Woher kommt intelligentes Leben?

Bildnachweis: Woods Hole Oceanographic
Viele Dinge mussten gut laufen, damit das Leben zustande kam. Wenn Sie weit zurückgehen, beginnt alles mit einem Urknall-Universum, das Raum und Zeit hervorbringt. In diesem frühen Universum hallte das Licht wider und verlangsamte seine Lebendigkeit. Die ursprünglichen Elemente verschmolzen und verdichteten sich dann zu einer ersten Generation massereicher Züchtersterne. Nach der Erwärmung auf den Begriff (durch Gravitationskompression) begann die ursprüngliche Materie in Sternkernen zu verschmelzen, und eine geringere Form von Licht bewegte sich nach außen, um ein junges und sich möglicherweise ständig erweiterndes Universum zu erwärmen und zu beleuchten.

Mehr Zeit und mehr Raum sahen viele dieser frühen blauen Sterne implodieren (nachdem sie ein sehr kurzes Leben geführt hatten). Nachfolgende Explosionen spuckten große Mengen schwererer - nicht primordialer - Atome in den Weltraum. Aus dieser reichen kosmischen Begabung bildeten sich neue Sterne - viele mit planetarischen Begleitern. Da solche Sonnen der zweiten und dritten Generation weniger massereich sind als ihre Vorfahren, brennen sie langsamer, kühler und viel, viel länger - etwas, das für die Art von gutartigen, gleichmäßigen Energieniveaus, die erforderlich sind, um organisches Leben zu ermöglichen, wesentlich ist.

Obwohl sich innerhalb weniger hundert Millionen Jahre nach dem Urknall Zuchtsterne bildeten, nahm das Leben hier auf der Erde seine Zeit in Anspruch. Unsere Sonne - ein Stern der dritten Generation mit bescheidener Masse - bildete sich etwa neun Milliarden Jahre später. Etwas mehr als eine Milliarde Jahre später entwickelten sich Lebensformen. Dabei bildeten Moleküle Moleküle zu organischen Verbindungen, die sich unter geeigneten Bedingungen zu Aminosäuren, Proteinen und Zellen zusammenschlossen. Während all dem wurde eine Schicht Komplexität zu einer anderen hinzugefügt und die Kreaturen wurden immer wahrnehmbarer für die Welt um sie herum. Schließlich - nach mehr Milliarden von Jahren - entwickelte sich eine Vision. Und das Sehen - zusätzlich zu einem subjektiven Bewusstsein - ermöglichte es dem Universum, auf sich selbst zurückzublicken.

Empirische Untersuchungen der Grundlagen des Lebens zeigen, dass eine Mischung aus ausgewählten Elementen (Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff), die nichtionisierender ultravioletter Strahlung ausgesetzt sind, Aminosäuren bildet. Aminosäuren selbst haben eine bemerkenswerte Fähigkeit, sich zu Proteinen zu verketten. Und Proteine ​​haben eine eher „proteanische“ Fähigkeit, Zellen Form und Verhalten zu verleihen. Es wird nun als durchaus möglich angesehen, dass die ersten Aminosäuren im Weltraum entstanden sind¹ - in härteren Wolken aus Ur- und Sternmaterial vor härteren Strahlungsformen geschützt. Aus diesem Grund kann das Leben ein allgegenwärtiges Phänomen sein, das nur auf bestimmte günstige Bedingungen wartet, um Wurzeln zu schlagen und in eine Vielzahl von Formen zu wachsen.

Derzeit glauben Exobiologen, dass flüssiges Wasser für die Bildung und Vermehrung von organischem Leben wesentlich ist. Wasser ist eine außergewöhnliche Substanz. Als mildes Lösungsmittel ermöglicht Wasser anderen Molekülen, sich zu dissoziieren und zu mischen. Mittlerweile ist es sehr stabil und für sichtbares Licht transparent - etwas Nützliches, wenn Biotika Energie direkt aus Sonnenlicht gewinnen sollen. Schließlich hält Wasser die Temperatur gut, leitet überschüssige Wärme durch Verdampfung ab und schwimmt beim Abkühlen, um sich als Eis zu verfestigen.

Laut dem NASA-Exobiologen Andrew Pohorille „bringt Wasser organische Moleküle zusammen und ermöglicht die Organisation in Strukturen, die letztendlich zu Zellen wurden.“ Dabei wirkt Wasser in einer beispiellosen Matrix, die es organischen Molekülen ermöglicht, selbstorganisierende Strukturen zu bilden. Andrew führt eine Eigenschaft an, die in einzigartiger Weise mit Wasser verbunden ist und die Selbstorganisation und Wachstum ermöglicht: „Der hydrophobe Effekt ist dafür verantwortlich, dass sich Wasser und Öl nicht vermischen, Seifen und Reinigungsmittel öligen Schmutz beim Waschen in Wasser und für a eine Vielzahl anderer Phänomene. Im Allgemeinen ist der hydrophobe Effekt dafür verantwortlich, unpolare (ölige) Moleküle oder Teile von Molekülen von Wasser zu trennen, so dass sie zusammenkleben können, obwohl sie nicht gebunden sind. In der Biologie sind dies genau die Wechselwirkungen, die für die Bildung membranöser Zellwände und die Faltung von Proteinen zu funktionellen Strukturen verantwortlich sind. “

Damit Wasser flüssig wird, muss es in einem relativ engen Temperatur- und Druckbereich bleiben. Aus diesem Grund werden nur einige wenige gut platzierte Planeten - und möglicherweise eine Handvoll großer Monde - mit den Bedingungen bevorzugt, die erforderlich sind, um das Leben leben zu lassen. In vielen Fällen kommt es auf eine Form von himmlischen Immobilien an - Standort, Standort, Standort…

Das frühe Leben auf der Erde war in Form und Verhalten sehr einfach. Obwohl zellulär, fehlten ihnen ein zentraler Kern (prokaryotisch) und andere Substrukturen (Organellen). Ohne einen Kern vermehrten sich solche Zellen ungeschlechtlich. Diese Anaerobier bestanden hauptsächlich aus der Erzeugung (Anabolisierung) von Methangas aus Wasserstoff und Kohlendioxid. Sie mochten Hitze - und es gab viel zu tun!

Die Tatsache, dass sich das Leben auf der Erde entwickelt hat, sollte nicht so überraschend sein, wie man denkt. Das Leben gilt heute als weitaus robuster als gedacht. Schon jetzt stoßen hydrothermale Quellen tief im Ozean fast kochendes Wasser aus. Angrenzend an solche Entlüftungsöffnungen blüht das Leben - in Form von riesigen Röhrenwürmern und Muscheln. Tief unter der Erdoberfläche finden sich mineralstoffmetabolisierende anaerobe Bakterien. Solche Bedingungen wurden während des größten Teils des 20. Jahrhunderts für unmöglich gehalten. Das Leben scheint selbst unter härtesten Bedingungen zu entstehen.

Als die Lebensformen auf unserer Welt voranschritten, entwickelten die Zellen Organellen - einige davon, indem sie weniger spezialisierte Zellen in ihre Strukturen einbauten. Der Planet kühlte ab, seine Atmosphäre wurde klarer und Sonnenlicht spielte auf die Ozeane. Es entstanden primitive Bakterien, die Energie aus Sonnenlicht als Nahrung fixierten. Einige blieben prokaryotisch, während andere einen Kern (eukaryotisch) entwickelten. Diese primitiven Bakterien erhöhten den Sauerstoffgehalt der Erdatmosphäre. All dies geschah vor etwa 2 Milliarden Jahren und war entscheidend für die Qualität und Quantität des Lebens, das derzeit den „Blauen Planeten“ bevölkert.

Ursprünglich bestand die Atmosphäre aus weniger als 1% Sauerstoff - aber mit zunehmendem Gehalt passten sich bakterienfressende Lebensformen an, um Wasser aus Sauerstoff und Wasserstoff zu synthetisieren. Dies setzt weit mehr Energie frei, als der Methanstoffwechsel kann. Die kontrollierte Synthese von Wasser war eine enorme Leistung fürs Leben. Betrachten Sie die Chemielaborexperimente der High School, in denen Wasserstoff und Sauerstoffgas kombiniert, erhitzt und dann explodieren. Primitive Lebensformen mussten lernen, mit diesem sehr flüchtigen Material weitaus sicherer umzugehen - indem sie Phosphor bei der Umwandlung von ADP in ATP und wieder zurück zur Aufgabe machten.

Später - vor ungefähr 1 Milliarde Jahren - nahmen die einfachsten mehrzelligen Kreaturen Gestalt an. Dies geschah, als Zellen für das Gemeinwohl zusammenkamen. Aber solche Kreaturen waren einfache Kolonien. Jede Zelle war vollständig in sich geschlossen und kümmerte sich um ihre eigenen Bedürfnisse. Alles, was sie brauchten, war eine ständige Exposition gegenüber der warmen Brühe der frühen Ozeane, um Nährstoffe aufzunehmen und Abfälle zu beseitigen.

Der nächste große Schritt in der Entwicklung des Lebens²
kamen als spezialisierte Zellgewebetypen entwickelt. Muskel, Nerv, Epidermis und Knorpel haben die Entwicklung der vielen komplexen Lebensformen vorangetrieben, die jetzt unseren Planeten bevölkern - von der blühenden Pflanze bis zum angehenden jungen Astronomen! Aber diese allererste organisierte Kreatur könnte ein Wurm (annelid) gewesen sein, der sich vor etwa 700 Millionen Jahren durch den Meeresschleim eingegraben hat. Ohne Augen und ein zentrales Nervensystem besaß es nur die Fähigkeit zu berühren und zu schmecken. Aber jetzt hatte das Leben die Fähigkeit, sich zu differenzieren und zu spezialisieren. Die Kreatur selbst wurde zum Ozean ...

Mit dem Aufkommen gut organisierter Kreaturen beschleunigte sich das Lebenstempo:

Mit 500 MYA entwickelten sich die ersten Wirbeltiere. Dies waren wahrscheinlich aalähnliche Kreaturen, die nicht sichtbar waren, aber empfindlich auf chemische - und möglicherweise elektrische - Veränderungen in ihrer Umgebung reagierten.

Mit 450 MYA schlossen sich die ersten Tiere (Insekten) Wurzelpflanzen an Land an.

Etwa 400 MYA kletterten die ersten Wirbeltiere aus dem Meer. Dies könnte ein Amphibienfisch gewesen sein, der sich entlang der Küste von Insekten und Pflanzen ernährt.

Mit 350 MYA tauchten die ersten „Leguan-ähnlichen“ Reptilien auf. Diese besaßen starke, harte Kiefer in einem einteiligen Schädel. Als sie größer wurden, erleichterten solche Reptilien ihre Schädel, indem sie Öffnungen hinzufügten (jenseits einfacher Augenhöhlen). Bevor Dinosaurier die Erde beherrschten, gingen ihnen Krokodile, Schildkröten und Flugsaurier (fliegende Reptilien) voraus.

Primitive Säugetiere gehen fast 220MY zurück. Die meisten dieser Kreaturen waren klein und nagetierartig. Spätere Versionen entwickelten die Plazenta - aber frühere Arten brüteten einfach intern Eier aus. Natürlich sind alle Säugetiere warmblütig und müssen deshalb unersättlich fressen, um die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten - besonders in kalten, windigen Nächten, in denen schwache Galaxien entlang des Eridanus aufgespürt werden…

Warmblüter benötigen wie Säugetiere mehr Nahrung als Reptilien - aber wie Reptilien legen sie Eier. Keine schlechte Idee für eine fliegende Kreatur! Heute fliegen Himmelsvögel (wie Cygnus der Schwan im Spätsommer und Aquila der Adler), weil echte Vögel etwa 150 MYA beflügelt haben.

Die frühesten Primaten existierten bereits während des Aussterbens der Dinosaurier. Starke Beweise stützen die Idee, dass die Dinosaurier selbst als Gruppe vorbeikamen, nachdem ein Asteroid - oder Komet - die Halbinsel Yucatan in den Vereinigten Staaten von Mexiko getroffen hatte. Nach diesem katastrophalen Ereignis sanken die Temperaturen, als ein „nichtnuklearer“ Winter abfiel. Unter solchen Bedingungen war Essen sparsam, aber Warmblut kam zur Geltung. Es dauerte jedoch nicht lange, bis eine Art von „Gigantismus“ bald eine andere ersetzte - Säugetiere selbst wuchsen zu außergewöhnlichen Größen und die größten entwickelten sich im Mutterleib des Meeres und nehmen nun die Form der großen Wale an.

Das Ende der „schrecklichen Eidechsen“ war nicht das erste Massensterben des Lebens - vier frühere Absterben waren ihm vorausgegangen. Einige Astronomen der Welt sind sich des Potenzials anderer solcher katastrophaler Einflüsse bewusst und beobachten heute erdnahe, umlaufende Trümmerstücke, die bei der Entstehung des Sonnensystems übrig geblieben sind. Die kleinsten Typen - zum Beispiel Meteore - zeigen harmlose Himmelslichtshows. Größere Meteore (Boliden) verbreiten gelegentlich „Flammen“ und verfolgen „Rauch“, wenn sie zur Erde stürzen. Größere Körper haben in kilometerlangen Wäldern Spuren natürlicher Verwüstung hinterlassen - ohne auch nur eine Spur ihres eigenen „Party Crashing“ -Materials zu hinterlassen. Aber größere Eindringlinge haben wenig solche Bescheidenheit. Ein Asteroid oder Komet mit einem Durchmesser von einem Kilometer würde für ein Bevölkerungszentrum ein absolutes Unglück bedeuten. Körper, die zehnmal so groß sind, können für massive Absterben verantwortlich sein, wie sie das Ende der Dinosaurier bedeuten.

Die Menschen gingen zuerst einige 6MYA aufrecht. Dies geschah wahrscheinlich, als der Weg zwischen Protoschimpansen und frühen Hominiden auseinander ging. Diese Divergenz folgte einem Zeitraum von zehn Millionen Jahren schneller Primatenentwicklung und verschmolz zu einem sechs Millionen Jahre alten Zyklus menschlicher Evolution. Die ersten Steinwerkzeuge wurden vor ungefähr 2 Millionen Jahren von Menschenhand gefertigt. Eine Million Jahre später wurde das Feuer von einem unternehmungslustigen Mitglied der menschlichen Spezies genutzt. Die Technologie gewann sehr langsam an Dynamik - Hunderttausende von Jahren sind vergangen, ohne dass die Werkzeuge der Stammesgesellschaften der Vergangenheit wesentlich verbessert wurden.

Der moderne Mensch entstand vor mehr als 200.000 Jahren. Etwa 125.000 Jahre später ereignete sich ein Ereignis, das die gesamte menschliche Bevölkerung des Planeten Erde auf weniger als 10.000 Individuen reduziert haben könnte. Dieses Ereignis war nicht außerirdischer Natur - die Erde selbst stieß wahrscheinlich während des Ausbruchs einer gasgeladenen Magmakammer (ähnlich der unter dem Yellowstone-Nationalpark im Westen der USA) „Feuer und Schwefel“ aus. Weitere 65.000 Jahre vergingen und die Steinzeit wich dem Zeitalter der Landwirtschaft. Vor 5000 Jahren schlossen sich die ersten Stadtstaaten in fruchtbaren Tälern zusammen, die von weit weniger gastfreundlichen Gefilden umgeben waren. Ganze Zivilisationen sind gekommen und gegangen. Jeder übergibt eine Fackel der Kultur und der sich langsam entwickelnden Technologie zum nächsten. Heute sind nur wenige Jahrhunderte vergangen, seit die ersten menschlichen Handlinsen aus Glas die menschlichen Augen auf die Dinge des Nachthimmels gerichtet haben.

Heute ermöglichen uns riesige Spiegel und Raumsonden, die weiten Bereiche des Universums zu betrachten. Wir sehen einen Kosmos dynamisch und möglicherweise aufregend mit einem Leben, das reichlicher ist, als sich irgendjemand vorstellen kann. Wie Licht und Materie kann das Leben durchaus eine grundlegende Eigenschaft des Raum-Zeit-Kontinuums sein. Das Leben könnte so universell sein wie die Gravitation - und so persönlich wie ein Abend allein mit einem Teleskop unter dem Nachthimmel…

¹ Tatsächlich wurde der hochfrequenzspektrographische Fingerabdruck von mindestens einer Aminosäure (Glycin) in riesigen Staub- und Gaswolken im interstellaren Medium (ISM) gefunden. (Siehe Aminosäure im Weltraum).

² Dass sich das Leben von weniger anspruchsvollen zu anspruchsvolleren Formen entwickelt, ist eine Frage, die nicht wissenschaftlich umstritten ist. Wie genau dieser Prozess abläuft, ist eine Frage der tiefen Spaltung in der menschlichen Gesellschaft. Astronomen müssen - im Gegensatz zu Biologen - keine bestimmte Theorie zu diesem Thema vertreten. Ob zufällige Mutation und natürliche Selektion den Prozess antreiben oder eine unsichtbare „Hand“ existiert, um solche Dinge hervorzubringen, liegt außerhalb des Bereichs der astronomischen Forschung. Astronomen interessieren sich für Strukturen, Bedingungen und Prozesse im gesamten Universum. Wenn das Leben für diese Diskussion wichtiger wird, wird die Astronomie - insbesondere die Exobiologie - mehr zu diesem Thema zu sagen haben. Allein die Tatsache, dass Astronomen der Natur erlauben können, über Themen wie eine plötzliche und sofortige „Schöpfung ex nihilo“ in Form eines Urknalls zu sprechen, zeigt, wie flexibel das astronomische Denken in Bezug auf die endgültigen Ursprünge ist.

Wissen: Mein Dank geht an den Exobiologen

Andrew Pohorille von der NASA, der mich über die große Bedeutung des hydrophoben Effekts auf die Bildung selbstorganisierender Strukturen aufklärte. Weitere Informationen zur Exobiologie finden Sie auf der offiziellen Website der NASA für das Leben durch Raum und Zeit der Exobiologie, über die ich das Glück hatte, Andrew zu kontaktieren.

Über den Autor:
Inspiriert vom Meisterwerk des frühen 20. Jahrhunderts: "Der Himmel durch Drei-, Vier- und Fünf-Zoll-Teleskope", begann Jeff Barbour im Alter von sieben Jahren mit Astronomie und Weltraumforschung. Derzeit verbringt Jeff einen Großteil seiner Zeit damit, den Himmel zu beobachten und die Website zu pflegen
Astro.Geekjoy.