Vor 2,4 Milliarden Jahren veränderte das Great Oxidation Event die Erdatmosphäre durch Sauerstoffeinbringung und ermöglichte komplexes Leben. Doch Sauerstoff ist kein universelles Zeichen für Leben anderswo im Universum.
Forscher der University of Washington haben nun eine vielversprechende Gas-Kombination identifiziert, die die Suche nach Leben auf Exoplaneten revolutionieren könnte. Ihre Studie, veröffentlicht in Science Advances, analysiert historische Erdatmosphären, um chemische Ungleichgewichte zu finden, die auf biologische Prozesse hindeuten.
„Wenn Sie ein Außerirdischer wären, der die Erde aus der Ferne betrachtet, würde der hohe Sauerstoffgehalt sofort Leben signalisieren“, erklärt Joshua Krissansen-Totton, korrespondierender Autor und Doktorand in Earth and Space Sciences an der University of Washington. „Wir haben die Atmosphärenzusammensetzung der Erdgeschichte modelliert und geprüft, ob sie chemisch im Gleichgewicht ist. Eine ausbalancierte Atmosphäre reagiert ohne externe Energie nicht weiter.“
Die Analyse ergab: In der frühen Erdgeschichte verursachte eine Mischung aus Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2) und Wasserdampf – ohne Kohlenmonoxid (CO) – ein starkes Ungleichgewicht. Methan sollte normalerweise schnell abgebaut werden, wurde aber durch mikrobielles Leben nachproduziert. Große Methanmengen auf felsigen Planeten ohne Leben sind unwahrscheinlich. Die Kombination Methan + CO2 plus fehlendes CO gilt als starke Biosignatur.
Sauerstoff fehlte in der ersten Erdhälfte trotz Leben; der heutige hohe Gehalt entstand erst spät. „Deshalb suchen wir Alternativen und setzen nicht alles auf Sauerstoff“, betont Krissansen-Totton. „Methanproduktion ist ein simpler Prozess, der früh auf der Erde evolvierte – aus CO2 und H2 von Vulkanen.“
Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST), Nachfolger des Hubble und geplant für 2019, wird Exoplanetenatmosphären per Spektroskopie untersuchen. „Gase absorbieren Licht bei spezifischen Wellenlängen, sodass wir Zusammensetzungen präzise bestimmen können“, sagt Krissansen-Totton.
Sobald Daten vorliegen, interpretieren Astrobiologen sie mit solchen Biosignaturen. JWST wird zudem Jupiters Mond Europa und Saturns Enceladus beobachten – eisfreie Ozeane mit Geysiren könnten Leben bergen. Bis dahin warten wir gespannt auf Beweise für erdähnliche Ungleichgewichte jenseits unseres Sonnensystems.