Seit Jahrzehnten ist die Venus die große Verlockung des Sonnensystems. Aus der Ferne ist sie ein hell leuchtender Fixpunkt; aus der Nähe ist ihre Oberfläche eine verbrannte, zerdrückte Unterwelt, in der Blei schmelzen würde. Doch knapp über dieser höllischen Landschaft, in den Schwefelsäurewolken, die den Planeten umhüllen, sind die Bedingungen milder und für Astrobiologen vielleicht interessanter als die felsige Oberfläche darunter.
Eine neue Studie, geleitet von Forschern des Massachusetts Institute of Technology und veröffentlicht in den Proceedings of the National Academy of Sciences, legt nahe, dass die Chemie des Lebens, zumindest die Art, die Biologie tragen könnte, widerstandsfähiger sein mag als bisher angenommen.
Eine Welt mit zwei Gesichtern
Die Venus wird oft mit Titan, dem größten Mond des Saturn, verglichen, weil beide unter dichten Atmosphären verborgen sind, die optische Teleskope nicht durchdringen können. Radar ist nötig, um das darunterliegende Gelände zu kartieren. Doch anders als der eintönige Dunst auf Titan bietet die Venusatmosphäre ein dramatisches, wirbelndes Schauspiel. An der Oberfläche ist die Realität alles andere als angenehm: sengende Temperaturen und drückende Kräfte machen den Planeten zu einem der unwirtlichsten Orte im Sonnensystem.
Die Atmosphäre erzählt eine andere Geschichte. In bestimmten Höhen nähern sich Temperatur und Druck irdischen Werten an, was die Wolken zu einem verlockenden möglichen Zufluchtsort für mikrobielles Leben macht. Die Frage war stets, ob Biochemie in einer Wolke aus konzentrierter Schwefelsäure statt aus flüssigem Wasser funktionieren kann. Viele Astrobiologen haben angenommen, dass Wasser das unverzichtbare Lösungsmittel für Leben ist. Die neue Studie stellt diese Annahme infrage.
Peptide: Die Bausteine des Lebens
Proteine sind für das Leben, wie wir es kennen, unverzichtbar. Aber bevor ein Protein als Enzym oder Strukturbaustein funktionieren kann, muss seine Aminosäurekette in eine ganz bestimmte dreidimensionale Form falten. Misslingt das Falten, wird ein Protein oft unbrauchbar oder sogar schädlich.
Peptide, kurze Aminosäureketten, sind die einfacheren Vorläufer vollständiger Proteine. Das Verhalten von Peptiden in venusähnlichen Umgebungen zu untersuchen gibt Forschern eine direkte Möglichkeit zu fragen, ob die für Biologie nötige Chemie Bedingungen überstehen kann, die auf der Erde lebensfeindlich wären.
Dr. Sara Seager, Professorin für Planetenwissenschaften am MIT und Mitautorin der Studie, erläutert die Bedeutung des Faltens. „Leben muss speziell geformte Proteine haben, damit sie ein bestimmtes Ziel finden, an das sie andocken und ihre Funktion erfüllen können“, sagte sie.
Wenn kleine Peptide in Schwefelsäure intakt bleiben und sich korrekt falten können, dann könnte die Grundchemie des Lebens an Orten weit jenseits der habitablen Zone der Erde möglich sein.
Die Chemie der Venuswolken testen
Zur Untersuchung entwarf das Forschungsteam eine Reihe von Laborexperimenten mit Kernspinresonanzspektroskopie. NMR-Spektroskopie erlaubt es Wissenschaftlern, die molekulare Struktur und die physische Anordnung chemischer Verbindungen im Detail zu beobachten. Die Methode erfordert eine sorgfältige Probenvorbereitung, besonders wenn man mit einem so korrosiven Lösungsmittel wie 98-prozentiger Schwefelsäure arbeitet.
Die Forscher setzten drei verschiedene Peptide Bedingungen aus, die die Venuswolken nachahmen sollten, wo Schwefelsäure nahezu rein ist und Wasser fast völlig fehlt. Frühere Annahmen gingen davon aus, dass eine solche Umgebung Peptidbindungen zerstören und die Ketten vernichten müsste, bevor sie biologisch relevant werden könnten.
Die Ergebnisse widersprachen dieser Erwartung. Das Team beobachtete erfolgreich, dass alle drei Peptide gefaltete Strukturen bildeten, und diese Strukturen blieben mehrere Wochen stabil. Die Umgebung zerstörte sie nicht. Stattdessen schienen sich die Peptide an eine wasserlose Umgebung anzupassen und lange genug intakt zu bleiben, um zu funktionieren.
Das Team schreibt dieses Verhalten genau dem Fehlen von Wasser zu. Auf der Erde ist Wasser allgegenwärtig und unterstützt im Allgemeinen das Leben, aber es ist auch ein Molekül, das Peptidbindungen angreifen und spalten kann, ein Prozess, der als Hydrolyse bezeichnet wird. In der konzentrierten Schwefelsäure der oberen Venusatmosphäre ist Wasser nahezu völlig nicht verfügbar. Ohne Wasser, das die Hydrolyse antreibt, blieben die chemischen Bindungen in diesen Peptiden stabil und ermöglichten das Falten der Ketten.
Was das für die Suche nach Leben bedeutet
Die Studie hat weitreichende Folgen über die Venus hinaus. Die Astrobiologie bevorzugte historisch Planeten und Monde, auf denen flüssiges Wasser vorhanden ist oder wahrscheinlich vorhanden sein könnte. Dieses Suchparadigma hat Missionen zum Mars, zu den Eismonden von Jupiter und Saturn sowie zu Exoplaneten in den habitablen Zonen ihrer Sterne geprägt.
Die neuen Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass erdunähnliche Umgebungen, also solche, die weit saurer sind als alles, was irdische Ökosysteme ertragen, ebenso geeignet sein könnten, die molekulare Maschinerie des Lebens zu tragen. Wie die Studie festhält, könnten Welten mit nach irdischen Maßstäben extremen Bedingungen Leben beherbergen, das andere Lösungsmittel als Wasser nutzt, oder zumindest Leben, das konzentrierte Säuren verträgt.
Die Venuswolken sind keine sanfte Umgebung. Schwefelsäure ist nichts, was irgendein bekanntes Organismus in nennenswerten Mengen aufnehmen könnte, obwohl einige Mikroben auf der Erde in sauren Umgebungen gedeihen, etwa in vulkanischen heißen Quellen oder saurer Grubenentwässerung. Diese Umgebungen sind jedoch weiterhin wasserbasiert. Der entscheidende Unterschied auf der Venus ist, dass die Wolken nicht nur sauer sind, sondern stark austrocknend, mit nahezu keinem verfügbaren Wasser.
Das macht die hier beobachtete Stabilität der Peptide umso bemerkenswerter. Sie weist auf eine chemische Landschaft hin, in der komplexe organische Moleküle wochenlang überleben könnten, vielleicht lange genug, um an Reaktionen teilzunehmen, die primitive Biologie unterstützen könnten.
Warum diese Studie wichtig ist
Die Arbeit beweist nicht, dass es auf der Venus Leben gibt. Sie tut etwas vielleicht Wichtigeres: Sie erweitert die Orte, die wir bei der Suche nach Leben in Betracht ziehen sollten. Wenn die grundlegende Chemie des Lebens in Schwefelsäure überleben kann, dann ist Bewohnbarkeit keine einfache Frage von Temperatur und flüssigem Wasser.
Zukünftige Venusmissionen, etwa vorgeschlagene ballongetragene Sonden, könnten die Wolkenschichten direkt beproben, um nach organischen Molekülen und möglicherweise nach Anzeichen biologischer Prozesse zu suchen. Die MIT-Studie gibt solchen Missionen eine stärkere wissenschaftliche Begründung, weil sie zeigt, dass die grundlegendsten biologischen Bausteine in dieser Umgebung überleben könnten.
Peptide sind nur ein Bestandteil des Lebens. Dennoch sind sie für die Maschinerie aller bekannten Organismen essenziell. Die Fähigkeit von Peptiden, in Schwefelsäure stabile Strukturen zu bilden, deutet darauf hin, dass zumindest einige der erforderlichen molekularen Werkzeuge unter venusischen Wolkenbedingungen funktionieren können.
Natürlich ist Überleben im Labor nicht dasselbe wie Entstehung in freier Natur. Die Venuswolken könnten seit Hunderten von Millionen Jahren existieren und damit viel Zeit für chemische Evolution bieten, falls sich stabile Verbindungen gebildet haben. Aber wir wissen noch nicht, ob die harsche Umwelt und die atmosphärische Zirkulation des Planeten Molekülen genug Zeit lassen würden, um sich zu Leben zusammenzufügen.
Der Weg nach vorn
Die neue in PNAS veröffentlichte Studie ist die jüngste Erinnerung daran, dass die Venus nicht als tote Welt abgeschrieben werden sollte, nur weil ihre Oberfläche höllisch ist. Die Wolken des Planeten könnten einer der zugänglichsten Orte im Sonnensystem sein, um zu testen, ob irdische Biochemie der einzige mögliche Bauplan für Leben ist oder nur einer von vielen.
Besonders spannend ist die Rolle des Wassers. Die Forscher betonen, dass das Fehlen von Wasser Peptide stabil hält, was darauf hindeutet, dass Wasser, das Lösungsmittel des Lebens auf der Erde, möglicherweise keine Voraussetzung für einige entscheidende Schritte des Lebens ist. Künftige Arbeiten sollten die Wechselwirkung anderer biologischer Moleküle mit Schwefelsäure untersuchen sowie die chemischen Pfade, die Peptide überhaupt erst erzeugen könnten.
Die Implikationen sind tiefgreifend. Wenn Leben aus Molekülen aufgebaut werden kann, die sich in konzentrierter Schwefelsäure falten und funktionieren, dann könnte das Konzept der „habitablen Zone“ - jener schmalen Region um einen Stern, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten bestehen kann - viel zu restriktiv sein.
Anstatt zu fragen, wo Wasser fließt, müssen wir vielleicht fragen, wo Chemie stabil und komplex bleiben kann. Die Venus, so frustrierend sie auch ist, könnte sich als eines der besten natürlichen Labore für die Untersuchung dieser Möglichkeit erweisen.
Dieser Artikel basiert auf einer Berichterstattung von Universe Today. Den Originalartikel lesen.
Originally published on universetoday.com