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Es mag auf den ersten Blick nicht ersichtlich sein, aber Kohlenstoff ist ein grundlegendes Element des Lebens auf der Erde. DNA und RNA bestehen aus Kohlenstoff. Und nat\u00fcrlich nicht nur aus Kohlenstoff selbst, sondern Kohlenstoff kann sich mit anderen Molek\u00fclen zu langen Ketten verbinden, die f\u00fcr das Leben unerl\u00e4sslich sind. Und nicht nur f\u00fcr das menschliche Leben, sondern f\u00fcr alles Leben \u2013 von Pflanzen und Pilzen \u00fcber S\u00e4ugetiere und Insekten bis hin zu allen anderen Lebewesen. Alles Leben auf unserem Planeten basiert auf Kohlenstoff.<\/p>\n
Rein technisch gesehen muss alles Leben auf Kohlenstoff basieren. Es ist zwar durchaus m\u00f6glich, dass ein anderes Element Kohlenstoff beim Aufbau der Molek\u00fclketten, aus denen das Leben besteht, ersetzen k\u00f6nnte, aber das ist reine Theorie. Wir haben noch nie nicht-kohlenstoffbasierte Lebensformen beobachtet; wir betrachten sie meist als Science-Fiction und stellen sie uns als ziemlich bizarr dar.<\/p>\n
Wenn alles Leben tats\u00e4chlich auf Kohlenstoff basiert, stellt sich die Frage: Warum? Was macht Kohlenstoff zum idealen Element f\u00fcr Leben? Und wie plausibel sind Theorien \u00fcber andere Elemente? Welche Elemente k\u00f6nnten zur Entstehung von Leben beitragen, und woher wissen wir das \u00fcberhaupt? Finden wir es heraus!<\/p>\n
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Obwohl Wasserstoff das h\u00e4ufigste Element im Universum ist und Sauerstoff f\u00fcr das Leben unerl\u00e4sslich ist, bildet Kohlenstoff die Grundlage des Lebens und ist das wichtigste Element in diesem Kreislauf. Dies liegt an den einzigartigen Eigenschaften des Kohlenstoffs, die vielen anderen Elementen fehlen. Insbesondere ist Kohlenstoff ein hervorragender Partner und bildet leicht starke Bindungen mit anderen Elementen.<\/p>\n
Die St\u00e4rke von Kohlenstoffbindungen erm\u00f6glicht die Bildung hochkomplexer Molek\u00fcle. DNA beispielsweise ist ein extrem komplexes Molek\u00fcl. Ihre Funktion beruht jedoch darauf, dass Kohlenstoffbindungen sie zusammenhalten. Sie bildet leicht lange Polymerketten, die die Existenz von DNA und Proteinen erm\u00f6glichen, da diese sehr gro\u00dfe L\u00e4ngen erreichen k\u00f6nnen.<\/p>\n
Die Summenformel der DNA lautet C\u2081\u2085H\u2083\u2081N\u2083O\u2081\u2083P\u2082. Wie Sie sehen, spielt Kohlenstoff eine zentrale Rolle im Molek\u00fcl. Er ist hier mit Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphor verbunden. Dies sind die grundlegenden Elemente des Lebens. Alles andere baut auf ihnen auf; Kohlenstoff bildet also eine Art Ger\u00fcst oder Skelett, auf dem das Leben basiert.<\/p>\n
Unsere Welt ist buchst\u00e4blich von Kohlenstoff durchdrungen, insbesondere im Vergleich zu vielen anderen Elementen. Kohlenstoff ist sogar das vierth\u00e4ufigste Element im gesamten Universum. Die ersten drei sind Wasserstoff, Helium und Sauerstoff \u2013 allesamt Gase. Daher ist Kohlenstoff der am h\u00e4ufigsten vorkommende feste Stoff. Angesichts seiner H\u00e4ufigkeit ist es also nicht verwunderlich, dass er f\u00fcr das Leben von grundlegender Bedeutung sein k\u00f6nnte.<\/p>\n
Da Atome so klein sind, erleichtert dies die Bildung extrem komplexer Molek\u00fclketten. Wie bereits erw\u00e4hnt, kann Kohlenstoff sowohl Proteine als auch Zucker bilden. Alles, was Leben zur Energiegewinnung ben\u00f6tigt, basiert auf Kohlenstoff, genau wie das Leben selbst. Das bedeutet, dass Lebewesen andere kohlenstoffbasierte Molek\u00fcle abbauen k\u00f6nnen, um die Energie zu gewinnen, die sie zum \u00dcberleben brauchen. Es ist gewisserma\u00dfen ein mikroskopisches \u00abDu bist, was du isst\u00bb-Szenario.<\/p>\n
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Auf der Erde gibt es den sogenannten Kohlenstoffkreislauf. Es handelt sich um einen makroskopischen Prozess, der alles auf dem Planeten umfasst. Er erm\u00f6glicht es dem gesamten Planeten, Kohlenstoff zu recyceln, zu verteilen und in gewisser Weise Leben zu erhalten.<\/p>\n
Die weltweiten Kohlenstoffreserven sind begrenzt. Wir zerst\u00f6ren ihn nicht, aber wir k\u00f6nnen ihn auch nicht erzeugen. Das k\u00f6nnen wir schon gar nicht, vor allem nicht in diesem Ausma\u00df. Wir verf\u00fcgen also \u00fcber genauso viel Kohlenstoff wie jemals zuvor. Das bedeutet, dass alles, was ihn nutzt, ihn sich irgendwann teilen muss. Es ist durchaus m\u00f6glich, dass ein Teil des Kohlenstoffs, den du jetzt in dir tr\u00e4gst, einst in Abraham Lincoln, einem Tyrannosaurus rex und vielleicht sogar in den ersten Einzellern enthalten war, die in jenen Gew\u00e4ssern schwammen, als das Leben auf unserem Planeten entstand.<\/p>\n
Pflanzen nehmen Kohlendioxid aus der Luft auf. Es wird im Boden und in den Wurzeln gespeichert und kann beim Absterben der Pflanzen wieder freigesetzt werden. Die Ozeane absorbieren den Kohlenstoff, und Lebewesen wie Tiere atmen ihn in die Atmosph\u00e4re aus, wo er mit Sauerstoff ausgetauscht wird.<\/p>\n
Ein wesentlicher Teil des Kohlenstoffkreislaufs ist mit der Atmosph\u00e4re und den Auswirkungen von Kohlendioxid auf die Luftqualit\u00e4t und die globalen Temperaturen verkn\u00fcpft. Doch Kohlenstoff bewegt sich auch auf anderen Wegen: Pflanzen nehmen ihn auf, Tiere fressen ihn, und wir Menschen nehmen die Tiere auf. So werden diese Kohlenstoffatome st\u00e4ndig in verschiedenen Formen ausgetauscht. Es geht nicht nur um Kohlendioxid; auch Proteine, Zucker und andere Molek\u00fcle werden im Kreislauf des Lebens zwischen Organismen \u00fcbertragen.<\/p>\n
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Wenn Kohlenstoff also die Grundlage des Lebens bilden kann, weil er sich leicht mit anderen Elementen verbindet, sind dann auch andere Elemente dazu f\u00e4hig? Wie sich herausstellt, eignet sich Kohlenstoff zwar hervorragend daf\u00fcr, aber er ist nicht das einzige Element. Es ist wichtig zu bedenken, dass all dies rein theoretisch ist, aber was w\u00e4re Wissenschaft, wenn sie nicht Fragen stellt, um zu pr\u00fcfen, ob etwas m\u00f6glich ist?<\/p>\n
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Silizium steht im Periodensystem direkt unter Kohlenstoff. Es ist typischerweise das am h\u00e4ufigsten genannte Element, wenn \u00fcber andere m\u00f6gliche Lebensformen gesprochen wird. Das liegt daran, dass Silizium in seiner Molekularstruktur Kohlenstoff sehr \u00e4hnelt. Es bildet zwar nicht ganz so gut komplexe Bindungen mit anderen Elementen, aber immer noch recht gut.<\/p>\n
Strukturell \u00e4hneln viele Bindungen und Molek\u00fcle des Siliziums denen des Kohlenstoffs. Silizium kann zudem starke Bindungen mit Sauerstoff eingehen, was f\u00fcr die Bildung der Bausteine des Lebens, zumindest nach unserem heutigen Verst\u00e4ndnis, notwendig w\u00e4re. Dieser Ansatz birgt jedoch auch potenzielle Nachteile.<\/p>\n
Nicht alle Bindungen zwischen Siliziumatomen sind so stark wie die zwischen Kohlenstoffatomen. Silizium eignet sich zwar ideal f\u00fcr hohe Temperaturen, doch bei den \u00fcblichen Temperaturen an der Erdoberfl\u00e4che sind die Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen deutlich st\u00e4rker. Zudem sind Siliziumatome wesentlich gr\u00f6\u00dfer als Kohlenstoffatome. Dies f\u00fchrt in manchen Molek\u00fclen zu einem gewissen Platzbedarf und schr\u00e4nkt die M\u00f6glichkeiten zur Herstellung einiger der komplexesten Polymere, die mit Kohlenstoff synthetisiert werden k\u00f6nnen, ein.<\/p>\n
Forschern ist es gelungen, Mikroben im Labor so zu manipulieren, dass sie organische Verbindungen aus Silizium herstellen \u2013 ein Vorgang, der in der Natur normalerweise nicht vorkommt. Dies best\u00e4rkt die Annahme, dass wir eines Tages siliziumbasiertes Leben im Universum entdecken k\u00f6nnten.<\/p>\n
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Die Idee potenzieller methanbasierter Lebensformen ist etwas theoretischer als die Siliziumfrage. Hier wird die Sache deutlich komplexer und schwieriger zu verstehen. Kohlenstoff und Silizium sind zumindest unterschiedliche Elemente. Methan ist ein Molek\u00fcl aus Kohlenstoff und Sauerstoff, also k\u00f6nnte es sich technisch gesehen wieder um kohlenstoffbasiertes Leben handeln? Methan ist jedoch kein Milieu, in dem die meisten Lebensformen auf der Erde gedeihen k\u00f6nnen. Man m\u00f6chte es sicherlich nicht regelm\u00e4\u00dfig einatmen.<\/p>\n
NASA-Forscher, die einen der Saturnmonde, Titan, untersuchen, haben Vinylcyanid in seiner Atmosph\u00e4re entdeckt. Sie vermuten, dass diese organische Verbindung Zellmembranen f\u00fcr methanbasierte Lebensformen liefern k\u00f6nnte. Dabei handelt es sich wahrscheinlich um Mikroorganismen in den Methan-Ozeanen, die den Mond bedecken, aber theoretisch ist dies m\u00f6glich.<\/p>\n
Die Membranen auf Titan w\u00fcrden aus Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, im Gegensatz zu dem hier auf der Erde vorkommenden Phosphor und Sauerstoff.<\/p>\n
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Die \u00e4ltesten Fossilien, die wir je auf der Erde gefunden haben, stammen aus der Zeit vor 3,4 Milliarden Jahren. Damals entstand das Leben, und unser Planet sah noch ganz anders aus als heute. Es gab keinen Sauerstoff in der Atmosph\u00e4re und keine Photosynthese, um Kohlendioxid in atembare Luft umzuwandeln. Die Welt war hei\u00df, voller Gase und extrem lebensfeindlich f\u00fcr alles, was heute existiert. Wie also entstand das Leben, und was tat es?<\/p>\n
Von Wissenschaftlern entdeckte Fossilien deuten auf die Existenz von Mikroorganismen hin, die Schwefel als Energiequelle nutzen. Diese Mikroorganismen wuchsen und vermehrten sich, was die Hoffnung weckte, dass eines Tages Leben oder zumindest Spuren davon auf dem Mars entdeckt werden k\u00f6nnten.<\/p>\n
Dar\u00fcber hinaus wird angenommen, dass einige der Schwefelverbindungen, die zur Entstehung des Lebens auf der Erde beigetragen haben, urspr\u00fcnglich aus dem Weltraum stammen. Wenn sie hier landeten und Dinosaurier, Tauben und Fu\u00dfballspieler hervorbrachten, wer wei\u00df, was auf einem anderen Planeten geschehen sein mag?<\/p>\n
Ammoniak ist, \u00e4hnlich wie Methan, eine weitere Substanz, in der die meisten Lebewesen auf der Erde, gelinde gesagt, nicht \u00fcberleben k\u00f6nnen. Es gibt zwar Theorien \u00fcber ammoniakbasiertes Leben, doch geht es dabei weniger darum, dass Ammoniak Kohlenstoff ersetzt \u2013 was es nicht kann, da es ein Molek\u00fcl und kein Atom ist \u2013, sondern vielmehr darum, Wasser zu ersetzen.<\/p>\n
Ammoniak ist nicht v\u00f6llig unvereinbar mit Leben. Wir produzieren Ammoniak in unserem Urin, es ist also Teil unserer Biologie, obwohl es nicht als organische Substanz gilt. Das liegt einfach daran, dass es eine stickstoffhaltige Verbindung ohne Kohlenstoff ist. Kohlenstoffbasiertes Leben ist organisch. Sollten wir jedoch nicht-kohlenstoffbasiertes Leben entdecken, m\u00fcsste unsere Definition von organischer Materie angepasst werden.<\/p>\n
Da nur sehr wenige Planeten im Sonnensystem und vielleicht sogar im gesamten Universum fl\u00fcssiges Wasser besitzen, liegt die Frage nahe, welche anderen Fl\u00fcssigkeiten zur Entstehung von Leben genutzt worden sein k\u00f6nnten. Leben, wie wir es kennen, ben\u00f6tigt Wasser, aber wer sagt, dass Leben so sein muss wie wir? Hier kommt Ammoniak ins Spiel.<\/p>\n
Selbst in unserem Sonnensystem gibt es nur wenige Fl\u00fcssigkeiten, die in gr\u00f6\u00dferen Mengen vorkommen. Merkur und Venus enthalten Schwefels\u00e4ure. Zwar gibt es Wasser, und es wurde auch auf einigen Monden nachgewiesen, doch auf k\u00e4lteren Planeten findet sich wahrscheinlich Ammoniak, das einen niedrigeren Gefrierpunkt hat. Mit sinkenden Temperaturen verfl\u00fcssigt sich Methan, und selbst Stickstoff k\u00f6nnte in den \u00e4u\u00dferen Bereichen des Sonnensystems in fl\u00fcssiger Form vorkommen.<\/p>\n
Das Vorhandensein einer Fl\u00fcssigkeitspresse bedeutet nicht, dass diese in lebenden Organismen wirksam ist. Sie muss verschiedene Kriterien erf\u00fcllen, darunter die F\u00e4higkeit, als L\u00f6sungsmittel zu fungieren, eine niedrige Viskosit\u00e4t, Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber Temperaturschwankungen und weitere Faktoren. Wenn wir also fl\u00fcssiges Wasser, das bekannterma\u00dfen ideal w\u00e4re, ausschlie\u00dfen, ist Ammoniak unsere n\u00e4chstbeste Option.<\/p>\n
Ammoniak ist das vierth\u00e4ufigste Molek\u00fcl im Universum und seine chemische Zusammensetzung \u00e4hnelt stark der von Wasser. Es ist zwar nicht exakt wie Wasser, das f\u00fcr Lebewesen lebensnotwendig ist, aber unser Wissen basiert auf dem, was wir bereits wissen und beobachtet haben. Daher l\u00e4sst sich schwer sagen, ob uns Details entgangen sind.<\/p>\n
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Es gibt eine weitere Theorie \u00fcber den Ursprung des Lebens im Universum, die die Vorstellung von kohlenstoffbasiertem Leben weit hinter sich l\u00e4sst. Sie geht sogar \u00fcber die Idee von siliziumbasiertem, ammoniakbasiertem Leben oder \u00c4hnlichem hinaus. Es handelt sich um Leben als kosmische Kette \u2013 die extremste aller m\u00f6glichen Theorien.<\/p>\n
Wenn wir bedenken, was wir \u00fcber extreme Lebensformen auf der Erde wissen, denken wir vielleicht an B\u00e4rtierchen. Diese winzigen Organismen k\u00f6nnen in extremer K\u00e4lte, extremer Hitze und sogar im Vakuum des Weltraums \u00fcberleben. Es gibt auch Lebensformen, die an unglaublich hei\u00dfen, giftigen hydrothermalen Quellen am Meeresboden gedeihen. Auch wenn dies Ausnahmen sind, zeigen sie doch, dass es F\u00e4lle gibt, in denen Leben auf unerwartete Weise gedeihen kann. Wo 99,91 T\u00b3 Billionen aller anderen Lebewesen zugrunde gehen w\u00fcrden, leben diese Kreaturen friedlich zusammen. Stellen Sie sich das nun im kosmischen Ma\u00dfstab vor.<\/p>\n
Wenn wir unser bisheriges Wissen \u00fcber die Grundvoraussetzungen f\u00fcr Leben \u2013 n\u00e4mlich Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasser, die richtige Schwerkraft und den richtigen Abstand zum Stern \u2013 au\u00dfer Acht lassen, k\u00f6nnen wir mit der Suche an wahrhaft exotischen Orten beginnen. Zum Beispiel im Inneren der Sterne selbst.<\/p>\n
Dies ist rein theoretische Spekulation, aber die Idee ist, dass ein Teilchen \u00e4hnlich dem Higgs-Boson, ein sogenannter magnetischer Monopol, existieren k\u00f6nnte. Wir wissen nicht einmal, ob dieses Teilchen real ist. Wie das Higgs-Boson blieb es lange Zeit rein theoretisch. Obwohl die Existenz des Higgs-Bosons schlie\u00dflich bewiesen wurde, entzieht sich dieses Teilchen weiterhin unserem Verst\u00e4ndnis.<\/p>\n
Wenn das stimmt, k\u00f6nnten sich diese Partikel \u00fcber kosmische F\u00e4den verbinden und DNA-\u00e4hnliche Strukturen in Sternen bilden. Wenn die F\u00e4higkeit zur Selbstreplikation in RNA und DNA kodiert ist, k\u00f6nnten diese Partikel eine \u00e4hnliche Funktion in Sternen erf\u00fcllen, indem sie kodieren und reproduzieren und so eine Lebensform erschaffen, die sich von allem auf unserer Welt unterscheidet. Es w\u00e4re Leben auf Partikelbasis, oder zumindest dessen Bausteine.<\/p>\n
Ob diese Halsketten jemals etwas Bewusstes werden k\u00f6nnten, ist eine ganz andere Geschichte, und wer wei\u00df das schon?<\/p>\n
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