Astrobiologische Signatur

Die Suche nach Leben außerhalb der Erde steht vor einem grundlegenden methodischen Problem: Wie erkennt man Leben, das man noch nie gesehen hat? Astrobiologische Signaturen (Biosignaturen) sind messbare Indikatoren, die auf biologische Prozesse hindeuten, ohne dass man den Organismus direkt beobachten muss.

Die bekannteste Biosignatur ist atmosphärischer Sauerstoff. Auf der Erde wird fast der gesamte freie Sauerstoff von Photosynthese-Organismen produziert. Ohne ständige biologische Nachlieferung würde der Sauerstoff innerhalb weniger Millionen Jahre durch Oxidation von Gesteinen und gelösten Metallen verschwinden. Findet man auf einem Exoplaneten eine sauerstoffreiche Atmosphäre, ist das ein starkes Indiz für biologische Aktivität. Allerdings gibt es abiotische Quellen: UV-Strahlung kann Wassermoleküle spalten (Photolyse), und auf bestimmten Planetentypen könnte sich Sauerstoff auch ohne Leben anreichern.

Deshalb suchen Astrobiologen nach Kombinationen von Gasen, die nur gemeinsam existieren können, wenn ein aktiver biologischer Kreislauf sie produziert. Sauerstoff zusammen mit Methan ist eine solche Kombination: Beide Gase reagieren miteinander und verschwinden ohne Nachschub schnell. Ihr gleichzeitiges Vorhandensein deutet auf aktive Quellen für beide Gase hin, und auf der Erde sind das Photosynthese und methanogene Archäen.

Das James Webb Space Telescope (JWST) kann seit 2022 die Atmosphären von Exoplaneten spektroskopisch untersuchen. Die ersten Ergebnisse zeigen Kohlendioxid und Wasserdampf auf dem Gasriesen WASP-39b. Für erdähnliche Planeten in der habitablen Zone reicht die Empfindlichkeit des JWST allerdings nur knapp aus, um die häufigsten Gase nachzuweisen. Biosignaturen auf erdgroßen Planeten erfordern wahrscheinlich die nächste Generation von Teleskopen, wie das geplante Habitable Worlds Observatory (HWO) der NASA.

Jenseits der Atmosphärenanalyse gibt es weitere Biosignaturen. Die Vegetation Red Edge ist ein scharfer Anstieg der Reflexion im nahen Infrarot, den Pflanzen durch Chlorophyll erzeugen. Auf der Erde ist dieser Effekt so stark, dass er aus dem Weltraum messbar ist. Ob er auf einem Planeten mit völlig anderer Biologie ebenfalls auftreten würde, ist unklar. Chiralität (die Händigkeit von Molekülen) ist ein weiterer Kandidat: Irdisches Leben verwendet fast ausschließlich linkshändige Aminosäuren. Eine eindeutige chirale Signatur in der Atmosphäre eines Exoplaneten wäre schwer abiotisch zu erklären.