V.20170828

VHS Krems, 19. April 2018 Mag. Dr. Johannes Leitner, CMC; SCI.E.S.COM e.U.; Forschungsplattform: ExoLife, Universität Wien Ü B E R S I C H T Ü B E R D E N I N H A L T Was ist Astrobiologie und was nicht? … Nein! UFOs haben nichts mit Astrobiologie zu tun! Leben, was ist das? … Was haben Viren und Menschen gemeinsam? Leben im Sonnensystem? … Bakterien? Vielleicht! Intelligentes Leben auf unseren anderen Planeten? Keine Spur! Das Universum – so unermesslich, dass es eine Platzverschwendung wäre … unzählige Galaxien, Sterne und andere Planeten Der Ursprung des Lebens … irdisch oder außerirdisch? Der erste und die Suche nach einer zweiten Erde … und welche Eigenschaften sollte eine zweite Erde überhaupt besitzen? SETI – Search for Extra Terrestrial Intelligence … die Geschichte der SETI-Forschung und das WOW!-Signal Die Drake Gleichung und das Fermi-Pardoxon – Wo sind sie? … und wie es gelöst werden könnte Stephan Hawking und seine „Warnung“ vor SETI … denn wir könnten gefunden werden Hätte die Entdeckung außerirdischer Intelligenz Einfluss auf die Religionen? … am Beispiel der röm.-kath. Kirche

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? W A S I S T A S T R O B I O L O G I E U N D W A S N I C H T ?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? W A S I S T A S T R O B I O L O G I E U N D W A S N I C H T ?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? W A S I S T A S T R O B I O L O G I E U N D W A S N I C H T ?

Astrobiologie …

… ist eine interdisziplinäre Wissenschaft auf der Suche nach einer Antwort auf die wohl grundlegendste Frage der Menschheit: Sind wir allein?

… die wissenschaftliche Disziplin der Astrobiologie beinhaltet die Entstehung, Verbreitung und Suche nach Leben im Universum.

Doch Leben muss nicht zwangsweise intelligent sein! Auch Bakterien zählen zum Leben und deren Entdeckung auf einem anderen Planeten oder Mond wäre eine wissenschaftliche Revolution!

HÄTTE DIE ENTDECKUNG AUSSERIRDISCHEN LEBENS EINFLUSS AUF IHR WELTBILD? ✓ VON BAKTERIEN? ✓ VON AUSSERIRDISCHEN ZIVILISATIONEN?

Laut Umfragen (in UK) hätte erst die Entdeckung von außerirdischer Intelligenz einen bedeutenden Impakt auf Gesellschaft und Kultur. Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Etwa 2 Mio. verschiedene Arten sind taxonomisch erfasst, aber Hochrechnungen lassen 5 bis 112 Mio. Arten vermuten (ohne Bakterien/Archaeen).

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Was ist Leben, wie würden Sie Leben definieren?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Eine eigene Klassifikation für die Definitionen:

(1) Lebensdefinitionen, die Begriffe beinhalten, welche für sich selbst nicht eindeutig oder in verschiedenen Disziplinen verschieden definiert sind. Bsp.: Life is a process that organizes matter to higher levels of complexity and maintains that complexity (Orgel, 1973).

(2) Verschiedene Kombinationen von Eigenschaften des terrestrischen Lebens werden eine Definition genannt. Bsp.: Life = individuality + reproduction + evolution (Korzeniewski, 2001).

(3) Das Konzept des minimalen Lebens.

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Minimal lebendiges System: nur primäre chemische Eigenschaften als eine Konsequenz eines Minimalsatzes an essentiellen Eigenschaften

A B C D E F G H I J K L M S y s t e m m i t d e n E i g e n s c h a f t e n

Marker für minimales Leben Wie sind die einzelnen Eigenschaften zu definieren? Wo ist der Marker zu setzen? Angenommen der Marker ist auf F gesetzt, ist ein System mit den Eigenschaften A + B + D + E + F + G lebendig?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ? Leben bei der NASA/ESA:

Joyce (1994): Leben ist ein sich selbst erhaltendes chemisches System mit der Fähigkeit zur ’schen Evolution.

Baross (2007): Eigenschaften des terrestrischen Lebens:

(1) ein Metabolismus (2) thermisches Ungleichgewicht (3) die Aufrechterhaltung des Stoffwechsels, der Aufbau von Strukturen (Zellen), der Energiehaushalt und die Informationsweitergabe sind eine Konsequenz der physikalischen und chemischen Eigenschaften von: Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und Phospor (4) terrestrische Biomoleküle interagieren mit Wasser, indem sie in Wasser löslich sind oder nicht oder reagieren oder nicht (5) das Leben auf der Erde ist als eine Konsequenz von Mutationen entstanden, wobei auch das Anpassen an sich verändernde Umweltbedingungen und das Aussterben von schlecht angepassten Organismen von Bedeutung ist  Darwin’sche Evolution

Unsere heutigen Vorstellungen sind von irdischen Vorbildern geprägt  geozentrischer Denkansatz.

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Fast alle Hypothesen über Leben inkludieren:

Stoffwechsel Reproduktion

Doch wie gut sind diese beiden Prozesse wirklich geeignet um Leben zu definieren?

Sind es universelle Prinzipien?

Mir nur einer Stichprobe von Leben ist es unmöglich eine universell gültige Theorie von Leben zu entwickeln.

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Was haben diese beiden gemeinsam?

FOTO VON ALTER FRAU

©geo-reisecommunity.de ©hallo-pferd.de 46,7 % der Lebensspanne 100 % der Lebensspanne Sie sind beide nicht reproduktionsfähig!

Doch niemand würde deswegen behaupten, dass Sie keine Lebewesen sind, oder?

Eine Lebensdefinition sollte auch nie auf ein einzelnes Individuum angewendet werden, sondern zumindest auf eine Population.

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Viren … …sind keine Lebewesen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen und deswegen eine Wirtszelle für ihre Reproduktion benötigen.

„assistierte Reproduktion“

Was haben die Menschen mit Viren gemeinsam (nicht nur Menschen)?

In unserem Verdauungstrakt leben etwa 1014 Mikroorganismen, die unseren Stoffwechsel massiv unterstützen (Abbau von Kohlenhydraten, Verfügbarmachung von verschiedenen Vitaminen, etc.). Darüber hinaus ist auch unser Immunsystem wesentlich von Mikroorganismen abhängig. „assistierter Stoffwechsel“

Ist der Mensch dann noch ein Lebewesen?

Leitner Johannes Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Fast alle Hypothesen über Leben inkludieren

Stoffwechsel Reproduktion?

Doch wie gut sind diese beiden Prozesse wirklich geeignet um Leben zu definieren? Sind es? universelle Prinzipien?

Es gibt Konzepte, die man definieren kann, und es gibt solche, die nur eine Geschichte besitzen (Nietzsche).

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ? Leben bei der NASA/ESA:

Leben, wie wir es kennen versus Leben, wie wir es nicht kennen…

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Klassisches Leben:

(1) ein Metabolismus

(2) thermisches Ungleichgewicht

(3) die Aufrechterhaltung des Stoffwechsels, der Aufbau von Strukturen (Zellen), der Energiehaushalt und die Informationsweitergabe sind eine Konsequenz der physikalischen und chemischen Eigenschaften von: Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und Phosphor

(4) terrestrische Biomoleküle interagieren mit Wasser, indem sie in Wasser löslich sind oder nicht oder reagieren oder nicht

(5) das Leben auf der Erde ist als eine Konsequenz von Mutationen entstanden, wobei auch das Anpassen an sich verändernde Umweltbedingungen und das Aussterben von schlecht angepassten Organismen von Bedeutung ist  Darwin’sche Evolution

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N , W A S I S T DAS ?

Exotisches Leben:

(1) ein Metabolismus

(2) thermisches Ungleichgewicht

(3) die Aufrechterhaltung des Stoffwechsels, der Aufbau von Strukturen (Zellen), der Energiehaushalt und die Informationsweitergabe sind eine Konsequenz der physikalischen und chemischen Eigenschaften von: Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und Phosphor verschiedene Elemente sind möglich (4) terrestrische Biomoleküle interagieren mit Wasser, indem sie in Wasser löslich sind oder nicht oder reagieren oder nicht einem Lösungsmittel

(5) das Leben auf der Erde ist als eine Konsequenz von Mutationen entstanden, wobei auch das Anpassen an sich verändernde Umweltbedingungen und das Aussterben von schlecht angepassten Organismen von Bedeutung ist  Darwin’sche Evolution Fähigkeit eines Systems sich selbst zu erhalten

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

hier könnte es intelligentes Leben geben X O XXX X ? Bakterien sind nicht ausgeschlossen (Oberfläche, Boden) ? Bakterien sind nicht ausgeschlossen (Atmosphäre)

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Venus – Erde – Mars: hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Frühe Vorstellungen über den Planeten (bis 1960):

▪ kalt und erdähnlich, Ozeane, dichte Atmosphäre ▪ kalt, mit dicken Polarkappen und einer heißen Äquatorregion und Temperaturen weit jenseits von 100 °C ▪ sehr heiß und trocken, eine globale Wüste ▪ sehr heiß, Seen aus geschmolzenen Blei am Äquator und diverse Säurentümpel an den Polen

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Venus – Erde – Mars: hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Venus – Erde – Mars: hier gibt es intelligentes Leben

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Venus – Erde – Mars: hier gibt es intelligentes Leben

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Venus – Erde – Mars: hier gibt es intelligentes Leben

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Venus – Erde – Mars: hier gibt es intelligentes Leben

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Venus – Erde – Mars: hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Wir haben Gewissheit über Wasser(eis) im Marsboden…

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Venus – Erde – Mars: hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Die Marsatmosphäre:

etwa 95 % CO2 2.7 % Stickstoff 1.6 % Argon 0.13 % Sauerstoff 0.08 % CO

aber nur 0.006 bar

Methankonzentration auf der nördlichen Hemisphäre im Sommer

Methan ist einerseits Stoffwechselprodukt von Bakterien, andererseits aber auch ein vulkanisches Entgasungsprodukt (Methan selbst ist in der Atmosphäre sehr kurzlebig, muss also ständig nachproduziert oder entgast werden).

Möglicherweise durch Mikroorganismen tief im Boden unter Eisspalten? Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Venus – Erde – Mars: hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Handelt es sich hier um fossile Nanobakterien? Eher nicht!

Vor etwa 4 Mrd. Jahren entstanden und vermutlich durch einen Impakt vor 15 Mio. Jahren vom Mars weggeschleudert, landete er vor etwa 13.000 Jahren auf der Erde.

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Europa – – : hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Europa – Titan – Enceladus: hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Europa – Titan – Enceladus: hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Europa – Titan – Enceladus: hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? L E B E N I M S O N N E N S Y S T E M ?

Europa – Titan – Enceladus: hier könnte theoretisch bakterielles Leben existieren

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D A S U N I V E R S U M - N A H E Z U U N E R M E S S L I C H

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D A S U N I V E R S U M - N A H E Z U U N E R M E S S L I C H Sichtbare Universum: Kugel mit 46,6 Mrd. ly Durchmesser (1 ly ≈ 9.5 x 1012 km) Alter des Univ.: 13.8 Mrd. Jahre

Mit freien Auge sind von der Erde aus nur drei Galaxien zu erkennen:

N-Hemisphäre: Andromedanebel M31 Durchmesser ≈ 220 000 ly Hubble Ultra Deep Field S-Hemisphäre: große und kleine 0.01 % des Himmels Magellansche Wolke ≈ 100 000 Galaxien Durchmesser: GMW ≈ 25 100 ly KMW ≈ 10 100 ly Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D A S U N I V E R S U M - N A H E Z U U N E R M E S S L I C H

Unsere Heimatgalaxie:

die Galaxis bzw. die Milchstraße:

100 bis 400 Mrd. Sterne

Durchmesser ≈ 100 000 ly Alter: Balken: 13.2-13.6 Mrd. Jahre Scheibe: 6.1-10.5 Mrd. Jahre

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D A S U N I V E R S U M - N A H E Z U U N E R M E S S L I C H

Erste Hochrechnungen gehen von etwa 100 Billionen Planeten in der Milchstraße aus.

Roman zum Drehbuch: Carl Sagan, einer der Pioniere der Astrobiologie

Wenn wir wirklich allein wären, wäre das nicht eine riesige Platzverschwendung?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D A S U N I V E R S U M - N A H E Z U U N E R M E S S L I C H

Ort für Leben, Habitate, gibt es vermutlich unermesslich viele.

Aber wir könnte das Leben jetzt entstanden sein?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D E R U R S P R U N G D E S L E B E N S

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D E R U R S P R U N G D E S L E B E N S Die Urerde:

Die Erde ist etwa 4.5 (±) Mrd. Jahre alt. Das Leben etwa 3.8 (±) Mrd. Jahre.

Mit der immer geringeren Zahl von Impakten und durch Vulkanismus formte sich im Laufe von einigen hundert Millionen Jahren eine neue Atmosphäre: • 80 % Wasserdampf

• 10 % CO2 • 5-7 % Schwefelwasserstoff

• Spuren von N, H, He, CO, CH4, NH3

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D E R U R S P R U N G D E S L E B E N S

Das erste Leben auf der Erde:

Biofilme bestehen aus einer Schleimschicht, in der Mikroorganismen eingebettet sind und die entstehen, wenn sich Mikroorganismen an einer Grenzfläche ansiedeln.

Biofilme gelten als eine der ursprünglichsten Formen des Lebens, die ältesten bekannten Fossilien stammen von solchen Mikroorganismen in Biofilmen  Stromatolithen in Pilbara Kraton, Westaustralien

Stromatolithen sind biogene Sedimentgesteine, entstanden durch Bindung von Sediment- partikeln (z.B. Kalkstein) infolge des Wachstums und Stoffwechsels von Mikroorganismen.

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D E R U R S P R U N G D E S L E B E N S

Das erste Leben auf der Erde:

Hamelin Pool Marine Nature Reserve ist ein marines Schutzgebiet an der westaustralischen Shark Bay.

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D E R U R S P R U N G D E S L E B E N S

3 zentrale Möglichkeiten, wie das Leben „auf die Erde“ gekommen sein könnte:

1. Das Leben (seine Bausteine) ist nicht auf der Erde entstanden - Panspermie

Kometen/Met. könnten bspw. die Bausteine des Lebens auf die Erde gebraucht haben.

Doch das Problem bleibt: Wo sind diese entstanden?

Zahlreiche Experimente haben gezeigt, dass Bakterien in der Lage sind nicht nur den Bedingungen im Weltall zu widerstehen, sondern auch dem Eintritt in die Erdatmosphäre (z.B. durch Sporenbildung oder geschützt im Gesteinsinneren). LD50 = 10 000 Gy

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D E R U R S P R U N G D E S L E B E N S

3 Möglichkeiten, wie das Leben auf die Erde gekommen sein könnte:

2. Die „Ursuppe“ – Das Experiment von Miller und Urey und seine Nachfolgeexperimente

Ziel des Experimentes war der Nachweis, dass unter den Bedingungen der frühen Erde organische Moleküle entstehen konnten.

E R F O L G R E I C H !!!

Es konnte die Synthese von Aminosäuren gezeigt werden.

wichtig: Wasser war das Lösungsmittel

Es entstanden auch Aminosäuren, die heute vom Leben nicht mehr verwendet werden  evolutionäre Selektion?

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D E R U R S P R U N G D E S L E B E N S

3 Möglichkeiten, wie das Leben auf die Erde gekommen sein könnte:

2. Die „Ursuppe“ – Das Experiment von Miller und Urey und seine Nachfolgeexperimente

Einige alternative Szenarien:

Dr. Johannes Leitner Auf der Suche nach der 2. Erde – Sind wir allein? D E R U R S P R U N G D E S L E B E N S

3 Möglichkeiten, wie das Leben auf die Erde gekommen sein könnte:

2. Die „Ursuppe“ – Das Experiment von Miller und Urey und seine Nachfolgeexperimente

Scenario Early Earth (Miller, 1953; Early Earth scenario1 Early Titan scenario2 Einige alternative Szenarien: Miller and Urey, 1959)

Solvent water water 30 % aqueous ammonia

Atmosphere CH4, NH3, H2O, H2 H2, CH4, NH3 CH4, NH3, H2 Compound identification, Glycine Glycine Histidine, 50 % relative abundance (%) α-alanine Alanine Aspartic acid, < 10 % β-alanine Aspartic acid Tryptophan, < 10 % Aspartic acid (uncertain) Serine Serine, < 10 %

α-amino-n-butyric acid Phenylalanine Phenylalanine, 25 % (uncertain) Glycine Glutamic acid Glutamic acid, < 10 % Glycolic acid Asparagine Arganine, < 10 % Sarcosine Leucine Leucine, < 10 % Alanine Isoleucine Isoleucine, < 10 % Lactic acid Valine Valine, < 10 % N-methylalanine Proline Proline, < 10 % α-amino-n-butyric acid Lysine α-aminoisobutyric acid Threonine α-hydroxybutric acid β-alanine Succinic