Neues aus der Reihe “Arsen und Spitzenhäubchen”

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Donnerstag, der 02. Dezember 2010 – ein historischer Tag: die NASA kündigt eine Pressekonferenz zum Thema “Außerirdisches Leben” an. Ein banges Rätselraten beginnt. Kommen sie in Frieden, wollen sie uns unterjochen – oder haben sie es nur auf unsere Katzen abgesehen?

Um 20 Uhr (MEZ) war es dann soweit und die Pressekonferenz sollte das gemeine Volk aufklären. Schnell wurde mir klar, dass ich ein wenig voreilig gehandelt hatte und ich schob meine selbstbemalten Plakate “Nehmt mich mit!” schnell unter das Sofa.

“Wir kommen in Frieden. Und bringen Muffins.” (Bild: soapylove)

Es wurde nämlich keine außerirdische Lebensform irgendwo im Universum gefunden, das Fundstück befindet sich direkt unter uns, hier auf der Erde. Es handelt sich dabei um das Bakterium mit dem poetischen Namen GFAJ-1 aus dem stark arsenhaltigen Mono Lake in Kalifornien. Was ist an diesem Bakterium also so besonders, dass es seine eigene Pressekonferenz verdient?

Jede Lebensform auf diesem Planeten, die wir kennen, besteht aus vier Grundsubstanzen: Lipide, Enzyme, Nucleinsäuren und Liebe Kohlenhydrate. Zur Synthese dieser Molekülbasis benötigen die Lebewesen Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel. Jede bisher untersuchte Lebensform benötigt Quellen dieser Elemente um zu leben und kann keines dieser Elemente durch ein anderes Element ersetzen.
Im Science-Fiction-Genre jedoch nichts Neues ist der Gedanke, dass außerirdische Lebensformen auf gänzlich anderen Elementen aufbauen. So ist die auf Silicium statt Kohlenstoff basierende Lebensform schon seit Jahrzehnten der Renner. Silicium befindet sich im Periodensystem der Elemente in der 3. Periode in der selben Hauptgruppe wie Kohlenstoff, besitzt die selbe Anzahl an Valenzelektronen1 und somit ähnliche chemische Eigenschaften. Jedoch hat Arsen in der Realität nun vor Silicium das Rennen gemacht. Arsen befindet sich in der 4. Periode und der 5. Hauptgruppe, eine Periode weiter als Phosphor. Phosphor und Arsen besitzen nicht nur die gleiche Anzahl an Valenzelektronen, sie haben beide auch beinahe den gleichen Radius. Die Ähnlichkeit von Arsen und Phosphor ist auch Grund für die Giftigkeit von Arsen: Der Organismus baut Arsen statt Phosphor in der Biosynthese neuer Makromoleküle ein und wichtige Stoffwechselfunktionen funktionieren nicht mehr.

NomNomNom. So mag ich mein Arsen. (Bild: Wikipedia)

GFAJ-1 wächst im Labor jedoch auf einem Medium,2 dass keinerlei Phosphor, dafür aber jede Menge Arsen enthält. Bei molekularbiologischen Untersuchungen wurde entdeckt, dass das Arsen fest an die DNA gebunden ist. Es kann davon ausgegangen werden, dass GFAJ-1 Arsen statt Phosphor in seine DNA einbauen kann. Weiterhin wurden in den Bakterien geringe Mengen Phosphor entdeckt, die von Bakterien stammen sollen, mit denen das Phosphor-Mangelmedium beimpft wurde. Diese Mengen sind jedoch laut Felisa Wolfe-Simon3 viel zu gering um die alle Moleküle, die Phosphor benötigen, der Bakterien, die es sich auf dem Medium gutgehen ließen, aufzubauen. GFAJ-1 muss es also geschafft haben, Phosphor durch Arsen zu ersetzen, ohne dass der Stoffwechsel zerstört wird.
Wie GFAJ-1 es schafft, sich vor der Toxizität von Arsen zu schützen und dieses an Stelle von Phosphor problemlos einbauen zu können ist Thema weiterer Forschung.

Schön und gut, was hat das nun mit Außerirdischen zu tun?
Die NASA unterstützt die Suche nach außerirdischem Leben im All. Wir kennen jedoch nur die irdische Form von Leben und gehen in unserer Borniertheit davon aus, dass dies die einzige mögliche Art des Lebens ist, was sich u.A. in der essentiellen Rolle von Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel äußert. Klare Sache, das heißt also überall im Universum basiert das Leben auf diesen sechs Elementen. Dass wir mit unserer irdischen Sichtweise irren zeigt uns nun ein Erdling – das Leben kann auch anders funktionieren! Wenn es irgendwo dort draußen wirklich noch Leben gibt, dann wird es mit Sicherheit nicht so aussehen wie wir. Nicht auf molekularer und schon gar nicht auf morphologischer Ebene. Selbst der katzenvertilgende Alf ist noch zu menschlich. GFAJ-1 lehrt uns nun, dass wir nach viel mehr als H, C, N, O, P, S, zwei Augen, fünf Fingern und einem Hut Ausschau halten müssen, damit uns unsere Nachbarn nicht durch die Lappen gehen.

Aber was wäre Forschung ohne Kontroversen? Mein Artikel beruht auf der Annahme, dass im Labor von Felisa Wolfe-Simon sauber gearbeitet wurde und die Schlussfolgerungen den Ergebnissen angemessen sind. Da ich weder Molekular- noch Mikrobiologin bin, überlasse ich die Diskussionen über mögliche Fehler in der Arbeitsweise und falsche Schlussfolgerungen anderen, die sich besser damit auskennen4 . Als Freundin der Science-Fiction wäre eine solche Entdeckung eine feine Sache für mich, klärte mich doch Erich von Däniken früh darüber auf, dass Außerirdische statt aus Kohlenstoffverbindungen auch aus Siliciummakromolekülen bestehen könnten.

Mehr findet ihr hier:
Pressekonferenz der NASA vom 03.12.10
GFAJ-1

  1. Elektronen auf der Außenschale des Atoms. Die Anzahl der Valenzelektronen ist bei Hauptgruppenelementen entscheidend für die chemischen Eigenschaften. []
  2. Nicht diese transzendenten Bewustseinsspinner sondern das biologische Nährmedium. []
  3. Felisa Wolfe-Simon, Ph.D. ist die Leiterin der Arbeitsgruppe, die diese Entdeckung gemacht hat – mehr über sie hier. []
  4. So wird z.B. hier das Testdesign kritisiert und auseinandergenommen: Rrressearch []
Kurzlink
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7 Antworten auf Neues aus der Reihe “Arsen und Spitzenhäubchen”

  1. Lars sagt:
    #1

    “[Extraterrestrisches] Leben […] wird […] mit Sicherheit nicht so aussehen wie wir[,] […] schon gar nicht auf morphologischer Ebene.”

    Warum?

  2. Andi sagt:
    #2

    Ich kann nicht Kerstins Gedanken raten (wir sind hier ja nicht bei Misfits, what?) aber meine Idee wäre: Nur auf einem Planeten, der exakt unseren Konfigurationen entspricht, sähe auch Leben so aus wie bei uns. Also: Stern unserer Sonnenklasse, gleiches Alter (weil Lichtzusammensetzung), Planet in habitabler Zone, Planet mit Erdmasse (größere Masse: Exoskelett; kleinere Masse: groß gewachsene Lebeweisen; noch kleinere Masse: nicht genug Gravitation um Atmosphäre zu halten), alle zufälligen, evolutionären Prozess gleich ablaufend.
    Das sind viele Bedingungen (und ich werde sicherlich nicht an alle gedacht haben), die erfüllt sein müssen, damit wir (identische) Klone irgendwo haben.

    (Andererseits gibt’s ein bekanntes, exobiologisches Argument, dass wenn es irgendwo Leben gibt, das so aussieht wie bei uns, denn wir sind augenscheinlich der darwinistisch beste (und einzige) Weg, wie Leben sein kann.)

  3. Dohm sagt:
    #3

    Man darf nicht Leben, intelligentes Leben und humanoide Lebensformen durcheinanderbringen, das sind gleich mehrere paar Stiefel.

    Abgesehen davon gibt es schon gewisse physikalische Zwänge (denen zu großen Teilen auch potentielles extraterrestrisches Leben unterworfen sein dürfte), die Ähnlichkeiten begünstigen; das kann natürlich einerseits einzelne Körperpartien (zum Beispiel zur Stoffaufnahme) betreffen, oder die Organisation eines gesamten Organismus.

    Im Allgemeinen möchte ich die Beschäftigung mit dem Begriff der Konvergenz anempfehlen, danach fühlt man sich etwas klüger. Ebenfalls interessant dazu (und noch grundlegender) kann man sich mal das Konzept von modularen und unitaren Organismen anschauen.

  4. Knox sagt:
    #4

    Selbst auf einem Planeten, welcher exakt die Konfigurationen der Erde hätte wäre es nicht zwangsweise so, dass das Leben sich so entwickelt wie auf der Erde.
    Zur Evolution gehört, dass sie ungerichtet ist und damit auch der Zufall eine Rolle spielt.
    Nur die auswahl auf basis der Selektion führt zu einer Konfiguration der Organismen, welche gut angepasst sind.
    Die Art der Veränderungen ist von zufälligen Veränderungen des Erbguts, aber auch von zufälligen Umwelteinflüssen abhängig. So kann auch ein nahezu perfekt angepasstes Individuum einer Naturkatastrophe zum Opfer fallen und deshalb seine womöglich einzigartige Anpassung nicht an die Nachkommen weitergeben, das bezeichnet man als Drift.
    Wenn zu Beginn der Entstehung des Lebens nun einfach andere zufällige Veränderungen am Erbgut stattfinden, oder auch einfach bestimmte Vorläufer aufgrund von Naturkatastrophen zufällig aussterben, so könnte das Leben anders aussehen.
    Wären zum Beispiel auf der Erde die Vorläufer der Wirbeltiere ausgestorben, wer weiß ob dann gigantische Insekten, Quallen, Schnecken oder irgendetwas aus unserer Sicht undefinierbares bis zum heutigen Tage eine Intelligenz entwickelt hätte.
    Es ist unmöglich vorherzusagen wie ein außerirdischer Organismus aussehen würde. Das gilt sowohl für die Morphologie, als auch für die Biochemie, wie wir am Beispiel von GFAJ-1 sehr schön sehen können, obwohl dieser Organismus auf der Erde lebt. Die einzige relativ wahrscheinliche Vorhersage wäre ein Zellulärer aufbau fremder Organismen, doch selbst hier könnten andere mögliche Formen existieren.
    Damit sind wir nur der beste darwinistische Weg welcher übrig geblieben ist, jedoch mit Sicherheit nicht der einzige der möglich wäre.

  5. André sagt:
    #5

    Die gigantischen Insekten funktionieren z.B. eben nicht ;) Der Stoffwechsel braucht Sauerstoff, den bekommen Insekten (wenn ich das richtig verstanden habe) über Diffusion durch ihr Exoskelett. Das klappt bei kleinen Größen gut, weil dort das Verhältnis Oberfläche/Volumen recht groß ist.
    Vergrößerst du ein Insekt z.B. um den Faktor 2 in der Länge, vergrößert sich die Oberfläche um den Faktor 4 und das Volumen um 8 (natürlich ist es nicht ganz so einfach, aber ich gehe hier mal vereinfacht von den kastenförmigen Arbeiterameisen castus formicidae aus :) ). Mein Punkt ist jedenfalls, dass das Verhältnis Oberfläche/Volumen kleiner wird, damit aber auch der zur Verfügung stehende Sauerstoff abnimmt (im Verhältnis zum Volumen). Somit ist es verdammt unwahrscheinlich, große Kreaturen mit Exoskelett zu bekommen, die darüber Sauerstoff aufnehmen.

    Aber natürlich hast du Recht, dass es ein statistischer Prozess ist, der durch extreme Ereignisse beeinflusst wird.

    Eigentlich könnte ich da noch ganz viel zu schreiben (werde ich vielleicht auch mal ;) )… aber ich lern jetzt mal weiter.

  6. Knox sagt:
    #6

    Insekten wie wir sie kennen atmen über Tracheen, welche ebenfalls vom Chitinpanzer überzogen sind und daher auch mit gehäutet werden können.
    Allerdings reden wir hier von einer hypothetischen Entwicklung und damit sind auch ganz neue Atmungsorgane möglich, ebenso wie ein vollständig anderes Atmungssystem. Es geht also nur noch um das Exoskelett, welches nicht zwangsmäßig das Atmungssystem mit umfassen muss.
    Der Begriff Insekt ist damit zwar ziemlich weit ausgelegt, aber bei einer solchen hypothetischen Überlegung muss man vom nähesten Verwandten ausgehen.
    Eine genaue Definition ist wohl kaum möglich…

    Ich könnte hier ebenfalls noch einen Seitenlangen Aufsatz schreiben, hab aber so schon mehr als genug zu tun. (Vielleicht tauschen wir uns ja später mal genau aus ;-) )

  7. André sagt:
    #7

    Sehr gerne!