Die „verborgene Ordnung“ zwischen Molekülen könnte Spuren außerirdischen Lebens offenbaren

Gibt es wirklich anderes Leben im Universum? Das berühmte „Fermi-Paradoxon“ legt mithilfe von Statistiken nahe, dass Leben in einem Universum voller Sterne und Planeten weit verbreitet sein sollte, aber wir müssen noch schlüssige Beweise finden. Jetzt hat ein wissenschaftliches Forschungsteam an der University of California, Riverside, eine neue statistische Methode vorgeschlagen und versucht, durch die „verborgene Ordnung“ zwischen Molekülen einen neuen Durchbruch für dieses alte Problem zu erzielen.

Forscher haben herausgefunden, dass die Existenz von Leben nicht nur von den spezifischen Molekülen selbst abhängt, sondern auch von einer besonderen Organisation oder „verborgenen Ordnung“ zwischen diesen Molekülen. Sie behaupten, dass dieses Organisationsprinzip statistisch identifiziert werden kann und es ihnen ermöglicht, Anzeichen außerirdischen Lebens allein anhand der Verteilungsmuster von Molekülen in Proben der organischen Chemie zu „erschnüffeln“. „Unsere Arbeit zeigt, dass Leben Mischungen von Molekülen mit charakteristischen Mustern produziert, die sich von nicht lebenden Systemen unterscheiden“, sagte Fabian Klenner, Assistenzprofessor für Planetenwissenschaften und Mitautor der Arbeit, in einem Interview. „Durch unsere statistischen Methoden können diese Muster eindeutig erkannt werden.“

Ein großer Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er nicht nur auf zukünftige Aufgaben, sondern auch auf die retrospektive Analyse bestehender Datensätze angewendet werden kann. Mit anderen Worten: Menschen sind möglicherweise bereits in einer großen Menge historischer Beobachtungsdaten auf Hinweise auf außerirdisches Leben „gestoßen“, haben jedoch noch nicht die geeigneten Werkzeuge verwendet, um diese zu identifizieren.

Lange Zeit haben Wissenschaftler vor allem nach „Biosignatur“-Molekülen gesucht, um die mögliche Existenz außerirdischen Lebens beurteilen zu können. Auf dem Mars beispielsweise analysieren die NASA-Rover „Perseverance“ und „Curiosity“ Gesteins- und Atmosphärenproben auf organische Verbindungen und andere potenzielle Anzeichen mikrobiellen Lebens. Die in „Nature Astronomy“ veröffentlichte neue Forschungsarbeit betont die Bedeutung der „molekularen Ordnung“ und verlagert den Fokus von „welche Moleküle gibt es“ hin zu „wie diese Moleküle vom Leben organisiert werden“.

Konkret stellte das Team fest, dass die darin enthaltenen Aminosäuren in der Regel vielfältiger und gleichmäßiger in der Menge verteilt sind, wenn das Leben eine Mischung aus Molekülen produziert. Das Gegenteil gilt für Fettsäuren, bei denen die vom Leben produzierten Fettsäuren weniger gleichmäßig verteilt und vielfältiger sind. Wissenschaftler glauben, dass diese sogenannte „Signatur der molekularen Vielfalt“ selbst als nachweisbare Biosignatur dienen kann und nicht mehr auf die Anwesenheit oder Abwesenheit einzelner „Signaturmoleküle des Lebens“ beschränkt ist.

Um die Organisationsprinzipien herauszufinden, die das Leben unterstützen, analysierte das Team die Vielfalt molekularer Mischungen in verschiedenen Systemen und konzentrierte sich dabei auf zwei Punkte: Erstens, wie viele verschiedene Moleküle existieren, und zweitens, ob die Verteilung dieser Moleküle ausgeglichen ist. Sie fanden heraus, dass sich biologische Systeme (also Leben) und nicht lebende Systeme systematisch in der Art und Weise unterscheiden, wie sie ihre Moleküle organisieren – Lebewesen erzeugen Muster, die einige der Grundprinzipien des Lebens verkörpern, während nicht lebende Prozesse Schwierigkeiten haben, diese „Ordnung“ nachzubilden.

Es ist erwähnenswert, dass diese Methode auf technischer Ebene nicht auf neue Großinstrumente angewiesen ist. Klenner sagt, dass ihre Methode direkt angewendet werden kann, solange die Mission selbst Informationen über die „relative Häufigkeit“ verwandter organischer Moleküle desselben Typs messen kann. Dies bedeutet, dass viele bereits geplante oder kurz vor der Umsetzung stehende Weltraummissionen zu potenziellen „Testgeländen“ für diese Methode werden könnten.

Großes Potenzial wird unter anderem der NASA-Mission „Europa Clipper“ zugeschrieben, die zum Jupitermond Europa reisen soll. Es wird erwartet, dass die Sonde ab 2031 mehrere nahe Vorbeiflüge durchführt, wobei der Schwerpunkt auf der Erkennung der Umweltbedingungen dieses eisigen Satelliten liegt, der möglicherweise einen riesigen unterirdischen Ozean aufweist, und der Beurteilung, ob er das Potenzial hat, Leben zu beherbergen. Das Bordinstrument „Surface Dust Analyzer“ (SUDA) kann die Häufigkeit organischer Moleküle messen. Wenn es eine ausreichend reiche Familie organischer Moleküle und Informationen über deren relative Häufigkeit erfasst, wird erwartet, dass die vom Forschungsteam vorgeschlagene statistische Methode verwendet wird, um zu bestimmen, ob diese molekularen Muster eher biologischen oder abiotischen Prozessen ähneln.

Dennoch betonten die Forscher auch, dass diese Methode allein nicht „die Entdeckung außerirdischen Lebens verkünden“ könne. „Unser Ansatz ist eher Teil eines breiten Biosignatur-Frameworks.“ Klenner betonte: „Bei der Erforschung außerirdischen Lebens kann kein einzelnes Signal als absoluter Beweis angesehen werden.“ Es wird jedoch erwartet, dass diese Methode den Umfang des wissenschaftlichen Konzepts von „Lebensformen“ erheblich erweitert und dabei hilft, Lebensformen zu entdecken, die nicht in das traditionelle Paradigma der Lebenschemie passen und andernfalls ignoriert werden könnten.

Dieser potenzielle Durchbruch ist auf ein Schlüsselmerkmal der Methode selbst zurückzuführen: Sie konzentriert sich auf die Organisation von Molekülen und nicht auf die „typischen Moleküle“, die in Biochemie-Lehrbüchern aufgeführt sind. Klenner sagt: „Unsere Studie konzentrierte sich auf die Organisation von Molekülen selbst. Im Prinzip könnte diese Methode potenziell empfindlich auf eine unbekannte Lebensform reagieren, solange sie Moleküle anders organisiert als nichtbiologische Prozesse.“

Darüber hinaus basiert diese Methode vollständig auf statistischen Berechnungen und kann daher in großem Maßstab auf eine Vielzahl von Archivdaten angewendet werden. Klenner weist darauf hin, dass die Idee der „Diversitätsanalyse“ zur erneuten Betrachtung der Daten genutzt werden kann, da die Methode rechnerischer Natur ist und keine spezielle neue Instrumentierung erfordert, wenn der vorhandene Datensatz ausreichende Informationen zur molekularen Häufigkeit enthält. Dies bedeutet nicht nur, dass die „Suchfläche“ für potenzielle Lebenssignale erheblich erweitert wird, sondern auch, dass jede Gewinnung neuer Daten bei der umfassenden Analyse mit alten Daten zu „unerwarteten Überraschungen“ führen kann.

Mit der gemeinsamen Aktion mehrerer Datenkanäle wie dem James Webb-Weltraumteleskop, der Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) und dem kommenden Europa Clipper, der neuen Methode der University of California, gilt das Riverside-Team als eines der wichtigen Puzzleteile, um die „Wahrscheinlichkeit großer Entdeckungen“ weiter zu erhöhen. Vielleicht ist die Menschheit dem Moment einen kleinen Schritt näher gekommen, an dem sie endlich beweist, dass „wir nicht allein sind“.