Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Außerirdische Farbenvielfalt: Wie erkennt man Leben auf anderen Planeten?

17.03.2015

Astronomen und Biologen unter der Leitung des MPIA-Doktoranden Siddharth Hegde haben die "chemischen Fingerabdrücke" von 137 verschiedenen Spezies von Mikroorganismus bestimmt. Das Ergebnis soll in Zukunft dabei helfen, Leben auf der Oberfläche von Exoplaneten nachzuweisen.

Die Organismen stammen aus den unterschiedlichsten Lebensräumen, und einige von ihnen sind an extreme Umweltbedingungen angepasst. Das erlaubt eine erste vorsichtige Abschätzung der möglichen Farbenvielfalt von Lebensformen auf Exoplaneten. Die Ergebnisse sind als Online-Datenbank und in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) veröffentlicht.


Acht der 137 Proben von Mikroorganismen, die genutzt wurden, um die charakteristischen Farben für den Katalog zusammenzustellen. Jeweils oben Probenfoto, unten Mikrofotografie.

Bild: S. Hegde et al. / MPIA

Astronomen und Biologen haben sich zusammengetan, um eine neue Suchstrategie für Leben auf Exoplaneten (also Planeten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems) zu entwickeln. Bisherige Strategien hatten sich auf indirekte Spuren von Leben konzentriert, etwa die Auswirkungen, die Leben auf die Zusammensetzung der Atmosphäre des betreffenden Planeten hat.

Wird die Oberfläche eines Exoplaneten allerdings von einer bestimmten Lebensform dominiert, könnte ein direkterer Nachweis von Leben möglich sein: anhand des Lichts, das von Organismen reflektiert wird und dabei eine charakteristische Färbung annimmt.

Astronomen untersuchen Planeten, indem sie das Sternenlicht auffangen, das von Atmosphäre und Oberfläche des Planeten reflektiert wird. Stehen Jupiter oder Venus hell leuchtend am Himmel, dann handelt es sich bei ihrem Licht um Sonnenlicht, das von diesen Planeten reflektiert wird.

Außerirdische Astronomen, die detaillierte Beobachtungen unseres Heimatplaneten vornehmen, würden feststellen, dass ein Teil des von der Erde reflektierten Lichts grün eingefärbt ist, weil es von Bäumen und anderen Pflanzen reflektiert wurde.

Entsprechend könnte auch ein Organismus, der hinreichend große Teile einer Exoplanetenoberfläche bedeckt, direkt nachgewiesen werden, indem man die Färbung misst, die er dem reflektierten Licht aufprägt. Diese Färbung wiederum hängt von den Pigmenten ab, also den Farbstoffen, die der Organismus enthält.

Die Details der Färbung lassen sich im Spektrum des Lichts nachweisen, also in der Zerlegung des Lichts in seine Regenbogenfarben. In einem solchen Spektrum hinterlassen unterschiedliche Farbstoffe unterschiedliche Intensitätsmuster - das chemische Analogon eines Fingerabdrucks, der zur Identifikation der unterschiedlichen Arten von Mikroorganismen genutzt werden kann.

Jetzt hat sich eine Gruppe von Astronomen und Biologen unter der Leitung von Siddharth Hegde daran gemacht, die Vielfalt der Möglichkeiten solcher chemischer Fingerabdrücke zu erkunden. Hegde, während dieser Forschungen Doktorand am Max-Planck-Institut für Astronomie, und Lisa Kaltenegger (Direktorin des Institute for Pale Blue Dots an der Cornell-Universität), taten sich dazu mit der Biologin Lynn Rothschild, ihrem Postdoktoranden Ivan Paulino-Lima und dem Biologen Ryan Kent zusammen, die am Ames Research Center der NASA arbeiten.

Das gemeinsame Ziel: herauszufinden, welche chemischen Fingerabdrücke unterschiedlichen Mikroorganismen entsprechen, und was das für die Färbungsmöglichkeiten für die Oberflächen von Exoplaneten bedeutet.

Zu diesem Zweck stellte das Team Kulturen von 137 unterschiedlichen Arten (Spezies) von Mikroorganismen zusammen: 36 aus existierenden Sammlungen von Kulturen, 100 die Paulino-Lima zusammengestellt hatte sowie einen Organismus, den Rocco Mancinelli vom Bay Area Environmental Research Institute am Ames-Standort Mountain View isoliert hatte.

Hauptkriterium bei der Auswahl der Arten war es, eine möglichst große Vielfalt an Pigmentierungen zu bekommen: Die 137 Organismen weisen eine große Farbvielfalt auf und stammen aus ganz unterschiedlichen Lebensräumen, von der chilenischen Atacamawüste in Chile bis zu Hawaianischem Salzwasser und Holzbauten an einer Solequelle im Boone's Lick State Park in Missouri.

Bei ihren Untersuchungen ließen die Forscher in kontrollierter Weise Licht auf jede der Kulturen fallen, maßen den chemischen Fingerabdruck des reflektierten Lichts und stellten ihre Ergebnisse in einem Online-Katalog zusammen. Der Katalog enthält Reflexionsspektren bei sichtbaren und nahinfraroten Wellenlängen von 0,35 bis 2,5 Mikrometer. Er ist der vollständigste und vielfältigste seiner Art, und der erste Katalog, der direkt im Hinblick auf die Oberflächeneigenschaften von Exoplaneten zusammengestellt wurde.

Das Team plant, noch weitere Proben zusammeln und den Katalog so zu erweitern, dass er eine noch größere Vielfalt an Mikroorganismen erfasst. Das Ergebnis sollte nicht nur für Astrobiologen interessant sein, sondern auch für Astronomen, die Modelle für Planetenatmosphären berechnen. Der Nachweis solcher chemischen Fingerabdrücke von Organismen auf einer Planetenoberfläche stellt allerdings selbst für die nächste Generation von Teleskopen eine beachtliche Herausforderung dar.

Derzeit ist es noch nicht möglich, reflektiertes Licht eines Exoplaneten von ähnlicher Größe wie die Erde zu beobachten - solch ein Planet würde durch seinen Stern schlicht überstrahlt. Kaltenegger beschreibt den Nutzen der Datenbank wie folgt: "Diese Datenbank gibt uns erste Einblicke in die Vielfalt an nachweisbaren Lebensspuren auf den vielen verschiedenen Welten, die es da draußen geben könnte."

Kontaktinformationen

Siddharth Hegde (Erstautor)
Telefon: (+49|0) 6221 528-432
E-Mail: hegde@mpia.de

Lisa Kaltenegger (Koautorin)
Institute for Pale Blue Dots, Cornell University
Telefon:(+001) 607 255 35 07
E-Mail: lkaltenegger@astro.cornell.edu

Lynn Rothschild (Koautorin)
NASA Ames Research Center
Telefon:(+1) 650 604 65 25
E-Mail:lynn.j.rothschild@nasa.gov

Anna Ho (Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon: (+49|0) 6221528-237
E-Mail: annaho@mpia.de

Markus Pössel (Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon: (+49|0) 6221 528-261
E-Mail: pr@mpia.de

Hintergrundinformationen

Die hier beschriebenen Ergebnisse wurden veröffentlicht in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) als Hegde et al.: "Surface biosignatures of exo-Earths: Remote detection of extraterrestrial life."

Die Koautoren sind Siddharth Hegde (MPIA), Ivan G. Paulino-Lima (NASA Postdoctoral Program Fellow, NASA Ames Research Center), Ryan Kent (UCSC UARC at NASA Ames), Lisa Kaltenegger (MPIA und Institute for Pale Blue Dots, Cornell University) und Lynn Rothschild (NASA Ames).

Die Arbeit wurde im Rahmen des NASA Planetary Biology Internship Award (PBI) durchgeführt, den Hegde 2013 erhielt. Ab Mai 2015 wird Hegde als Postdoktorand am Institute for Pale Blue Dots an der Cornell-Universität forschen; dort befinden sich auch die Server der Biosignature Database, online zugänglich unter der URL

http://biosignatures.astro.cornell.edu

Weitere Informationen:

http://www.mpia.de/news/wissenschaft/2015-03-Biosignaturen - Online-Version der Pressemitteilung mit weiteren Informationen und Bildern

Dr. Markus Pössel | Max-Planck-Institut für Astronomie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenverschränkung auf den Kopf gestellt
22.05.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Kosmische Ravioli und Spätzle
22.05.2018 | Universität Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kosmische Ravioli und Spätzle

Die inneren Monde des Saturns sehen aus wie riesige Ravioli und Spätzle. Das enthüllten Bilder der Raumsonde Cassini. Nun konnten Forscher der Universität Bern erstmals zeigen, wie diese Monde entstanden sind. Die eigenartigen Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstössen zwischen kleinen Monden ähnlicher Grösse, wie Computersimulationen demonstrieren.

Als Martin Rubin, Astrophysiker an der Universität Bern, die Bilder der Saturnmonde Pan und Atlas im Internet sah, war er verblüfft. Die Nahaufnahmen der...

Im Focus: Self-illuminating pixels for a new display generation

There are videos on the internet that can make one marvel at technology. For example, a smartphone is casually bent around the arm or a thin-film display is rolled in all directions and with almost every diameter. From the user's point of view, this looks fantastic. From a professional point of view, however, the question arises: Is that already possible?

At Display Week 2018, scientists from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will be demonstrating today’s technological possibilities and...

Im Focus: Raumschrott im Fokus

Das Astronomische Institut der Universität Bern (AIUB) hat sein Observatorium in Zimmerwald um zwei zusätzliche Kuppelbauten erweitert sowie eine Kuppel erneuert. Damit stehen nun sechs vollautomatisierte Teleskope zur Himmelsüberwachung zur Verfügung – insbesondere zur Detektion und Katalogisierung von Raumschrott. Unter dem Namen «Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory» erhält die Forschungsstation damit eine noch grössere internationale Bedeutung.

Am Nachmittag des 10. Februars 2009 stiess über Sibirien in einer Höhe von rund 800 Kilometern der aktive Telefoniesatellit Iridium 33 mit dem ausgedienten...

Im Focus: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kosmische Ravioli und Spätzle

22.05.2018 | Physik Astronomie

Licht zur Herstellung energiereicher Chemikalien nutzen

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Markerfreies Verfahren zur Schnelldiagnose von Krebs

22.05.2018 | Medizintechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics