Potenzielle Lebenszeichen von der Venus

Etwas Tödliches könnte durch die dichte Wolkendecke der Venus wabern – ein stinkendes, brennbares Gas namens Phosphin, das für Sauerstoff atmende Lebewesen ein tödliches Nervengift ist. Wissenschaftler gaben ihre Entdeckung des Gases in der Venusatmosphäre am 14. September bekannt, und ironischerweise könnte es ihnen zufolge ein faszinierender – wenn auch umstrittener – Beweis für Leben auf der Venus sein.

Soweit bekannt ist, kann Phosphin auf Gesteinsplaneten wie Venus und Erde nur von Lebensformen hergestellt werden – egal ob Mensch oder Mikrobe. Während des Ersten Weltkriegs wurde das Gas als chemische Waffe eingesetzt. Heute findet es Anwendung in der Landwirtschaft, wird in der Halbleiterindustrie genutzt und tritt als Nebenprodukt bei der Gewinnung von Crystal Meth auf. Phosphin wird aber auch auf natürliche Weise von einigen Arten anaerober Bakterien produziert – Organismen, die in der sauerstoffarmen Umgebung von Mülldeponien, Sumpfgebieten und sogar in Tierdärmen leben.

2020 hatten Forscher die These aufgestellt, dass eine Entdeckung der Chemikalie auf anderen Gesteinsplaneten ein Hinweis auf extraterrestrische Stoffwechselvorgänge sein könnte. Sie schlugen vor, in Zukunft die leistungsstärksten verfügbaren Teleskope auf weit entfernte Exoplaneten zu richten, um deren Atmosphäre auf Spuren des Gases zu untersuchen.

Nun wurde womöglich Phosphin auf einem unserer Nachbarplaneten entdeckt, berichten Astronomen in „Nature Astronomy“.

„Ich bin natürlich sofort ausgeflippt. Ich dachte, dass es ein Fehler war – aber ich wollte so sehr, dass es kein Fehler war“, sagt die Mitverfasserin der Studie, Clara Sousa-Silva. Die promovierte Forscherin am Massachusetts Institute of Technology (MIT) identifizierte Phosphin als potenzielle Biosignatur auf der Venus.

In der Venusatmosphäre sollte es eigentlich gar kein Phosphin geben. Es ist extrem schwer herzustellen, und die chemische Situation in den Venuswolken sollte das Molekül zerstören, bevor es sich in den beobachteten Mengen anreichern kann. Aber es ist noch zu früh, um daraus zu schließen, dass es Leben in unserer unmittelbaren Nachbarschaft gibt. Wissenschaftler betonen, dass die Entdeckung erst noch verifiziert werden muss, da der in der Studie beschriebene Phosphin-Fingerabdruck ein falsches Signal sein könnte, das durch die Teleskope oder durch Verarbeitung der Daten entstanden ist.

„Es ist ungeheuer aufregend, aber unsere obligatorische Reaktion darauf ist, dass wir uns zunächst fragen müssen, ob das Ergebnis echt ist“, sagt David Grinspoon vom Planetary Science Institute. „Wenn jemand mit einer außergewöhnlichen Beobachtung daherkommt, die noch nie zuvor gemacht wurde, fragt man sich natürlich, ob er etwas falsch gemacht haben könnte.“

Galerie: Die „Blue Marble“-Serie der NASA: Bilder der Erde von 1972 bis heute

Aber wenn wirklich Phosphin durch die Wolkendecke der Venus schwebt, dann kann das nur zwei Dinge bedeuten, die beide faszinierend sind: Entweder verbinden außerirdische Lebensformen Phosphor- und Wasserstoffatome geschickt miteinander oder aber völlig unerwartete, unbelebte chemische Vorgänge produzieren das Phosphin.

Leben auf einem „ziemlichen Höllenloch“?

Die Venus, der zweite Planet unseres Sonnensystems, wird als eine Art Zwilling der Erde gehandelt. Sie hat etwa die gleiche Größe wie unser Heimatplanet sowie eine ähnliche Schwerkraft und Zusammensetzung. Jahrhundertelang glaubten hoffnungsvolle Menschen, dass ihre Oberfläche von Ozeanen, üppiger Vegetation und grünen Ökosystemen bedeckt sein könnte, die eine zweite Oase für das Leben im Sonnensystem seien.

Dann machte ihnen die Realität einen Strich durch die Rechnung.

Frühe wissenschaftliche Beobachtungen unseres Nachbarplaneten zeigten, dass er eine lebensfeindliche Welt ist, auf der Erdbewohner aus allerlei Gründen nicht überleben könnten. Seine Oberfläche kann Temperaturen von bis zu 482 °C erreichen. Versteckt unter bis zu 100 Kilometer dicken Dunst- und Wolkenschichten wirkt ein knochenzerschmetternder Druck – mehr als das 90-Fache dessen, was wir von der Erdoberfläche kennen – auf die kochend heißen Felsen. Hinzu kommt, dass die Atmosphäre des Planeten hauptsächlich aus Kohlendioxid und Schwefelsäurewolken besteht.

Dennoch ziehen Wissenschaftler seit nunmehr fast 60 Jahren die Möglichkeit in Betracht, dass in der Wolkendecke der Venus Leben existieren könnte. Womöglich gedeiht es dort, wo die Bedingungen etwas freundlicher sind.

Galerie: Die „Blue Marble“-Serie der NASA: Bilder der Erde von 1972 bis heute

„Die Oberflächenbeschaffenheit der Venus lässt es nicht plausibel erscheinen, dass es dort Leben gibt. Aber die Wolken der Venus sind eine ganz andere Geschichte“, schrieben Carl Sagan und Harold Morowitz 1967 in der Fachzeitschrift „Nature“.

Trotz der Säure finden sich in den Wolken die Grundbausteine für das Leben, wie wir es kennen: Sonnenlicht, Wasser und organische Moleküle. Und nahe der Mitte der Wolkenschicht sind die Temperaturen und der Druck eher erdähnlich. „Es herrscht T-Shirt- Wetter und es gibt dort all diese schmackhaften Dinge zum Essen“, sagt Martha Gilmore, eine Planetenwissenschaftlerin der Wesleyan University und Leiterin einer geplanten Mission zur Venus. Sie bezieht sich dabei auf Moleküle in der Atmosphäre des Planeten, die von eventuellen Mikroben verstoffwechselt werden könnten.

Frühe Beobachtungen des Planeten offenbarten, dass Teile seiner Atmosphäre mehr ultraviolettes Licht absorbieren als erwartet. Wissenschaftler vermuteten, dass diese Anomalie das Werk von Mikroben in der Luft sein könnte. Obwohl das Phänomen wahrscheinlich eher auf das Vorhandensein schwefelhaltiger Verbindungen zurückzuführen ist, hat eine Handvoll Wissenschaftler seither die Möglichkeit von Mikroben in der Venusatmosphäre untersucht. Sie haben Szenarien entworfen, die erklären, wie die Mikroben Schwefelverbindungen verstoffwechseln, sich in der konstanten Wolkendecke halten und Lebenszyklen durchlaufen, die durch Ruhephasen in verschiedenen Höhenlagen ermöglicht werden.

„Als ich anfing, darüber zu sprechen, gab es viel Widerstand – vor allem, weil es eine so extrem saure Umgebung ist“, sagt Grinspoon, der seit Mitte der 1990er die Idee des Lebens in den Venuswolken vertritt.

Alles, was wir über das Leben auf der Erde gelernt haben, deutet darauf hin, dass es in jeden noch so kleinen verfügbaren Winkel vordringt. Auf unserem Planeten finden wir Mikroben, die in lebensfeindlichen, korrosiven Umgebungen wie heißen Quellen und Vulkanfeldern gedeihen. Wir wissen auch, dass sich Mikroben regelmäßig an Wolkenpartikel heften, und Wissenschaftler haben Organismen gefunden, die in mehr als neun Kilometern Höhe über der Karibik schwebten. Auf der Erde sind Wolken flüchtig, sodass es unwahrscheinlich ist, dass sich darin dauerhafte Ökosysteme bilden. Aber auf der Venus verspricht die Wettervorhersage noch Millionen, wenn nicht gar Milliarden Jahre lang einen bedeckten Himmel.

„Die Wolken auf der Venus sind dauerhaft, dicht und weltumspannend“, so Grinspoon.

Obwohl die Venus heute kochend heißt ist, deuten Beobachtungen darauf hin, dass sie einst einen Ozean aus flüssigem Wasser hatte. Den größten Teil ihrer Geschichte über könnte die Venus ebenso bewohnbar wie die Erde gewesen sein – bis sich anreichernde Treibhausgase den Planeten irgendwann in den letzten paar Milliarden Jahren von einer Oase in eine heiße Schwefelhölle verwandelt haben. Als die verbrannte Oberfläche weniger lebensfreundlich wurde, wanderten die Lebensformen vielleicht in die Wolken, um ihrem sicheren Tod zu entgehen.

Alles heutige Leben dort wäre „mit größerer Wahrscheinlichkeit ein Relikt einer dominanteren frühen Biosphäre“, sagt Penelope Boston. Die Astrobiologin der NASA hat sich auf die Erforschung von Mikroben an ungewöhnlichen Orten der Erde spezialisiert. Sie ist allerdings skeptisch. „Die Venus ist heute ein ziemliches Höllenloch. Wie viel von diesem uralten Relikt des Lebens hätte dem standhalten können?“

Lebenszeichen: Tödliches Gas

Im Juni 2017 warfen Jane Greaves und ihre Kollegen von der Cardiff University einen Blick auf die Venus. Dafür nutzten sie das James Clerk Maxwell Telescope, das den Himmel im Radiowellenlängenbereich von seinem Standort auf dem Mauna Kea in Hawaii aus absucht. Sie waren auf der Suche nach seltenen Gasen oder Molekülen, die biologischen Ursprungs sein könnten. Unter den Signaturen, die sie entdeckten, war auch die des Phosphingases.

Phosphin ist ein pyramidenförmiges Molekül mit drei Wasserstoffatomen, die mit einem einzigen Phosphoratom verbunden sind.

Nicht lange danach setzte sich Greaves mit Sousa-Silva in Verbindung, die einen Großteil ihres Graduiertenstudiums damit verbrachte herauszufinden, ob Phosphin eine extraterrestrische Biosignatur sein könnte. Sie war zu dem Schluss gekommen, dass Phosphin in der Tat ein Zeichen des Lebens sein könnte – auch wenn es paradoxerweise für alles Sauerstoff atmende Leben auf der Erde tödlich ist.

„Ich war sehr fasziniert von der makabren Natur des Phosphins auf der Erde“, sagt sie. „Es ist eine Tötungsmaschine [...] und beinahe schon eine romantische Biosignatur, weil es ein Zeichen des Todes ist.“

Galerie: Der letzte Blick der NASA auf diesen unheimlichen Mond

Im Jahr 2019 gingen Greaves, Sousa-Silva, und ihre Kollegen ihrer ursprünglichen Phosphin-Beobachtung mit ALMA auf den Grund, einem Observatorium auf einem chilenischen Hochplateau. ALMA ist noch leistungsstärker als das hawaiianische Teleskop und beobachtet den Himmel ebenfalls im Radiofrequenzbereich. Es kann die von den Phosphinmolekülen emittierte und absorbierte Energie auf der Venus nachweisen.

Erneut wies das Team bei seiner Untersuchung Phosphin nach. Diesmal konnten die Wissenschaftler das Signal des Moleküls auf äquatoriale Breitengrade und eine Höhe zwischen 50 und 60 Kilometer eingrenzen, wo die Temperaturen und der Druck für Leben, wie wir es kennen, nicht zu hoch sind. Ausgehend von der Stärke des Signals errechnete das Team, dass Phosphin in einer Menge von etwa 20 ppb vorkommt – also mindestens tausendmal mehr als auf der Erde.

Im äußeren Sonnensystem entsteht Phosphin tief im Innern von Jupiter und Saturn. In der Nähe der Kerne der Gasriesen sind die Temperaturen und der Druck extrem genug, um das Molekül herzustellen, das dann durch die Atmosphäre aufsteigt. Aber auf felsigen Planeten, wo die Bedingungen wesentlich weniger extrem sind, gibt es keine bekannte Möglichkeit, Phosphin in Abwesenheit von Leben herzustellen. Das ist energetisch einfach zu aufwändig. Mit anderen Worten: Wenn sich die Beobachtung von Phosphin in der Venusatmosphäre bestätigt, muss dort irgendeine Quelle das Molekül ständig nachproduzieren.

„Leben ist das Einzige, was Energie in die Herstellung von Molekülen investiert“, sagt Sousa-Silva. „Ansonsten findet Chemie im Universum nur dann statt, wenn sie energetisch günstig ist.“

Der Astrobiologe Dirk Schulze-Makuch von der Technischen Universität Berlin hat die Hypothese von Leben in den Venuswolken ebenfalls in Betracht gezogen. Auch er glaubt, dass eine biologische Erklärung für das Phosphin möglich wäre. Allerdings verweist er darauf, dass auch andere unbekannte geologische oder lichtinduzierte chemische Reaktionen das Signal erklären könnten. „Die Venus ist im Grunde immer noch ein fremder Planet“, sagt er. „Es gibt eine Menge Dinge, die wir nicht verstehen.“

Das Studienteam wollte deshalb herausfinden, ob und wie Phosphin auf der Venus auch ohne belebte Prozesse erzeugt werden könnte. Zu den von den Wissenschaftlern untersuchten Szenarien gehörten vulkanische Ausgasung, heftige Blitzeinschläge, aneinander reibende tektonische Platten, Wismutregen und kosmischer Staub. Basierend auf den Berechnungen des Teams konnte allerdings keines dieser Ereignisse das Molekül in einer solchen Dichte produzieren.

„Ob es nun von Lebewesen erzeugt wird oder nicht – es muss ein wirklich exotischer Mechanismus sein“, sagt Sousa-Silva. „Dort geht etwas Seltsames vor sich.“

Rückkehr zur Venus

Der Wissenschaftler John Carpenter des ALMA-Observatoriums ist dennoch skeptisch, ob die Phosphin-Beobachtungen genauerer Prüfung standhalten. Das Signal ist schwach, und das Team musste die Daten sehr ausgiebig verarbeiten lassen, um es überhaupt sichtbar zu machen. Diese Verarbeitung, so sagt er, könnte ein künstliches Signal mit der gleichen Frequenz wie Phosphin erzeugt haben. Er weist auch darauf hin, dass für die molekulare Fernidentifizierung standardmäßig die Entdeckung mehrerer Signale für dasselbe Molekül nötig ist, die auf unterschiedlichen Frequenzen im elektromagnetischen Spektrum auftauchen. Das ist etwas, was das Team mit Phosphin noch nicht getan hat.

„Sie haben die richtigen Schritte unternommen, um das Signal zu verifizieren, aber ich bin immer noch nicht davon überzeugt, dass es echt ist“, sagt Carpenter. „Wenn es echt ist, ist es ein sehr cooles Ergebnis. Aber es muss noch weiter überprüft werden, damit es wirklich überzeugend ist.“

Sousa-Silva stimmt zu, dass das Team den Phosphin-Nachweis auf anderen Wellenlängen noch bestätigen muss. Sie und ihre Kollegen hatten solche Beobachtungen mit Hilfe des fliegenden Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy sowie der Infrared Telescope Facility der NASA geplant. Allerdings kam ihnen COVID-19 in die Quere und die Versuche des Teams wurden vorerst auf Eis gelegt.

„Es ist enttäuschend, dass wir diesen Beweis nicht haben“, sagt Sousa-Silva.

Trotzdem sei die Entdeckung aufregend genug, um die Suche fortzusetzen – und zwar am besten aus einer viel näheren Perspektive, sagt Sanjay Limaye, ein Planetenforscher an der University of Wisconsin-Madison. „Es ist faszinierend, dass das womöglich auf seltsame Vorgänge in der Venusatmosphäre hinweist. Aber ist es exotische Chemie oder ist es Leben?“, sagt er. „Wir müssen auf Entdeckungsreise gehen und es herausfinden.”

Die vorläufige Entdeckung von Phosphin dürfte die Rufe nach einer Rückkehr zur Venus lauter werden lassen. Es ist eine Reise, die manche für längst überfällig halten, wenn man bedenkt, dass die NASA 1989 das letzte Mal eine Sonde zu dem Planeten schickte. Schulze-Makuch zufolge liegt es absolut im Bereich des Möglichen, eine Mission durchzuführen, bei der eine Raumsonde durch die Venuswolken fliegt und Gas und Partikel sammelt, um sie zur Erde zurückzubringen.

Galerie: Astrobiologie - Gibt es Leben im All?

Mehrere Missionsvorschläge werden derzeit geprüft, darunter ein ausgeklügeltes Konzept für mehrere Raumfahrzeuge unter der Leitung von Gilmore von der Wesleyan University. Gilmores Vorschlag umfasst mehrere Orbiter und einen Ballon, der die Venusatmosphäre genau untersuchen und nach Lebenszeichen Ausschau halten soll.

Was die unmittelbarere Zukunft betrifft, so ist eine kleinere Mission zur Erforschung der tiefen Atmosphäre der Venus mit dem Namen DAVINCI+ ein möglicher Kandidat. Das Projekt ist einer der vier Finalisten im Wettbewerb des Discovery-Programms der NASA. Die nächste Missionsauswahl ist für das Jahr 2021 geplant.

„Die Venus ist ein so komplexes, erstaunliches System, und wir verstehen es nicht. Und sie ist eine zweite Erde. Sie hatte wahrscheinlich Milliarden Jahre lang einen Ozean, und sie liegt genau vor unserer Nase. Wir müssen einfach nur dorthin“, sagt Gilmore. „Wir haben jetzt die Technologie, um in die Atmosphäre der Venus zu gelangen. Es ist machbar.”

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