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Die Wissenschaft erleben

Ein Streifzug durch unsere Sachbücher

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WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Neugierig? … auf Sachbücher mit einer Prise Wissenschaft?

Dass Wissenschaft spannend erzählt werden kann, beweist Wiley-VCH seit vielen Jahren mit der Reihe Erlebnis Wissenschaft und den Sachbüchern aus der Chemie, Physik und den Biowissenschaften.

Nun gibt es etwas ganz Besonderes:

Begeben Sie sich auf einen Streifzug durch die Welt der verständlich erklärten Wissenschaft. Erhalten Sie Einblicke in die Kriminaltechnik, regenerative Energien, den Ursprung des Lebens, die Macht der Bakterien, baumartige Enziane, den Küchenzuruf - und bekommen Sie Lust aufs Weiterlesen.

Inhalt

• Erlebnis Wissenschaft und Sachbücher bei Wiley-VCH

• Moleküle aus dem All?Kapitel 4

• Physik auf der SpurKapitel 4

• Mehr als Sonne, Wind und WasserWege in die Zukunft

• Welt der BakterienKapitel 4

• Die Vielfalt des LebensKapitel 7

• Wissenschaft kommunizierenKapitel 4

• Weitere interessante Titel

Moleküle aus dem All?

Al-Shamery.jpg Die Frage nach dem Ursprung des Lebens ist und bleibt eine der spannendsten, gerade fernab wilder Spekulationen und fragwürdiger Behauptungen: faktengestützt und unterhaltsam legen die Autoren dar, wie es auf der anfangs ungemütlichen Erde zur Ausbreitung von Leben kommen konnte.
epub ISBN: 978-3-527-63707-2

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Von wegen Science Fiction: Leben im All

Jesco Frhr. v. Puttkamer

Biochemische Evolution? Es geht um’s nackte Leben!

Der Weltraum gehört zur Zukunft des Menschen. Der dynamische Umbruch auf dem Weg zu dieser Zukunft ist bereits im Gang: Der Aufbau des »Standorts Weltraum« ist mit der Internationalen Raumstation ISS nahezu abgeschlossen. Nah- und mittelfristig geht es bei diesem orbitalen Standort um die Erforschung des Menschen und seiner Umwelt und um die Weiterentwicklung von Wirtschaft, Industrie und Lebensqualität. Er bedeutet eine solide Langzeitinvestition in neues Wissen, das wir heute noch nicht haben und ohne Raumfahrt auch morgen nicht haben würden. Zwar können wir die Ergebnisse der durch Raumfahrt ermöglichten Forschung nicht im Voraus wissen (ebenso wenig, wie wir verhindern können, dass dabei Fehler gemacht werden), doch mit Sicherheit können wir sagen: Ohne Raumfahrt kein Wissen, keine neuen Lösungsansätze, keine neuen Impulse, die über das auf der Erde Erzielbare hinausgehen.

»Standort Weltraum« – das ist wahr gewordene Science Fiction in Gestalt der ISS, die seit Baubeginn im November 1998 von der NASA und ihren russischen, europäischen, japanischen und kanadischen Partnerorganisationen, insgesamt 16 Nationen, umgesetzt wird. Das fußballfeldgroße Bauwerk in der Umlaufbahn ist unbestritten das größte internationale technische Gemeinschaftsprojekt, das der Erdenkreis je gesehen hat – ein Projekt von epochaler Bedeutung auf gesellschaftlicher, wissenschaftlicher, technologischer und weltpolitischer Ebene. Die ISS befasst sich mit Dingen, die für den Menschen vorrangig sind: Leben und Lebensqualität auf der Erde, Befreiung von althergebrachten Business as usual-Methoden in Forschung und Entwicklung, technologische Wettbewerbsfähigkeit, politische Bindungen, Weltfrieden und Welteinheit, katalytische Wirkung auf Schulunterricht und Universitätskursus, Ankurbelung der Wirtschaft und Arbeitsplätze. In meinen Augen am wichtigsten ist aber die Verwirklichung einer alten Idee: Im Kleinen repräsentiert die ISS eine Prototyp-Weltgemeinschaft, eine Art Vereinte Nationen im Weltraum.

Für die weitere Erkundung des Alls, insbesondere den bemannten Flug zum Mars, nimmt die ISS eine Schlüsselposition ein. Zunächst einmal können ihre Entwicklung und ihr Betrieb als eine Art Frühmodell für ein späteres gemeinsames Marsprogramm gelten. Als orbitale Forschungsstätte schafft sie das dafür benötigte wissenschaftlich-technische Fundament. Wenn wir Menschen auf Forschungsexpeditionen ins All schicken, müssen wir immense medizinische und psychologische Probleme bewältigen. Auf der Aufgabenliste der ISS steht deshalb obenan die Erforschung des Menschen und aller mit seiner Gesunderhaltung bei langen Weltraumaufenthalten verbundenen »Humanfaktoren«, etwa die Auswirkungen der Schwerelosigkeit (und etwa die Notwendigkeit künstlicher Schwerkraft), die Bereitstellung von Strahlungsschutz, die Entwicklung zuverlässiger regenerativer Lebenserhaltungssysteme für Missionen von mehrjähriger Dauer und die Wahrung von Stabilität und Produktivität in kleinen, multikulturellen Menschengruppen, die in lange andauernder Eingeschlossenheit und Isolation leben. Auch für die meisten anderen Systeme des Marsprojekts ist die ISS ein Prüffeld innovativer Hochtechnologien. Als Standort All bildet die internationale Raumstation also eine Art frühen Brückenkopf zum neuen Kontinent außerhalb der Erde.

Mars ist der viertnächste Planet der Sonne. Seit Jahrtausenden gehört sein kriegerisch-feuriges Rot zur Begriffswelt des Menschen, und seit Jahrhunderten machen ihn seine relative Nähe, Erreichbarkeit und Erdähnlichkeit zum Faszinosum und Objekt unbändiger Neugier für Wissenschaft und Raumfahrt. Was wir derzeit mit der ISS und unseren Planetensonden erleben, sind die ersten Schritte in einem dreistufigen Programm der Marserschließung: die aufklärende Erforschung mit Robotern, die unter anderem der Identifizierung besonders interessanter späterer Landestellen dient. Der zweite Schritt ist die humanphysiologische Forschung und Vorbereitung für den Langzeitaufenthalt im All. Der dritte Schritt ist die Entwicklung der für den bemannten Flug zum Mars notwendigen Technologien und Systeme, vor allem auf Gebieten wie Lebenserhaltung, Strahlenschutz, Antriebe, Produktsicherheit und Zuverlässigkeit.

Die Erforschung und Besiedlung des Mars ist ein langfristiges, großes Ziel, ein Jahrtausendprojekt, an dessen Globalität kein anderes Ziel der Menschheit auch nur entfernt heranreicht. Der Prozess ist in unserer Zeit in Gang gekommen, aber begonnen hat der Aufbruch zur Nachbarwelt bereits vor langer Zeit: Schon seit den Tagen der ersten Ingenieurträume von Konstantin E. Ziolkowski und Hermann Oberth und der ersten Raketenstarts von Robert Goddard und Wernher von Braun sind wir auf dem Weg, das ist unbestreitbar. Im unlängst begonnenen dritten Jahrtausend wird dieser Prozess die daran teilhabenden Erdenbürger über Jahrzehnte und Jahrhunderte hinweg quer durch alle Kultursparten beschäftigen – aufklärend, forschend, fußfassend, siedelnd und heimisch werdend.

Für den Menschenflug zum Mars in absehbarer Zeit sprechen mehrere Gründe. Vorrangig ist das natürlich die weiterführende Suche nach einstigem oder heutigem Leben (später mehr dazu). Der Mensch selbst muss in der Arena des Geschehens sein, in situ, um sein Forschungsprogramm nach den aktuellsten Entdeckungen ohne Zeitverzug adaptieren und ausrichten zu können. Für die Zukunft des Menschengeschlechts von wahrscheinlich arterhaltender Bedeutung ist danach die Frage, ob und wie Homo sapiens selbst auf dem Mars »vom Lande« leben und eine neue Heimat finden kann.

Rückblickend auf 50 Jahre bemannte Raumfahrt (seit Juri Gagarin, 12. April 1961) und dabei gleichzeitig bemüht, weit vorauszublicken, erschließt sich mir und anderen Beobachtern immer deutlicher, dass die Suche nach Leben im Kosmos einen der stärksten Antriebsmotoren des menschlichen Explorationsdrangs, des Drangs nach außen, darstellt. Gibt es außer uns Leben im All? Das ist nicht nur eine der wichtigsten, sondern wahrscheinlich die wichtigste Frage, auf die wir in der NASA-Weltraumforschung, speziell der Astrobiologie, eine Antwort suchen. Verbunden damit stellen sich zwei weitere grundsätzliche Fragen: Wie beginnt und evolviert das Leben? Und was ist die Zukunft des Lebens auf der Erde und darüber hinaus? Denn hinter unserer Suche nach anderem Leben im All steht nicht nur der Wunsch, andere Intelligenzen zu finden, sondern auch die Sorge um unsere Zukunft als Gattung: Wo werden wir in 1000 Jahren sein, in 100 000 Jahren, in 10 Mio. Jahren?

Immer wieder erregt die Suche nach einstigem oder heutigem Leben auf dem Mars, also nach Bio-Oasen oder Fossilien, nicht nur von Mikroorganismen, sondern auch von höheren Lebensformen, das Interesse der Forschung, aber auch der Öffentlichkeit, zumindest seit den Landungen der beiden Forschungsstationen Viking 1 und 2 auf dem Roten Planeten 1976. Deren Experimente ließen freilich alles offen: Leben, wie wir es kennen, fanden sie nicht, und auf Grund der zum Teil widersprüchlichen Daten konnte die Existenz von mikroskopischem Marsleben, heute oder in der Vergangenheit, weder bewiesen noch widerlegt werden. Zwanzig Jahre später (1996) erregte die Nachricht, dass tief in einem vor 13 000 Jahren als Meteorit auf die Erde gestürzten Steinbrocken vom Mars organische Moleküle gefunden worden seien, gewaltiges weltweites Aufsehen. Man entdeckte dort auch Spuren mehrerer mit biologischer Aktivität verknüpfter Mineralien sowie mögliche mikroskopische Fossilien primitiver, mikrobenähnlicher Organismen – einige eiförmig, andere röhren- oder wurmartig und gegliedert, doch alle winzig klein im Vergleich mit irdischen Mikroben. Zwar kommen die analysierten exotischen Kohlenstoff-Verbindungen, sogenannte polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe oder PAKs, auf der Erde in Dieselabgasen, angebrannten Kochtöpfen, verschmorten Hamburgern und Zigarettenrauch vor, doch werden sie auch zwischen den Sternen vermutet. Sie bilden sich bei hohen Temperaturen, wahrscheinlich in großen Mengen in Sternatmosphären. Wegen ihrer hexagonalen Ringstruktur sind sie so stabil, dass sie die intensive Strahlung und die harten Umweltbedingungen des Weltraums überstehen können. Nach vielen Jahren des Zweifels gibt es für die Biofunde im Marsmeteoriten ALH84001 seit 2009 neue Analysen, nach denen die Substanzen weder auf der Erde noch nichtbiologisch entstanden sein können.

Sollten unsere weiteren Forschungssonden, zu denen auch eine Probenrückholung gehört, tatsächlich Spuren einstmaligen oder sogar heutigen Lebens in Form von Mikroorganismen auf dem Mars nachweisen, so wäre dies eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen der Neuzeit, die sich in kaum absehbarer Breite und Tiefe auf alle spirituellen, geistigen und materiellen Bereiche unseres Lebens auswirken würde. Es würden sich fantastische Fragen stellen: Ist das Leben auf Mars und Erde getrennt entstanden oder einst per »Meteoritenpost« in Form lebensfähiger Sporen aus der Ferne des Alls gekommen? Stammen wir Menschen ursprünglich von Saatgut eines frühen Marsmeteoriten ab und sind somit die wirklichen Marsianer? Zweifellos erhielte dann auch die Suche nach späteren Fossilien höherer Tierformen auf dem Mars und nach Versteinerungen aufanderen Himmelskörpern des Sonnensystems höchste Prioritätsstufe, etwa auf den Monden der äußeren Planeten, wie Europa und Titan, und bestimmten Asteroiden. Betroffen wäre davon auch die Frage, ob Leben außerhalb des Sonnensystems in der Milchstraße existiert; damit schließlich würde das Interesse an Radiosignalen vernunftbegabter Lebewesen sprunghaft ansteigen.

Bei der NASA stützt sich die Astrobiologie in Zusammenarbeit mit der Astronomie, Zoologie, Ökologie, Molekularbiologie und Geologie bis zur allermodernsten Genomik auf eine Reihe neuester Werkzeuge und Einrichtungen – von der internationalen Raumstation ISS über das Weltraumteleskop James Webb (den Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops) und Erdbeobachtungs-Satellitensysteme bis zu robotischen Missionen zu Mars und den äußeren Planeten. Ihnen wird der menschliche Forscher auf den Fersen folgen.

Die Frage nach der Existenz außerirdischer Lebewesen ist zumindest so alt wie die geschriebene Kulturgeschichte der Menschheit: die Hoffnung, dass es im All Leben, vor allem intelligentes Leben, geben muss, zieht sich wie ein roter Faden durch Jahrtausende unserer Entwicklung. Vor bald 2500 Jahren schrieb der griechische Gelehrte Demokrit darüber, und sein Landsmann Metrodoros stellte im 4. Jahrhundert v. Chr. fest: »Die Erde als die einzige bevölkerte Welt im unendlichen All anzusehen, ist ebenso absurd wie die Behauptung, auf einem ganzen mit Hirse besäten Feld sprieße nur ein einziges Korn.« Das alte Rom stand dem nicht nach: Der Dichter-Philosoph Lukrez schrieb 100 v. Chr., es müsse »in anderen Regionen andere Erden und andere Stämme von Menschen und Tiergattungen geben«. Seit dem 13. Jahrhundert und Thomas von Aquin galt dies als Ketzerei, und für diese Auffassung musste der gelehrte Dominikanermönch Giordano Bruno im Februar 1600 auf Roms Campo dei Fiori auf dem Scheiterhaufen der Inquisition sterben. Für Immanuel Kant stand die Existenz anderer kosmischer Welten und Wesen außer Zweifel.

Erst seit jüngster Vergangenheit wissen wir sicher, dass es außerhalb unseres Sonnensystems andere Welten gibt. 1992 wurden erstmals mehrere Planeten von erdähnlicher Masse um dem Pulsar PSR B1257+12 entdeckt. Mittlerweile ist die Anzahl der von Astronomen aufgespürten extrasolaren Planeten, also Welten außerhalb unseres Sonnensystems, auf 464 angestiegen (Ende Juni 2010), genug für erste statistische Erhebungen. Die meisten sind Riesenplaneten, wahrscheinlich ähnlich wie Jupiter. Das liegt wohl hauptsächlich daran, dass mit heutigen Techniken massereiche Planeten leichter aufzufinden sind. Inzwischen wurden aber auch kleinere Planeten (obgleich noch immer größer als die Erde) gefunden, und es ist zu erwarten, dass man mit verbesserten Verfahren feststellen wird, dass sie weitaus häufiger vorkommen als die Riesenplaneten. Man weiß heute, dass ein großer Prozentsatz der Sterne von Planeten umgeben ist, darunter wenigstens 10% der sonnenähnlichen Sterne, Hinzu kommen Planeten um braune Zwergsterne und frei schwebende Welten, die keinen Zentralkörper umkreisen. Daraus lässt sich schließen, dass es allein in unserer Milchstraße Milliarden von Exoplaneten geben muss.

Wie sehen wir heute die Chance für Leben im Kosmos? Schon vor längerer Zeit haben Radioastronomen zwischen den Sternen eine Fülle hochkomplexer organischer Moleküle entdeckt, mögliche Bausteine des Lebens. Seither betrachten Exobiologen die Existenz von Leben im All als höchstwahrscheinlich, ja fast schon alltäglich. Je häufiger man in den Tiefen des Kosmos auf Bedingungen wie die auf der Erde zur Zeit der Entstehung des Lebens stößt, desto wahrscheinlicher ist es für viele Forscher, dass es im Universum von Leben nur so wimmelt. Wie steht es da mit anderen Zivilisationen?

Als wie wahrscheinlich wir das Vorkommen anderer Hochkulturen neben der unsrigen annehmen, hängt von einer Reihe stark auf uns selbst, die Betrachter, bezogener Grundannahmen ab:

1. Wie wahrscheinlich ist es, dass biologische Evolution früher oder später intelligente Lebensformen hervorbringt?
2. Entwickelt sich intelligentes Leben genügend oft zu Formen, die zu einer technischen Zivilisation befähigt sind und diese tatsächlich realisieren?
3. Wie erfolgreich sind technische Hochkulturen im Evolutionssinn, das heißt: Können sie anfängliche Selbstzerstörungskrisen überstehen und über sehr lange Zeiträume hinweg existieren?
4. Haben sie ein nicht nur vorübergehendes Interesse an Kommunikation, vor allem auch dann, wenn sie unsere gegenwärtigen technischen Fähigkeiten weit übertreffen?

Superzivilisationen im All mögen sich in diesem Augenblick über kosmische Entfernungen hinweg miteinander »unterhalten«, doch solange ihr Richtstrahl scharf gebündelt ist und die Erde nicht entgegen aller statistischen Erwartung in ihr Visier gerät, wären wir außerstande, solche Hochkulturen über längere Distanzen hinweg allein an den durchsickernden Leckverlusten ihrer Routine-Radiounterhaltung zu entdecken. Die »Leckverluste« unserer eigenen elektromagnetischen Kommunikation – zuerst Radio, dann Fernsehen – haben sich heute bereits 80 Lichtjahre weit von der Erde entfernt, doch sind diese Signale aus den Pionierjahren des Rundfunks verschwindend schwach.

Spekulationen über ultra-fortgeschrittene Hochkulturen, die sich über Hunderte von Lichtjahre hinweg mittels elektromagnetischer Energie »unterhalten« können, haben Eingang in die wissenschaftliche Literatur gefunden. Zum Beispiel hat der russische Astrophysiker Nikolai Kardaschew hypothetische technologische Hochkulturen im Universum in drei Typen gemäß ihres Energieumsatzes klassifiziert: Typ I, als obere Schranke für planetare Zivilisationen in der Größenordnung unserer heutigen Erdkultur, die rund neun Billionen (9 ×1012) Watt kontrolliert, Typ II für solare Zivilisationen, die den gesamten Energieausstoß ihres Zentralsterns in der Größenordnung von 400 Billionen Billionen (4 × 1026) Watt umsetzen können, und Typ III für galaktische Ultrazivilisationen mit einem Energieumsatz einer mittleren Galaxis von einigen Billionen Billionen Billionen (1037) Watt.

Während wir in der Lage sein sollten, die Signale jeder Typ-II-Zivilisation in unserer Milchstraße und die von Typ-III-Kulturen im ganzen bekannten Universum entdecken zu können, wenn sie mit ihren gewaltigen Energien monochromatisch (also etwa wie Laser) kontinuierlich in alle Richtungen ausgestrahlt werden, würde eine Funkboje über Entfernungen von weniger als 1000 Lichtjahren bedeutend weniger Sendeenergie benötigen – in der Größenordnung von »nur« 1 Mrd. (109) Watt; das ist ein kleiner Bruchteil des Energiebedarfs einer Weltstadt wie New York. Zu diesem Energieaufwand wäre eine Typ-I-Zivilisation wie wir fähig, doch zwingt uns die zur Entdeckung dieser Signale erforderliche hohe Empfangsintensität, d. h. die Ansprüche an die Richtgenauigkeit unserer Empfangsantennenschüssel, zu einer schrittweisen Suche, bei der Stern um Stern einzeln inspiziert wird.

Eine solche Suche nach extraterrestrischer Intelligenz, genannt SETI, ist von der NASA und weiterführend von Privatorganisationen schon in den 1970er Jahren begonnen worden. Wie stehen ihre Chancen?

Auf der Erde benötigte das Leben etwa vier Milliarden Jahre, um sich von den frühesten Urzellen zum heutigen Menschen zu entwickeln. Davor gab es eine Periode chemischer Evolution von höchsten einer Milliarde Jahre Dauer, in der der abiotische Aufbau organischer Moleküle aus Bestandteilen der primitiven Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre erfolgte. Dieser Evolution ging die Kondensation der Sonne und ihrer Planetenfamilie aus glühendem Sternengas voraus. Das Leben muss daher verhältnismäßig rasch und explosiv in dem Moment entstanden sein, in dem die Umgebungszustände günstig waren – ein zusätzliches Argument für seine vermutete Fülle im Universum. Und doch waren danach noch viele Milliarden Jahre notwendig, in denen sich das Leben durch willkürliche Mutationsund Selektionsprozesse hindurcharbeiten und entwickeln musste. Das heißt, wir müssen nach Sternen suchen, die zuverlässig und beständig scheinen und mit konstanter Größe und Leuchtkraft über Jahrmilliarden hinweg Wasserstoff in nuklearen Reaktionen zu Helium verbrennen.

In unserer Galaxis, der Milchstraße, gibt es mindestens 400 Mrd. Sterne (und wenigstens 100 Mrd. andere Galaxien existieren im Universum). Wie viele Sterne besitzen Planeten mit einer Masse, die nicht erheblich von der der Erde abweicht, mit einer annehmbaren Rotation und einer Atmosphäre, die innerhalb der für Leben auf Kohlenstoff/Wasser-Basis nötigen Temperaturzone liegt, d.h. nicht so weit von ihrer Sonne entfernt, dass sie ewig gefroren sind und nicht so dicht an ihr, dass ihre Oberfläche in Hitze schmort?

Wenn es mehrere Milliarden solcher Planetenwelten in der Milchstraße gibt, wie groß sind die Chancen, dass sich auf solch einem Planeten tatsächlich Leben entwickelt – und dass es sich zu einer Zivilisation intelligenter Wesen aufschwingt?

In einem heute legendären »Cultural Evolution Workshop« kamen 1975 führende Exobiologen überein, dass von hundert Lebensformen im All mehr als eine sowohl über Intelligenz als auch über die Technik verfügt, um zumindest die elektromagnetische Kommunikationsphase, also auch Radioastronomie, gemeistert zu haben. Mithilfe der klassischen Drake-Gleichung berechneten die Forscher als arithmetisches Mittel ihrer individuellen Einschätzungen eine wahrscheinliche Anzahl von einer Million solcher technischer Zivilisationen allein in unserer Milchstraße. Sind diese Hochkulturen in Zufallsverteilung im Raum verstreut, so beliefe sich der Abstand zwischen uns und der uns nächstliegenden auf etwa 300 Lichtjahre. Bis wir eine Antwort auf unser Radiosignal erhielten, müssten wir also 600 Jahre warten. Ferner lägen bei einer Million Zivilisationen in der Milchstraße etwa 55 innerhalb eines Umkreises von 1000 Lichtjahren Radius von uns. Strahlen sie alle Radiosignale in unsere Richtung aus, müssten wir 40000 von ihnen mit unserer Radiosuche abtasten, um eine faire statistische Chance zu haben, eine einzige extraterrestrische Botschaft zu entdecken – doch betrüge die Wahrscheinlichkeit dafür lediglich 63%. Um sie auf 95% für die Entdeckung einer Botschaft zu erhöhen, steigt die Zahl der zu untersuchenden Sterne auf 120000. Wenn von den 55 Zivilisationen nur 20 senden, müssten es sogar 330000 Sterne sein.

Wenn auch alle modernen astrophysikalischen Fakten die Ansicht von Fra Giordano stützen, fehlt uns freilich bis heute jeglicher Nachweis eines außerirdischen Lebens und die Exobiologie bleibt damit, wie der Paläontologe George Gaylord Simpson es ausdrückte, eine Wissenschaft, die »noch nicht bewiesen hat, dass ihr Gegenstand existiert«.

Was das Problem so schwierig macht, ist die Zufallsnatur der biochemischen Evolution selbst. Es klingt so einfach: Man nehme Materie, und zwar Atome der fünf Elemente Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphor, die alle im Kosmos zuhauf vorkommen, setze sie auf bestimmte Weise zu vier Molekülen namens Thymin, Adenin, Guanin und Cytosin und einer Kette alternierender Zucker und Phosphate zusammen und forme daraus ein langes Molekül namens DNA in Gestalt einer Doppelspirale. Mit rund vier Milliarden Gliedern in der Kette beschreibt sie je nach ihrem Aufbau den Gesamtbauplan einer Kreatur. Aber wie diese Prozesse der Selbstorganisation, des Selbstprogrammierens abgelaufen sind und es so weit gebracht haben, wissen wir nicht. Was wir wissen, ist, dass zur Entstehung von Leben diese Materie in allen dreien ihrer grundlegenden Wechselwirkungen treten muss – gravitative, nukleare und chemische. Während Gravitation, beschrieben durch Newtons Gesetz, einfach vorauszusagen ist und Kernwechselwirkungen trotz ihrer sehr großen Zahl auch noch überschaubar sind, ist die Anzahl der chemischen Reaktionen, ob organisch oder anorganisch, so astronomisch hoch, dass eine Vorhersage der Entwicklung lebender Organismen eine ans Unmögliche grenzende Aufgabe ist. Die Definition eines lebenden Systems ist daher, süffisant ausgedrückt, mit einem gewissen Grad subjektiver Willkürlichkeit behaftet.

Zum Beispiel: Ist freier Sauerstoff in der Atmosphäre nötig? Nicht unbedingt. Selbst auf der Erde gibt es viele Lebensformen – bestimmte Bakterien und Protozoen –, die ohne Sauerstoff von anorganischen Substanzen durch Chemosynthese leben, neben den mit Photosynthese arbeitenden, Sauerstoff produzierenden und verbrauchenden Pflanzen. Obwohl das Leben auf der Erde mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit einst in einer sauerstofflosen Atmosphäre aus Wasserstoff, Ammoniak, Wasserdampf und Methan entstanden ist, wäre höheren Lebensformen das Überleben schwer gefallen, wenn die Gashülle über die Jahrtausende nicht durch die Photosynthese blaugrüner Algen in eine oxidierende Atmosphäre umgewandelt worden wäre. Der Grund dafür ist, dass Zucker (Glucose, C6HI2O6) durch Oxidation (Verbrennung) zu Kohlendioxid und Wasser über elfmal mehr Energie freisetzt als die Fermentation (Gärung) von Glucose zu Ethylalkohol und Kohlendioxid in einer reduzierenden Atmosphäre (z.B. des Jupiter). Wesen auf einer Welt, die zur Gewinnung von Energie elfmal mehr Arbeit aufwenden müssten als wir, wären wahrscheinlich zu sehr mit Nahrungssuche beschäftigt, als dass sie noch Zeit zur Entwicklung von Verstand, Technologie und Hochkultur hätten.

In Ermangelung jeglicher Beweise für oder wider die Existenz extraterrestrischer Lebensformen musste die Forschung als Ausgangspunkt ihrer Suche Zuflucht zu Wahrscheinlichkeiten nehmen – zu einem Spiel also, bei dem mit den geschätzten Häufigkeiten bestimmter astrophysikalischer, biologischer und soziologischer Faktoren, die mutmaßlich zur biologischen und zivilisatorischen Evolution notwendig sind, statistisch jongliert wird. Den Gesamtschätzwert erhält man durch Verkettung der Wahrscheinlichkeiten, d. h. durch Multiplikation der bedingten Häufigkeiten dieser Evolutionsstufen. Aber die Sache hat einen Haken: Beim Multiplizieren der voneinander abhängigen Wahrscheinlichkeiten multiplizieren wir auch mögliche Fehler in unseren Schätzungen, und so nimmt die Chance, zu einem sinnvollen Urteil zu gelangen, mit fortschreitender Multiplikation mehr und mehr ab.

Ohne die Möglichkeit des Vorkommens total unirdischer Lebensformen im Universum in Frage zu stellen, wird die ganze Suche nach außerirdischem Leben erheblich weniger spekulativ, wenn wir sie auf biologische Formen beschränken, deren Existenz im Universum über jeden Zweifel erhaben, weil nachweisbar ist: Kreaturen auf dem Planeten Erde, aufgebaut aus kohlenstoffhaltigen Molekülen und Wasser.

Freilich kommt neben Kohlenstoff auch das Element Silicium als Kandidat für eine Lebensbasis infrage. Die Häufigkeit von Silicium im Universum beträgt etwa ein Fünftel jener des Kohlenstoffs (welcher »Star Trek«-Fan erinnert sich nicht an die auf Silicium-Metabolismus aufgebaute felsenverspeisende Horta, die sich als liebevolle Mutter entpuppte?). Doch nur von Kohlenstoff weiß man, dass er so hochkomplexe Moleküle wie Proteine (aus Aminosäuren) und Nucleinsäuren (aus Zucker und stickstoffhaltigen Basen, den Nucleotiden) bilden und beständig erhalten kann, also Verbindungen mit der einmaligen Fähigkeit zur Speicherung und Übertragung von Energie und Information, die das Leben gemäß seiner Definition als System mit Mutations- und Vererbungsfähigkeit benötigt: Polymerbildung, Synthese einer Selbstkopie, Selbstorganisation, Energieverwendung, Informationstransfer und Darwin’sche Evolution. Das klingt zwar schändlich carbozentrisch, doch bis wir im Universum andersartiges Leben finden, muss es genügen. Chauvinistisch gesprochen: Wenn es ein Bestiarium dort draußen gibt, ist es garantiert exotisch im wahrsten Sinn des Wortes.

Wenn es demnach nicht unwahrscheinlich ist, dass eine Million Planeten bewohnt sind, stellt sich uns die schon von Enrico Fermi aufgeworfene Frage: »Where is everybody?« – »Wo sind sie alle?« Wenn Zivilisation tatsächlich ein universelles Phänomen im All ist, warum erkennen wir dann keine Anzeichen der kosmischen Aktivität intelligenter Lebewesen? Wie können wir das auffällige Fehlen von »kosmischen Wundern« erklären, wie der russische Astronom und Exobiologe Iossif Schklowski sie genannt hat?

Eine mögliche Antwort hängt mit der schieren Ausdehnung der Milchstraße zusammen. Wenn in der Milchstraße allein wenigstens eine Million Hochkulturen in Zufallsverteilung im Raum verstreut liegen, wäre – wie gesagt – die uns am nächsten befindliche immerhin etwa 300 Lichtjahre weit entfernt, also die Strecke, die das Licht mit 300000 km/s in 300 Jahren zurücklegt. Eine andere Erklärung mag sein, dass Superzivilisationen die Stufe, auf der sie beobachtbare elektromagnetische Energie in den Weltraum abstrahlen, relativ rasch durchlaufen und hinter sich lassen. Selbst auf der Erde sind wir schon halbwegs so weit, das Ausmaß der verschwenderisch ins All abgestrahlten Signale durch Entwicklungen wie Kabelfernsehen, Internet-Vernetzung und Multistrahl-Richtantennen auf Nachrichtensatelliten und Raumplattformen schlagartig zu reduzieren. Eine dritte Überlegung: Würden wir intelligente kosmische Aktivität überhaupt als solche erkennen, wenn wir sie sehen? Was genau ist Leben, was Intelligenz? Und schließlich – eine tragische Möglichkeit! – könnten technische Zivilisationen nur eine kurze Lebensdauer haben, weil sie sich selbst zerstören? Unsere Gattung hat es geschafft, die Detonation der ersten Atombombe zumindest um (bis jetzt) 65 Jahre zu überleben, ohne sich selbst zu vernichten. Werden wir es auf 100 Jahre bringen, auf 1000? Wenn eine technische Zivilisation eine durchschnittliche Lebensdauer von 1000 Jahren nicht erreichen kann, gäbe es derzeit in der gesamten Milchstraße nur zehn mit uns koexistente Hochkulturen.

Eine weitere Frage tut sich im Hinblick auf unsere eigene Existenz und Bestimmung auf: Was, wenn wir mit der Annahme, eine relativ spät auf den Plan getretene »Anfängerzivilisation« in einem Universum mit einer Million oder mehr Superzivilisationen zu sein, schlicht zu bescheiden sind? Wir haben bisher stillschweigend eine Sternbildungsrate angenommen, die über das Alter des Universums gemittelt war. In Wirklichkeit jedoch muss die Anzahl der Sonnen zu Beginn, vor Jahrmilliarden, sehr klein gewesen sein – und damit auch die Chancen, dass sich Leben entwickelte. Vielleicht waren auch die Umweltbedingungen über längere Zeiträume hinweg lebensfeindlicher, als wir bisher angenommen haben; vielleicht wurde die Schwelle zur chemischen, präbiotischen und biologischen Evolution nicht vor rund zehn Milliarden Jahren überschritten, sondern erst vor fünf Milliarden? Dann wäre unser Planet einer der ersten mit Leben im All. Vielleicht haben wir das Privileg, zu den frühesten intelligenten Rassen zu gehören und in der Morgenröte des Lebens im Universum zu stehen! In den kommenden Jahrmilliarden könnten dann Millionen andere Hochkulturen emporsprießen, der Menschheit eine Zukunft von wahrhaft atemberaubenden Ausmaßen eröffnend.

Zurück zum Mars: Werden wir Menschen tatsächlich dort leben können? Die Geschichte zeigt, dass Homo sapiens sich hauptsächlich dadurch verbreitet hat, dass er es verstand, lokale Rohstoffe auszuwerten und zu nutzen. Für die ersten Marspioniere wird nach Sicherung ihres unmittelbaren Überlebens für lange Zeit die wichtigste Aufgabe darin bestehen, die Nabelschnur von der Erde in Form kostspieliger Nachschubtransporte immer dünner werden zu lassen. Örtliche Mineralschürfung, Rohstoffverarbeitung, Veredlung, Produktion usw. erfordern neue Technologien, die bereits heute in der Entwicklung sind.

Ein Leben unter freiem Himmel, wie wir es kennen, ist auf dem Mars freilich nicht möglich. Seine Atmosphäre ist dergestalt, dass der Mensch im Freien einen Schutzanzug braucht. Andererseits besitzt Mars alle Rohstoffe, die zum Leben und zur Begründung eines neuen Ablegers der menschlichen Zivilisation nötig sind, und darin zeichnet er sich vor allen nichtterrestrischen Körpern in unserem Sonnensystem aus, auch von unserem eigenen Mond. Im Gegensatz zu diesem lassen sich auf dem Mars die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff direkt gewinnen: aus der Atmosphäre, dem Wassereis der Polarkappen und dem inzwischen nachgewiesenen vorhandenen Grundeis (Permafrost). Selbst flüssiges Wasser gibt es dort offenbar. Die Forschungssonde Mars Global Surveyor, die Mars Exploration Rovers, die Sonde Odyssey und der Mars Reconnaissance Orbiter haben gezeigt, dass auf dem Mars in seiner Frühzeit Oberflächenwasser weitflächig in großen Mengen verbreitet war, ständig ergänzt durch nachhaltige atmosphärische Niederschläge und Ausflüsse aus Aquiferen. Wie theoretische Modelle und die Oberflächen-Geomorphologie nahelegen, ist ein globales Grundwassersystem, das eine vorhandene unterirdische Biosphäre erhalten kann, durchaus denkbar. Auch die jüngste Entdeckung von atmosphärischem Methan, das an bestimmten Stellen ausströmt, kann bedeuten, dass tief im Boden lebenszuträgliche Umweltbedingungen vorliegen.

Von vielen industriell interessanten Elementen wie Kupfer, Schwefel, Phosphor usw. verfügt Mars über große Bestände. Mit einiger Sicherheit liegen sie in konsolidierten und daher abbaugünstigen Mineralerzlagern, weil es in der Entstehungsgeschichte des Planeten hydrologische und vulkanische Prozesse wie auf der Erde gab, die eine Absonderung und Differenzierung der verschiedenen Elemente entsprechend ihrer Dichte und anderen Merkmalen ermöglichten. Wenn auf der Erde Silicium buchstäblich so häufig ist wie »Sand am Meer«, so tritt auf dem Mars Eisen an seine Stelle, ebenfalls in Form von Oxiden, die ihm die rostrote Färbung geben.

Die Marsatmosphäre hat zwar keine gegen UV-Licht schützende Ozonschicht, ist jedoch vor allem in den Niederungen dicht genug, um zum Beispiel Feldfrüchte auf der Oberfläche vor Sonneneruptionen zu schützen. Für solche Kulturen genügen daher dünnwandige aufblasbare Treibhäuser mit Schutzkuppeln aus UV-beständigem Kunststoff. Der Treibhauseffekt ist auf dem kalten Mars zudem hochwillkommen. Größere Kuppeln wird man aus einheimischen Rohstoffen herstellen, unter denen der zunächst auf Schutzhabitate auf oder unter der Oberfläche angewiesene Mensch dereinst im Freien unter Plastikdomen leben und lustwandeln kann.

Für die ferne Zukunft ist darüber hinaus eine radikale ökosynthetische Wandlung des Marsklimas zu eher irdischen Verhältnissen denkbar. Solche Prozesse, unter dem aus Science Fiction stammendem Sammelbegriff »Terraforming« geführt, werden schon heute spekulativ untersucht. »Planetenumwandlung« in globalem Ausmaß ist auf der Erde in vieler Hinsicht bereits Wirklichkeit geworden, wenn auch unbeabsichtigt oder gar gegen besseres Wissen, wie die von uns selbst verursachten Klimaveränderungen zeigen. Auf dem Mars könnte das Klima durch künstlich ausgelöste globale Erwärmung, dadurch geförderte »Ausgasung« des Bodenmaterials und teilweise Abschmelzung der gewaltigen polaren Wassereismengen für das Wachstum terrestrischer Organismen zuträglich gemacht werden, vorausgesetzt, es gibt keine einheimischen Biota, die dadurch in Mitleidenschaft gezogen oder gar umgebracht würden. Dazu wären sehr lange Zeiträume notwendig, um 500 bis 1000 Jahre und mehr.

Wann ist es nach der derzeitig ablaufenden Phase der robotischen Forschungssonden Zeit für die erste menschliche Expedition? Von der technischen Machbarkeit her könnte sie im dritten Jahrzehnt nach 2000 stattfinden, doch muss vor allem anderen der politische Wille dahinterstehen. Den muss in diesem Fall nicht eine einzige Nation, sondern zahlreiche beteiligte Partnerländer aufbringen, denn nur so kann das Jahrtausendprojekt nachhaltigen Erfolg haben. Klare Ziele sind von US-Präsident Barack Obama der NASA vorgegeben worden: Entwicklung einer Schwerlast-Trägerrakete von der Klasse der Saturn-V-Mondrakete, gegen 2025 die bemannte Erkundung von Asteroiden, zehn Jahre später, also um 2035, der bemannte Flug zum Mars, vielleicht zunächst zur Umrundung wie einst Apollo 8 und Apollo 10 beim Mond, und dann die Landung und Fußfassung.

Gefragt wird auch: Was kommt nach Mars – welche weiteren »Plateaus« sind denkbar? Schon parallel zu seiner Erschließung werden vielleicht neue Expeditionen in größere Sonnenabstände hinausgehen und als Nächstes den Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter erforschen. In diesem Bereich, etwa 2,7-mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, liegen etwa 98% der rund 5000 derzeit bekannten Asteroiden. Sind es tatsächlich Bruchstücke eines vormaligen Planeten, so könnte es auf vielen von ihnen reichhaltige Minerallager an Platin, Palladium, Iridium, Rubidium und anderen Stoffen geben, die auf Mars und Erde benötigt werden und wertvoller als Silber sind. Ihre Prospektierung, Gewinnung und Beförderung würden eine neue Konsolidierungsphase bedeuten, die ihrerseits der Erforschung der noch weiter entfernten faszinierenden Jupiter- und Saturnmonde mit Spurenatmosphären und möglichen Biota unter den Eiskrusten und darunter vermuteten Wasservorkommen Vorschub leistet. Auch diese Region erkunden robotische Pfadfinder bereits heute als vorgeschobene Beobachter, um Menschen den Weg zu bereiten.

Der Mensch steht in staunender Ehrfurcht vor der Majestät des ihn umgebenden Universums. Kann es eine noch größere Herausforderung geben, als unseren Zutritt zum All zum Studium der Schöpfung und des Platzes der Menschheit in ihr zu nutzen? Niemand kann vorhersagen, welche dramatischen wissenschaftlichen Entdeckungen in den nächsten 50 oder 100 Jahren auf uns warten; die Möglichkeiten sind schier unermesslich. Da ist es durchaus nicht ausgeschlossen, dass man Lebensformen auf dem Mars und anderen Planeten und Monden unseres Sonnensystems findet, etwa auch Bio-Bausteine wie Aminosäuren in den Ozeanen von Titan, Europa und Uranus. Das erste Signal einer extraterrestrischen Zivilisation sollte entdeckt werden, wenn heutige Lauschprogramme breitbandig weitergeführt werden. Auf Mond, Mars, zahlreichen Monden und zugänglichen Asteroiden werden automatische Prospektor-Missionen ständig nützliche Materialien ausfindig machen und melden, gefolgt von Probenrückholmissionen und bemannten Besuchen.