker Til Birnstiel von der Ludwig-Maximilians-Universität München hält die Studie für hilfreich, um künftige Kandidaten für einen erdähnlichen Exoplaneten besser zu bestimmen. Man könne sich auch bereits Atmosphären von Planeten erstaunlich gut anschauen und dort vieles messen, so Birnstiel, „aber es geht ja um die Phase, wo sich der Kern des Planeten gebildet hat. Wenn man dann zu dem quasi fertigen Produkt geht, dem abgekühlten Planeten hinterher, wie jetzt zum Beispiel unserer Erde, dann sieht die Situation ja ganz anders aus, weil da ist die Atmosphäre auch durch andere Prozesse beeinflusst.“
Der Sauerstoff in der Erdatmosphäre wurde zum Beispiel durch Photosynthese von bereits vorhandenem Leben gebildet.
Es könnte sich dennoch herausstellen, dass die Erde „der einzige bewohnte oder bewohnbare Planet in der Galaxis ist“, meint Craig Walton. Denn schon eine geringe Abweichung, sogar im selben Sonnensystem, reicht offenbar, um eine Welt unbewohnbar zu machen. Das zeige sich am Beispiel des Mars. Und selbst, wenn es einen bewohnbaren Exoplaneten gibt, mahnt Walton: „Wir können nicht einfach ins nächste Sternsystem fliegen. Deswegen müssen wir gut auf die Erde aufpassen.“
