Zusammenfassung:
Eine neue Studie legt nahe, dass die Entwicklung komplexer Lebensformen auf Exoplaneten nicht nur davon abhängt, wie lange der Planet schon existiert, sondern auch davon, wie viel Photosyntheseenergie er im Laufe seiner langen Geschichte angesammelt hat. Das Forschungsteam analysierte 29 Exoplaneten in der Nähe des Sonnensystems, die möglicherweise flüssiges Wasser enthalten, und ging davon aus, dass sich nur zwei von ihnen möglicherweise über das aktuelle Entwicklungsstadium der Erde hinaus entwickelt haben und die anderen drei möglicherweise eine Periode erreicht haben, die dem Mesozoikum und dem Leben der Dinosaurier auf der Erde ähnelt. Auf dieser Grundlage glauben Forscher, dass die Wahrscheinlichkeit, dass hochentwickelte außerirdische Zivilisationen in der Nähe der Erde auftauchen, gering ist, sie haben ihre Existenz jedoch nicht ausgeschlossen.
Die Forschung wurde von Chris Doughty, Professor für ökologische Informatik an der Northern Arizona University, geleitet und im International Journal of Astrobiology veröffentlicht. Das Team betrachtet die Photosynthese als eine „Uhr“, die die Entwicklung des Lebens auf dem Planeten misst: Die Photosynthese wandelt Licht in chemische Energie um. Je kräftiger das Pflanzenwachstum, desto mehr Energie und ökologischer Raum kann den Tieren zur Verfügung gestellt werden. Daher könnte sich auf einem jüngeren, aber wärmeren und feuchteren Planeten mehr Leben entwickelt haben als auf einem älteren, aber kälteren und trockeneren Planeten.
Die Forscher verwendeten die Kohlenstoffbindung der Erde als Referenz. In den 3,2 Milliarden Jahren vor der Entstehung leistungsfähiger Gefäßpflanzen hat die Photosynthese der Erde eine Gesamtmenge von etwa 2,4×10²⁵g Kohlenstoff fixiert. Nach der Entstehung der Gefäßpflanzen und vor der Evolution des Menschen wurden zusätzlich 7×10²⁵g Kohlenstoff fixiert. Gefäßpflanzen verfügen über spezielle Gewebe für den Transport von Wasser und Nährstoffen. Das Forschungsteam nutzte dies, um das historische Niveau der Photosynthese auf der Erde mit dem auf anderen Planeten möglichen Niveau zu vergleichen.
Rote Zwerge sind die häufigsten Sterne in der Milchstraße und die Planeten um sie herum gelten als eines der potenziellen Ziele für die Suche nach Leben. Viele Planeten befinden sich jedoch in einem gezeitengebundenen Zustand, wobei immer dieselbe Seite dem Stern zugewandt ist und die andere Seite vom Stern abgewandt ist. Der Co-Autor der Studie, Michael Govanlock, außerordentlicher Professor an der Northern Arizona University, wies darauf hin, dass, wenn auf diesen Planeten photosynthetisches Leben auftritt, ihre photosynthetische Dauer Milliarden Jahre länger dauern könnte als auf der Erde; Da jedoch weniger Licht zur Verfügung steht und die Oberfläche der Planeten, die Photosynthese durchführen können, möglicherweise nur die Hälfte beträgt, kann die gesamte jährliche Photosynthese geringer sein. Das Team versucht quantitativ zu bestimmen, welcher Planetentyp in der Entwicklung des Lebens weiter fortgeschritten ist.
Auf der Grundlage der von Denis Sergeyev, einem Dozenten an der Universität Bristol, simulierten Exoplaneten-Klimakarte und der Kombination von Variablen wie Temperatur, Licht und Niederschlag, die das Wachstum von Pflanzen auf der Erde beeinflussen, schätzten die Forscher das Ausmaß des Pflanzenwachstums, das verschiedene Planeten in ihrer Geschichte hervorgebracht haben könnten, und spekulierten über die Entwicklungsstadien des Lebens. TRAPPIST-1e, das etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, ist ein solcher Fall. Obwohl es Milliarden Jahre älter als die Erde ist, haben Modelle Schätzungen zufolge im Laufe seines Lebens nur 21 % des gesamten Kohlenstoffs der Erde gebunden.
Cameron Hrabak, Co-Autor der Forschung und Absolvent der Northern Arizona University, sagte, dass dieser Wert sogar niedriger sei als die Menge an Kohlenstoff, die vor der Entwicklung leistungsfähiger Gefäßpflanzen auf der Erde fixiert wurde. Daher spekuliert das Forschungsteam, dass sich das Leben auf TRAPPIST-1e möglicherweise noch im mikrobiellen Stadium befindet und hinter der Erde zurückbleibt. Planetenatmosphären können jedoch das Klima und die Photosynthesefähigkeiten erheblich verändern und sich somit auf Modellschätzungen von Evolutionsstadien auswirken. Zukünftige Beobachtungen mit dem James Webb-Weltraumteleskop könnten atmosphärische Daten liefern, die bei der Überarbeitung der Prognosen helfen könnten. Auch aktuelle Berechnungen gehen davon aus, dass Leben in etwa so existiert und sich entwickelt wie auf der Erde.
Auf Planeten, von denen das Forscherteam vorhersagt, dass sie sich möglicherweise außerhalb der Kohlenstoffbindungs- und Entwicklungsstadien der Erde befinden, ist Niederschlag oft der Hauptfaktor, der das Pflanzenwachstum einschränkt. Das Wachstum von Pflanzen auf der Erde kann durch Licht, Temperatur oder Niederschlag eingeschränkt werden. Obwohl Wüsten beispielsweise viel Sonnenschein haben, sind sie aufgrund des Wassermangels nicht in der Lage, eine dichte Vegetation zu beherbergen. Solche Umweltunterschiede wirken sich auch darauf aus, welche Organismen gedeihen können. Forscher spekulieren, dass, wenn intelligentes Leben auf diesen Exoplaneten auftaucht, ihre ökologische Umgebung eher einer Wüste oder gemäßigten Gebieten ähneln könnte. Der Mensch könnte sich auch in Savannenwäldern entwickelt haben, in denen Regen das Pflanzenwachstum einschränkte. Doughty entlehnte eine Metapher aus Werken der Popkultur, um zu sagen, dass die ökologische Umgebung, in der solches außerirdisches Leben existiert, möglicherweise eher „Düne“ als „Avatar“ ähnelt.
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