Panspermie - Bausteine, die vom Himmel fallen (Teil 1 - Heidelberg-Initiative und Grundbegriffe)Damit Leben entsteht, müssen die richtigen Zutaten zur richtigen Zeit am richtigen Ort in der richtigen Zusammensetzung zusammen finden.
So ein oft gehörter Einwand von kreationistischer Seite.
Und sowas geht ja nicht in einer lebensfeindlichen Umgebung.
Leben fällt ja nicht vom Himmel. Oder etwa doch?
Dieser wahrlich existenziellen Frage widmen sich Wissenschaftler der "Heidelberg Initiative for the Origins of Life". Sie gehen noch einen Schritt weiter und untersuchen die Bedingungen, unter denen Leben entstehen kann.
Es betrifft mal wieder die großen Fragen:
Wie entstand das Universum? Wie entstand die Erde? Wie entstand das Leben? Gibt es das auch woanders oder sind wir allein in den Weiten des Alls?
Wissenschaftler auf der ganzen Welt versuchen sich diesen Rätseln zu nähern und erringen in der Regel Teilantworten. Und lange Zeit gab es eine klare Trennung der Zuständigkeiten: Für das Weltall und die Planeten sind Astronomen und Physiker verantwortlich, für das Leben Biologen und Chemiker. Aber neuere Forschungsfelder zwingen dazu, diese Trennung aufzugeben und Spezialwissen zusammen zu werfen.
In Heidelberg hat man sich zum Beispiel zusammen gesetzt. Die obige Initiative, gegründet vom Direktor am Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie, Thomas Henning, vereint Forscher aus Chemie, Physik den Geowissenschaften und den Biowissenschaften.
Auslöser war die Entdeckung von immer mehr Gesteinsplaneten bei anderen Sternen. Mitlerweile ist klar, dass es von denen mehr gibt, als von jupiterähnlichen Gasriesen, die anfangs deutlich leichter zu entdecken waren. Allein in unserer Milchstraße sind es Hochrechnungen nach mehrere Milliarden. Es erscheint plausibel, anzunehmen, dass es auf irgendeinem - ja wohl auf mehreren - ebenfalls Leben geben könnte oder zumindest Umweltbedingungen herrschen, die die Entstehung von Leben, wie wir es kennen, begünstigen.
Und genau da setzt die Arbeit der Heidelberger an:
Es geht nicht nur darum, wie Leben auf der Erde entstanden sein könnte, sondern wie ganz allgemein die Bedingungen sein müssen, damit so etwas passiert. Eben auch auf extrasolaren Planeten.
2017 gab es eine Veröffentlichung vom Institut in Zusammenarbeit mit der McMaster University aus Kanada. Es gab Lob und Kritik. Letzteres von angestammten Origin-of-life-Wissenschaftlern. Was verstehe immerhin ein Astronom von Biomolekülen, selbst wenn er sich mit Astrochemie auskennt? Astronomen können aber durchaus zu den Fragen beisteuern, welche Bedingungen wohl geherrscht haben, als sich die ersten Lebensmoleküle bildeten oder deren Vorformen und warum es passierte.
Doch was ist eigentlich Panspermie?Panspermie ist die Hypothese, die besagt, dass sich einfache Lebensformen über große Distanzen durch das Universum bewegen und so die Anfänge des Lebens auf die Erde brachten. Dabei leitet sich das Wort aus dem Altgriechischen ab, "pan" für alles und "sperma" für Samen. Grob übersetzt der "All-Samen". Entweder in seiner Bedeutung "Same aus dem Weltall" oder "Der Same für alles".
Die Vertreter dieser Hypothese versuchen damit den scheinbaren Widerspruch zwischen der Komplexität des Lebens auf der einen Seite und der vergleichsweise kurzen Zeit für seine Entstehung auf der anderen Seite zu lösen. Von den meisten Wissenschaftlern wird die Panspermie jedoch bisher als reine Spekulation betrachtet, da bislang nur auf der Erde Leben nachgewiesen werden konnte.
Überlegungen dazu gab es bereits durch den griechischen Philosophen Anaxagoras (499-428 v.u.Z), die durch Aristoteles (384-322 v.u.Z) Überlegungen zur spontanen Lebensentstehung wieder in Vergessenheit gerieten. Für die Juden, die Christen und die Muslime stellte sich in den darauffolgenden Jahrhunderten diese Frage nicht.
Erst mit Charles Darwins (1809-1882) Begründung der biologischen Evolutionstheorie (1859) und Louis Pasteurs (1822-1895) Experimenten zur Frage der Urzeugung (
generatio aequivoca, 1884) ergab sich für die Wissenschaft erstmals sehr deutlich das Problem, wie die ersten Lebewesen auf der Erde entstanden.
Ernst Heackel formulierte 1866 die Auffassung der primären Urzeugung, Archigonie oder Autogenie. Die Panspermie hatte ebenfalls sehr berühmte Vordenker:
Der Schwede Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) führte die chemische Symbolsprache mit den Buchstaben für die chemischen Elemente ein und bestimmte erstmals eine Vielzahl der Atommassen von Elementen genau. Er entwickelte ein erstes Modell zum Verständnis der Elektrolyse und zu Stoffumsetzungen durch die Annahme einer positiven und einer negativen Ladung in jedem Teilchen und stellte damit die Chemie auf wissenschaftliche Füße.
Beinahe wäre dieser Naturwissenschaftler aber nie geworden, da er sich bis zur Teilnahme an den elektrischen Versuchen seines Stiefbruders Kristofer Ekmarck kein sonderliches Interesse für Naturwissenschaft hatte. 1802 schrieb er seine Dissertation "Effekte von galvanischer Elektrizität" und wies nach, dass der damals modische Galvanismus keinen praktischen medizinischen Nutzen zeigte. Für diese Dissertation begann er schon mit elektrochemischen Experimenten und baute dafür eine Volta'sche Säule (Batterie). Berzelius’ Veröffentlichung zur Elektrochemie beeinflusste auch Humphry Davy, der 1806 erfolgreich elektrochemische Experimente durchführte, welche diesem, zur Enttäuschung von Berzelius, eine viel höhere Anerkennung eintrugen. Und er gebrauchte erstmals den Begriff "organische Chemie".
Der bereits erwähnte Franzose Louis Pasteur war Chemiker, Physiker, Biochemiker und Mitbegründer der Mikrobiologie, der entscheidende Beiträge zur Vorbeugung gegen Infektionskrankheiten durch Impfung geleistet hat. Eine seiner ersten Arbeiten war die Entwicklung der Stereochemie, mit der er auf die Asymetrie von Molekülen schließen konnte. Mit dieser konnte er nachweisen, dass an der Gärung, entgegen der konkurrierenden Hypothese sie sei rein chemisch (vertreten durch Justus Liebig und Jöns Jakob Berzelius), Lebewesen beteiligt waren. Gleichzeitig galt damit die seit der Antike diskutierte Frage, ob unter Alltagsbedingungen Leben spontan entstehen kann, als entschieden. Bei seinen Studien entdeckte er auch Mikroorganismen, die für ihre Stoffwechselprozesse keinen Sauerstoff benötigen. Eine praktische Umsetzung seiner Arbeiten war ein Verfahren zur Haltbarkeitmachung flüssiger Lebensmittel, die Pasteurisierung.
1863 gelang es ihm, zwei Körperflüssigkeiten zu konservieren, ohne sie zu erhitzen: Urin und Blut. Er gewann sie direkt aus den Venen beziehungsweise der Harnblase von Tieren. Solange er sie nur keimfrei gemachter Luft aussetzte, veränderten sie sich nicht. Das war auch ein wesentlicher Beitrag zum aseptischen Arbeiten.
1877 wurde Pasteur vom britischen Wissenschaftler Henry Charlton Bastian herausgefordert, der sponatane Lebensenstehung in sterilem Urin beobachtet hatte. Die Untersuchungskommision trat nie zusammen. Auf Bastians Protest hin untersuchten Pasteurs Mitarbeiter Jules Joubert und Charles Chamberland den Aufbau des Eyperiments und stießen dabei auf erstaunlich hitzeresistente Mikroorganismen.
In einer unveröffentlichten Notiz von 1878 spekulierte Pasteur darüber, dass die spontane Entstehung von Leben doch möglich sein müsse, weil sie am Anfang des Lebens gestanden haben müsse (#1).
Der deutsche Arzt Hermann Richter (1808-1876) machte sich durch seine vielseitige medizinschriftstellerische Tätigkeit bekannt, bemühte sich um eine zeitgemäße Medizinalreform, suchte Therapien auf eine naturwissenschaftliche Basis zu stellen und veranlasste 1872 die Gründung des deutschen Ärztevereinsbundes.
Der britische Physiker William Thomson, 1. Baron Kelvin, besser bekannt als Lord Kelvin (1824-1907) hat bahnbrechende Ideen auf den Gebieten der Elektrizitätslehre und der Thermodynamik vorangetrieben. Die Einheit Kelvin wurde nach ihm benannt, mit der er im Alter von 24 Jahren die thermodynamische Temperaturskala einführte. Außerdem war er der erste, der das Kraftlinien-Konzept von Michael Faraday mathematisch formulierte. Die Theorien von Thomson aus den 1850er Jahren waren von wesentlichem Einfluss auf James Clerk Maxwells eigene dynamische Theorie der Elektrizität und des Magnetismus, einschließlich von Licht als elektrodynamischer Erscheinung. Aber Thomson lehnte dessen Theorie lange Zeit ab, ebenso das Atom-Konzept und war Gegner der Ideen Ernest Rutherfords zur Radioaktivität.
Er redete auch bei der Evolutionstheorie mit und schätzte 1862 das Alter der Erde auf 25-400 Millionen Jahre, wobei 98 Millionen Jahre der wahrscheinlichste Wert sei. 1869 erklärte er, dieser Zeitraum sei zu kurz für die von Darwin angenommenen Mechanismen und schlug vor, das Leben habe mit einem Meteoriten die Erde erreicht. Die Entstehung des Lebens grenzte er später auf 24,1 Millionen Jahre ein. Zu diesem Ergebnis kam er aufgrund der noch vorhandenen Erdwärme, von der niemand zu dem Zeitpunkt wusste, dass sie durch radioaktive Prozesse gespeist wird. Als später Messungen des radioaktiven Zerfalls zu höheren Werten führten, revidierte er seine Meinung nicht.
Er hob seine thermodynamischen Berechnungen über die "vagen Beobachtungen" von Geologen, wie etwa Darwin, der abschätzte, dass es ca. 300 Millionen Jahre gedauert haben müsse, bis ein 500 Fuß (ca. 130 Meter) hohes Kalkstein-Kliff im Süden Englands durch das Meer abgetragen wurde (#2). Der Lord bezweifelte dieses Ergebnis auch, weil er 1862 als dauerhafteste Energiequelle für die Sonnenstrahlung die von Helmholtz vorgeschlagene Freisetzung gravitativer Bindungsenergie vermutete. Unter der Annahme, dass die Sonnenmasse stark zum Zentrum hin konzentriert sei, wäre ihr Alter unter 100 Millionen Jahren (#3). Den radioaktiven Zerfall, den Ernest Rutherford 1904 als Quelle der Erdwärme noch zu seinen Lebzeiten Lord Kelvins vorschlug, wollte er nicht annehmen. Die Entdeckung der Kernfusion, die die Energieabgabe der Sonne über geologische Zeiträume erklärte, erlebte er nicht mehr.
Der deutsche Physiologe und Physiker Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821-1894), war einer der einflussreichsten Naturwissenschaftler seiner Zeit und leistete wichtige Beiträge zur Optik, Akustik, Elektrodynamik, Thermodynamik und Hydrodynamik. Beispielsweise gelangte Helmholtz zu Beginn seiner wissenschaftlichen Arbeit durch physiologische Untersuchungen über Gärung, Fäulnis und die Wärmeproduktion der Lebewesen (die er hauptsächlich auf Muskelarbeit zurückführte) zur Ausformulierung des Energieerhaltungssatzes, also eines elementaren Gesetzes der Physik. Er wies den Ursprung der Nervenfasern süß Ganglienzellen nach, entwickelte den Augenspiegel, maß die Nervenleitgeschwindigkeit bei Fröschen (#4, #5), verhalf der additiven Theorie Thomas Youngs des Farbensehens zum Durchbruch, wobei er zeigte, dass drei Grundfarben - im Gegensatz zu Young, der sechs annahm - zur Erzeugung aller anderen genügen, vermutete drei Arten von Farbrezeptoren, erfand 1851 das Ophthalmometer und 1857 das Telestereoskop, entwickelte eine mathematische Theorie zur Erklärung der Klangfarbe durch Obertöne, die Resonanztheorie des Hörens und darauf basierend "Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik" (1863), stellte die Wirbelsätze auf, untersuchte Wirbelstürme, Gewitter und Gletscher und begründete damit die wissenschaftliche Meteorologie, erfand die Helmholtz-Spule und den Helmholtz-Resonator. u.s.w.
Zu den herausragendsten späteren Leistungen von Helmholtz zählen die drei Abhandlungen über die "Thermodynamik chemischer Vorgänge" (1882/1883). Hier wandte Helmholtz die Hauptsätze der Thermodynamik auf die Elektrochemie an. Er führte den Begriff der freien Energie ein, mittels der sich voraussagen lässt, ob eine chemische Reaktion nach Gesetzen der Thermodynamik (Gibbs-Helmholtz-Gleichung) möglich ist.
All diese klugen Köpfe führten der Panspermie-Hypothese vergleichbare Gedanken an, oft aber nicht immer mit dem Postulat der Ewigkeit des Lebens verbunden, was letztendlich einer der Kritkpunkte wurde.
#1 - Louis Pasteur: Sur l’origine de la vie. Unvollständige Wiedergabe in Pasteur Vallery-Radot (Hrsg.): Œuvres de Pasteur. Band 7: Mélanges scientifiques et littéraires. Masson, Paris 1939, S. 30 f. Vollständigere Version in Patrice Pinet: Pasteur et la philosophie. Harmattan, Paris 2004, S. 63 f.
#2 - Heuel-Fabianek, B. (2017): Natürliche Radioisotope: die "Atomuhr" für die Bestimmung des absoluten Alters von Gesteinen und archäologischen Funden. Strahlenschutz Praxis, 1/2017, S. 31-42.
#3 - William Thomson: On the Age of the Sun’s Heat. In: en:Macmillan's Magazine. 5, 1862, S. 388-393.
#4 - Henning Schmidgen: Die Helmholtz-Kurven. Auf der Spur der verlorenen Zeit. Merve Verlag, Berlin 2009.
#5 - Franziska Roeder, Ein Mikroskop für die Zeit, Magisterarbeit an der Humboldt-Universität zu Berlin, 2011.
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