Leben im Kosmos

Zufall oder Notwendigkeit?

Grazyna Fosar und Franz Bludorf

Die Entstehung des Lebens auf der Erde kann in zwei Phasen unterteilt werden. Den Übergang zwischen beiden Phasen markiert der Moment, an dem das erste selbstreplizierende Molekül, vermutlich die RNA, auftrat. Die erste Phase war allein von den Gesetzen der Chemie bestimmt. In der zweiten Phase kam noch die Selektion hinzu, ein notwendiger Begleitumstand, da es bei der Selbstreplikation unvermeidlich zu Fehlern kommt. Die Betrachtung der beiden Phasen lassen vermuten, daß sich Leben nahezu zwangsläufig entwickeln mußte unter den physikalisch-chemischen Bedingungen, die am Ort seiner Entstehung vorherrschten. Daher erscheinen extrasolare Planeten mit ähnlichen Bedingungen als mögliche Entstehungsorte außerirdischen Lebens.

Der Biochemiker Christian de Duve vertritt die Hypothese, daß die Entstehung des Lebens im Kosmos zwangsläufig erfolgte. Anstatt des „einmaligen Zufalls“, der zur Lebensentstehung auf der Erde führte, prägte er den Begriff des Lebens als „kosmischer Imperativ“.

In seiner Argumentation bezieht sich Christian de Duve ausschließlich auf mögliches außerirdisches Leben, das dem auf der Erde in seinen grundlegenden Eigenschaften gleicht, insbesondere aus DNA, RNA und Proteinen aufgebaut ist. Lebensformen, die auf einer vollkommen anderen Chemie basieren, werden hier ausgeschlossen, da sie bislang rein spekulativ sind. Er schließt aber auch hypothetische außerirdische Lebensformen aus, die mit dem Leben auf der Erde einen gemeinsamen Ursprung haben, sondern befaßt sich nur mit der Möglichkeit, ob erdähnliches Leben anderswo unabhängig von der Erde entstehen konnte. In seinen Publikationen verteidigt de Duve den Standpunkt, daß Leben eine zwangsläufige Manifestation der Materie ist, die zum Bauplan des Universums gehört, und daß Leben an zahlreichen Orten entstanden sein muß, möglicherweise sogar intelligentes Leben.

Nach wie vor der wichtigste Beweis für diese These sind die Experimente von Stanley Miller aus den fünfziger Jahren. Diesen Experimenten zufolge entstehen unter recht einfachen physikalischen Bedingungen, wie sie auch auf der frühen Erde herrschten, aus anorganischer Materie in kürzester Zeit Aminosäuren und andere organische Lebensbausteine. Diese Erkenntnisse werden unterstützt durch neuere Untersuchungen von Kometen und Meteoriten, die zeigen, daß derartige Moleküle spontan in vielen Regionen unseres Sonnensystems entstehen bzw. entstanden sind. Spektraluntersuchungen ergaben, daß dies auch für andere Sternsysteme gilt. Die chemische Saat des Lebens existiert also nicht nur auf der Erde, sondern überall im Universum.

„LUCA“ - Urvater des Lebens

Man weiß heute, daß alle heutigen Lebensformen auf der Erde auf einen gemeinsamen Urvater zurückgehen, eine primitive Lebensform, die vor etwas mehr als 3,45 Milliarden Jahren existierte und LUCA genannt wird („Last Universal Common Ancestor“ – „Letzter universeller gemeinsamer Vorfahr“). Es besteht kein Zweifel mehr, daß LUCA existiert hat. Alle bekannten Lebensformen, von Prokaryoten über Pflanzen, Pilze bis hin zu Tieren und Menschen, haben bestimmte gemeinsame genetische Merkmale, die beweisen, daß sie alle von einem solchen gemeinsamen Vorfahren abstammen müssen. Um also festzustellen, ob Leben anderswo im Universum entstehen konnte, muß man nur den Entwicklungsweg verfolgen, der von den überall vorhandenen einfachen biologischen Bausteinen zur Entstehung von LUCA führte. Dieser Weg ist allerdings bislang unbekannt, mit der einzigen Ausnahme, daß man ihn in die zwei oben genannten Phasen unterteilen kann.

Da die uns bekannte Chemie streng deterministisch ist, ist die erste Phase bis zur Entstehung selbstreplizierender Moleküle immer noch als zwangsläufig anzusehen. Wäre es anders, gäbe es in chemischen Prozessen auch nur das kleinste Zufallsmoment, wäre es zu riskant, überhaupt chemische Labore und Fabriken zu bauen. Die Entstehung selbstreplizierender Moleküle wie der RNA oder DNA ist also immer noch als zwangsläufig aufzufassen, so daß diese Entwicklung mit fast sicher erscheinender Wahrscheinlichkeit auch anderswo im Universum stattgefunden hat oder stattfindet.

Mit der Selektion ist es anders. Durch die Selbstreplikation kommt die Selektion automatisch ins Spiel, da der Kopiervorgang niemals perfekt ist. Aus unterschiedlichen Gründen kommt es bei der Replikation zwangsläufig zu Varianten des Originals. Die Selektion wirkt auf diese Varianten automatisch ein, indem sie diejenigen bevorzugt, die am meisten stabil bzw. am besten zur Vermehrung ihrer selbst geeignet sind unter den vorherrschenden äußeren Bedingungen. Dieser Selektionsprozeß ist untrennbar mit der Replikation verbunden und setzte daher genau in dem Moment ein, als die ersten selbstreplizierenden Moleküle auftraten.

Genau wie die Chemie hängt auch die Selektion von den Umweltbedingungen ab, aber mit einem wichtigen Unterschied. Natürliche Selektion kann nur mit den Varianten arbeiten, die vorhanden sind. Ein Eckpunkt der Evolutionstheorie ist es, daß die Varianten, die der Selektion zur Verfügung stehen, durch bloßen Zufall entstehen, etwa durch Kopierfehler bei der Replikation. Was immer die Ursachen der Variationen (Mutationen) sind, sie sind vollkommen unabhängig von irgendeiner Vorwegnahme zukünftiger Anforderungen. Natürliche Selektion funktioniert blind auf der Basis des Zufalls. Sie hat keine Voraussicht.

Leben - ein Lotteriespiel?

Dies führte oft zu Fehlinterpretionen des Zufallsbegriffs und damit zur Annahme, daß sich ein so unwahrscheinlicher Zufall wie die Entstehung des Lebens nur einmal im Universum ereignen konnte. Die Tatsache, daß ein Ereignis zufällig eintritt, schließt jedoch nicht seine Zwangsläufigkeit aus. Alles hängt von der Anzahl der Möglichkeiten ab, die der Zufall für das Ereignis anbietet, verglichen mit der Wahrscheinlichkeit.

Eine siebenstellige Losnummer bei der Lotterie hat eine Gewinnwahrscheinlichkeit von 1:10 Millionen. Die Gewinnwahrscheinlichkeit steigt jedoch auf 99,9%, wenn 69 Millionen Ziehungen stattfinden. Für eine irdische Lotterie ist eine so große Anzahl von Ziehungen natürlich vollkommen unrealistisch. Für die „Lotterie der Evolution“ sieht es anders aus. Die Evolution hängt nicht von Einzelereignissen ab, sondern operiert über enorme Zeiträume und bezieht eine sehr große Anzahl von Individuen ein. Die heutige enorme Vielfalt des irdischen Lebens ist ein Beweis dafür, daß in einer genügend großen Anzahl von Ereignissen der Zufall eine ausreichende Menge von Varianten anbietet. Wenn die Lebensentstehung also so wahrscheinlich ist wie ein Sechser im Lotto, so mußte Leben im Universum zwangsläufig entstehen.

Auch die evolutionäre Konvergenz ist ein Beweis für die Tatsache, daß zufällige Mutationen auf zwangsläufige Resultate hinauslaufen können. Evolutionäre Konvergenz bedeutet, daß gleiche äußere Bedingungen unabhängig voneinander zu gleichartigen Anpassungen führen können. Insofern würde die Erde – könnte sie nochmals von vorn beginnen – nicht auf der Basis des Zufalls völlig andere Lebensformen hervorbringen, sondern das Endresultat müßte dem heutigen Leben auf der Erde ähnlich sein, da gleiche Umweltbedingungen vergleichbare Anpassungen verursachen.

Erschaffen aus Feuer und Schwefel

Wenn man diese Schlußfolgerungen, wie sie auf der Erde entdeckt wurden, akzeptiert, so folgt daraus, daß diejenigen Planeten die vielversprechendsten Kandidaten für Lebensentstehung sind, deren physikalisch-chemische Bedingungen denen der jungen Erde in der Vergangenheit glichen. Diese Schlußfolgerungen sind allerdings in der Fachwelt noch sehr umstritten.

Persönlich tendiert Christian de Duve dazu, daß Leben ursprünglich in einer heißen vulkanischen Umwelt entstand, möglicherweise ähnlich zu den unterseeischen Hydrothermalquellen, die in den letzten Jahren Mittelpunkt des Interesses vieler Forscher waren. Untersuchungen der ribosomalen RNA von frühen Bakterien ergaben, daß die ältesten Mikroorganismen an ein Leben bei sehr hohen Temperaturen angepaßt waren. Es ist aber unklar, ob diese „thermophilen“ Bakterien nicht bereits Nachfahren von LUCA waren und ihre Vorliebe für heiße Quellen erst später entwickelten. Was allerdings für die Vulkane als ursprüngliche Wiege des Lebens spricht, sind zwei Substanzen, die bei der biologischen Energieübertragung aller heutigen Lebewesen eine Schlüsselrolle spielen. Das sind einmal Schwefelwasserstoffe, zum anderen anorganische Pyrophosphate (ein wichtiger Bestandteil des körpereigenen Energieträgers ATP – Adenosintriphosphat). Beide Substanzen entstehen spontan auf der Erde nur in einer vulkanischen Umwelt.

Wenn diese Vermutungen richtig sind, wären die Voraussetzungen dafür, daß ein Planet Leben hervorbrachte, neben flüssigem Wasser und einer sauerstofffreien Ur-Atmosphäre noch vulkanische Aktivitäten. Ob allerdings extrasolare Himmelskörper mit derartigen Umweltbedingungen tatsächlich existieren, ist eine Frage, die die Biologie nicht beantworten kann.