Leben auf fremden Welten? Pflanzen senden verräterische Signale

Mit Teleskopen könnte man auf fernen Planeten Signaturen des Lichts finden, das von Pflanzen reflektiert wird.Montag, 1. Oktober 2018

Von Nadia Drake
Irdische Grünpflanzen reflektieren Infrarotlicht, das mit den richtigen Instrumenten aus großer Entfernung entdeckt werden kann.

Falls irgendwelche außerirdischen Astronomen nach Anzeichen für Leben auf der Erde suchen, würden sie es womöglich im verräterischen Muster des Lichts finden, das von unseren Pflanzen reflektiert wird – von den Wäldern aus Riesenmammutbäumen bis zu Wüstenkakteen und grasbewachsenen Ebenen. Dieser optische Fingerabdruck entstand, als unsere felsige Erdlandschaft vor etwa einer halben Milliarde Jahre erstmals von Vegetation überdeckt wurde. Im Laufe der Zeit schritt die Evolution voran und das reflektierte Signal wurde stärker. 

Zwei Astronomen haben nun die Theorie aufgestellt, dass Pflanzen ähnliche charakteristische Muster auf weit entfernten Exoplaneten erzeugen könnten. Die ersten Lebenszeichen von jenseits unseres Sonnensystems könnten demnach von Licht stammen, das von Wäldern auf einem außerirdischen Mond wie Endor oder von Kakteen auf einer Wüstenwelt wie Tatooine reflektiert wird.

„Bei den ganzen Planeten, die wir finden, versuchen wir jetzt herauszufinden, welche Signaturen auf Bewohnbarkeit hindeuten könnten“, erklärt Lisa Kaltenegger von der University of Cornell. Kürzlich hatte sie die Lichtsignatur der Erde in einer Studie beschrieben, die in „Astrobiology“ erschienen ist. 

„Wir wollen die Handvoll – oder die zwei oder drei – [Signaturen] ausfindig machen, die uns die beste Chance bieten, Anzeichen für Leben zu entdecken.“ 

Es ist zwar nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler auf das Licht fremder Planeten als Indikator für Leben verweisen, aber Kalteneggers Team ist noch einen Schritt weitergegangen: Anhand solcher Reflexionen lässt sich der evolutionäre Fortschritt eines Planeten recht gut abschätzen, wenn man das Wissen über unseren eigenen Planeten als Basis nutzt. 

„Es ist ja kein neuer Gedanke, dass man auf einem fremden Planeten eine Vegetation finden könnte. Aber bisher hat noch niemand die geologische Geschichte der Erde als Archiv verwendet“, sagt Kaltenegger. „Wir kennen keinen zweiten bewohnbaren Planeten, aber wir kennen die Entwicklung unserer Erde im Laufe der Zeit, und es wäre klug, sich damit eingehender zu befassen.“ 

Lebenszeichen ... auf der Erde 

Vor mehreren Jahrzehnten machte die Raumsonde Galileo, die sich auf dem Weg zum Jupiter befand, eine kleine Drehung, um einen Blick auf das Licht zu werfen, das von der Erde reflektiert wurde. Sie entdeckte die Zeichen biologischer Aktivität in Form atmosphärischer Gase wie Ozon und Methan. Vor Kurzem haben Astronomen den Erdschein genauer unter die Lupe genommen. Das von der Erde reflektierte Sonnenlicht erhellt mitunter auch schwach den dunklen Teil des Mondes neben seiner leuchtenden Sichel. Auch darin haben die Forscher den Fingerabdruck des Lebens gefunden. 

Nun diskutieren Wissenschaftler auf der Suche nach außerirdischem Leben darüber, wie genau biologische Aktivität molekulare Spuren in fremden Atmosphären hinterlassen könnte: entweder durch die Produktion bestimmter chemischer Verbindungen oder durch eine Veränderung in der Zusammensetzung der Gase, die einen Planeten umgeben. 

„In den letzten Jahren ist die Entdeckung von Biosignaturen auf Exoplaneten zu einer der dringlichsten – aber auch der schwierigsten – Aufgaben der modernen Astrophysik geworden“, sagt Michael Sterzik von der Europäischen Südsternwarte. 

Die Signatur, mit der Kaltenegger arbeitet, ist allerdings ein wenig anders. Aus bisher noch ungeklärten Gründen reflektieren photosynthetische Pflanzen spezifische Wellenlängen des infraroten Lichtspektrums, wobei manche Pflanzen mehr Licht reflektieren als andere. Diese sogenannte rote Kante (eng.: red edge) ist als Muster im Bereich des nahen Infrarots erkennbar, der sich knapp außerhalb des für Menschen sichtbaren Lichtspektrums befindet, mit den richtigen Teleskopen aber problemlos zu entdecken ist. 

Die Entdeckung der Infrarotsignatur ist von einer Reihe von Faktoren abhängig, beispielsweise davon, wie viel Fläche des Planeten von Vegetation bedeckt ist, ob das Klima eher warm oder kalt ist, wie die Wolkendecke beschaffen ist und wie leistungsstark das Teleskop ist.  

Sterzik, der 2012 im Erdschein nach eben dieser Signatur gesucht hat, verweist darauf, dass sie äußerst schwierig zu entdecken ist. Selbst die Raumsonde Galileo konnte sie kaum sehen – und sie befand deutlich näher an der Erde, als jedes potenzielle außerirdische Teleskop es wohl sein würde. Unsere eigenen heutigen Teleskope sind der Aufgabe, solche Signaturen auf Exoplaneten zu finden, bislang noch nicht gewachsen. Aber einige derzeit in Entwicklung befindliche Projekte wie das Extremely Large Telescope könnten das schaffen. 

„Das ist absolut machbar. Es ist schwierig und es handelt sich um eine schwache Signatur, aber sie ist vorhanden“, so Kaltenegger. 

Auf der Suche in der Vergangenheit 

Im Rahmen ihrer Studie wollten Kaltenegger und Jack O’Mally-James von der University of Cornell herausfinden, wie lange der Fingerabdruck der irdischen Vegetation bereits sichtbar ist. 

Dank des Fossilberichts wissen die Forscher, dass die ersten Moose vor 500 Millionen Jahren damit begannen, sich auf der kahlen Erdoberfläche auszubreiten und Sonnenlicht in Energie umzuwandeln. Schließlich entwickelten sich diese Urpflanzen zu einem um sich greifenden Durcheinander aus Farnen, Bäumen und Blüten, die zeitweise bis zu 90 Prozent der Landfläche des Planeten bedeckten. 

Kaltenegger und O’Malley-James simulierten das von Pflanzen reflektierte Licht und fügten es in eine simulierte Planetenoberfläche ein. So fanden sie heraus, dass die irdischen Pflanzen eine erkennbare Signatur erzeugten, sobald sie auftauchten und die Landschaft einfärbten. Zunächst war die Signatur nur schwach, wurde aber im Laufe der Zeit stärker, als die Pflanzen sich über die Erdoberfläche ausbreiteten. Während der Eiszeiten der Erde, zu denen der Planet generell sehr viel Licht reflektierte, wäre die pflanzliche Signatur allerdings schwieriger auszumachen gewesen. 

Das Team glaubt außerdem, dass die aktuelle Signatur in Zukunft sogar noch stärker werden könnte – je nachdem, wie wir mit unserem Planeten umgehen. Falls wir in einer verbrannten Wüstenlandschaft enden, in der sich größtenteils stark reflektierende Kakteen durchsetzen, wären irdische Lebensformen für außerirdische Astronomen leicht zu entdecken. Eine für Treibhausgase durchlässigere Atmosphäre würde hingegen bedeuten, dass eine deutlich belaubtere Erde von neugierigen Außerirdischen nicht mehr so leicht entdeckt werden könnte, wenn überhaupt. 

Die Suche eingrenzen 

Die beiden Forscher sind der Ansicht, dass man bei der Untersuchung der Tausenden potenziell bewohnbaren Exoplaneten des Kosmos das reflektierte Licht der Welten nach Signaturen von Vegetation absuchen sollte. 

„Selbst mit großen Teleskopen wird es unglaublich viel Zeit in Anspruch nehmen, sich diese Planeten im Detail anzusehen. Darum müssen wir uns die besten raussuchen“, sagt Kaltenegger. 

Anhand ihrer Forschungsarbeit hält sie ältere, heißere Exo-Erden für die besten Kandidaten für eine genauere Analyse, da das von Pflanzen reflektierte Licht mit zunehmendem Alter des Planeten ebenfalls zunimmt. Allerdings gibt sie auch zu bedenken, dass die Entdeckung einer solchen Signatur noch kein Beweis dafür wäre, dass dort eine außerirdische Biosphäre existiert. Kaltenegger zufolge könnten diverse Minerale ein ähnliches Infrarotsignal erzeugen, weshalb sie sich beispielsweise zusätzlich eine verheißungsvolle atmosphärische Zusammensetzung erhoffen würde. 

Wenn man eine solche Signatur auf einer fremden Welt findet, könnte man möglicherweise sogar feststellen, wie schnell die Evolution dort voranschreitet. Wir würden vom Alter seines Sterns auf das ungefähre Alter des Planeten schließen können. Dann könnten wir den mit Pflanzen bewachsenen Anteil der Planetenoberfläche in Relation zum Alter der Erde setzen, in dem sie einen vergleichbar starken Bewuchs aufwies. 

„Es wird viel darüber diskutiert, was die Geschwindigkeit der Evolution auf einem Planeten bestimmt“, sagt Kaltenegger. „Und wir haben nur ein Beispiel: uns.“ 

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

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