Leben unterm Eis

[ispom]

die Suche nach außerirdischem Leben (Überlegungen, Konzipierung von Sonden...) konzentriert sich mehr und mehr auf die Eismonde Enceladus und Europa.
Man geht davon aus, daß sich irdisches Leben mit Hilfe der Sonnenwärme gebildet hat, die aber unter dem sehr dicken Eis nicht zur Verfügung steht. Vielleicht könnten dort die hydrothermalen Schlote für warmes Wasser gesorgt haben?

Diese Frage wird hier aufgeworfen und diskutiert:

https://www.astrobio.net/alien-life/shallow-biospheres-exist-beneath-icy-ceilings-ocean-moons/

One potential source of the key building blocks of life in these hidden oceans could be chemical reactions between the seawater and the seafloor or the hydrothermal vents. Heat from hydrothermal vents would churn these waters, shuffling microbes and nutrients upward.

Darüber hinaus ist die starke Strahlung der Riesenplaneten eine mögliche Energiequelle

At the same time, high-energy electrons bombarding the icy surfaces of these frozen worlds from their nearby giant planets would generate chemicals known as oxidants, which could help organisms make use of fuel molecules, just as oxygen helps life on Earth burn nutrients for energy. Churning of the icy crusts could deliver these oxidants into the hidden oceans.

Vorschläge zur Erkundung werden hier diskutiert:

https://www.universetoday.com/13876...ath-surface-icy-worlds-like-enceladus-europa/

(sowohl auf demEis an den Kryo- Geysiren auf Enceladus als auch mit einem Roboter, der sich durchs Eis zum Meeresboden hindurchbohren kann... mit künstlerischer Darstellung )

na dann, bis bald mal wieder....

 

[Wolverine79]

Hi Ispom,

was bedeutet in diesem Zusammenhang "irdisches Leben"?
Ist hier die Rede von Leben, das durch irdische Mikroben entstanden ist, die durch Trümmer von Meteoriteneinschlägen auf der Ur-Erde die Monde "verunreinigt" haben?
Oder ist mit irdischem Leben "dem irdischen Leben ähnlich" gemeint?

Viele Grüße
Jens

 

[ispom]

Hi Jens,

imo sind hier unter "irdischem Leben" primitive stoffwechselfähige Individuen zu verstehen, die sich unter Energiezufuhr von Sonnenlicht oder Erdwärme aus vorhandenem Material gebildet haben. Ein ähnlicher Vorgang könnte unter den dicken Eisschichten der Eismonde zu ähnlichen Ergebnissen führen,
in beiden Fällen ohne "Verunreinigung" von außen durch Meteoriteneinfall.

 

[Protuberanz]

Selbst wenn das gravitative "Durchkneten" der Monde wirklich ausreichen sollte, um im Mondinneren einen Magmafluß (für schwarze Raucher der Antrieb) zu generieren, was ich noch bezweifle, müßten trotzdem noch andere Bedingungen erfüllt sein, damit an diesen Stellen tatsächlich Leben entstehen kann. Zum einen müßten die "Rohstoffe" erst einmal durch den Eispanzer nach unten gelangen. OK, das ist noch nicht das größte Problem, das kann durch kontinuierliche Verschiebung schon irgendwann einmal der Fall sein.
Aber bisher haben alle Annahmen, Experimente und Simulationen immer elektrische Felder, für die Entstehung von Aminosäuren benötigt. Wie zum Beispiel im Millerexperiment die Blitzentladung. Aber wo sollen unter dem Eis Blitze oder andere elektrische Felder in ausreichender Stärke herkommen, damit sich Aminosäuren bilden können?

 

[Wolverine79]

Gibt es auf den Monden Kaliumionen und Natriumionen? Dann könnte dort evtl. durch zufällige Effekte Strom erzeugt werden, auf dieselbe Art und Weise wie Zitteraale den Strom herstellen.
Aber wäre zugegebenermaßen extrem Unwahrscheinlich...

https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/strom-nach-dem-aal-prinzip/

 

[Protuberanz]

Das alte Henne-Ei-Problem. Um den Strom zu erzeugen, der Leben erzeugt, brauchst Du einen Aal. Aber warte mal, war das Aal-Dingens nicht auch Leben?
Nein, im Ernst. Ich will ja nicht ausschließen, das es irgendeine Konstellation gibt, die die passenden Bedingungen herstellt. Aber ich befürchte, das bei den Astrobiologen mehr der Vater der Wunsch des Gedanken ist, als wirklich fundierte Handhabe. Deswegen würde ich die Erwartungen nicht zu hoch schrauben.
Aber wie so oft, freue ich mich, wenn mich die Realität eines Besseren belehrt.

 

[Mahananda]

Hallo Protuberanz,

Aber bisher haben alle Annahmen, Experimente und Simulationen immer elektrische Felder, für die Entstehung von Aminosäuren benötigt.

Nein, auch UV-Strahlung liefert die nötige Energie, um aus Molekülen (insbesondere Methan, Ammoniak und die beiden Kohlenstoffoxide sowie Wasserdampf) Radikale werden zu lassen, so dass sie sich neu zu anderen Molekülen kombinieren - dabei u.a. auch zu Glycin und Alanin als einfachste Vertreter der Aminosäuren.

Problematisch für eine Lebensentstehung unter dem Eis eines zugefrorenen Ozeans ist eher der Wasserüberschuss, der das Entstehen von Polypeptiden effektiv verhindert. Polypeptide sind aber die notwendige Voraussetzung für spätere Proteine mit enzymatischer Funktion, die das Stoffwechselgeschehen aufrecht erhalten, welches für Lebewesen essentiell ist.

Um das bei der Polykondensation von Aminosäuren zu Peptiden entstehende Wasser in einer wasserreichen Umgebung los zu werden, bedarf es entweder eines periodischen Austrocknens (kann man für Europa und Enceladus ausschließen) oder eines Moleküls, welches Wasser an sich bindet (z.B. Thioether). Das wasserbindende Molekül müsste dann aber in hinreichender Konzentration am Reaktionsort präsent sein, was wiederum einen Mechanismus erfordert, der zu einem Aufkonzentrieren führt.

Die hier favorisierten Vent-Modelle (Vent = untermeerischer Schlot mit hydrothermaler Quelle) lassen zwar Synthese und Anreicherung diverser Moleküle zu, aber erlauben kein plausibles Szenario zum Entstehen echter Zellmembranen, so dass die diversen Molekülanreicherungen in den mineralischen Hohlräumen gefangen bleiben.

Für Leben auf Europa oder Enceladus sieht es also nicht so günstig aus ...

 

[Protuberanz]

Ich will nicht ausschließen, das es auch mit UV-Strahlung möglich ist, Aminosäuren zu produzieren, allerdings ist mir dazu kein Experiment, oder Simulation bekannt. Kannst Du mir da bitte die Quelle nennen? Eine andere Frage wäre, wo Du unter dem Eis die nötige UV-Strahlung her nimmst und den Wasserdampf.
Es sprechen eigentlich mehr Umstände dagegen, als dafür, das es auf einem der Eismonde wirklich Leben gibt. Deshalb verstehe ich auch die euphorische Erwartungshaltung nicht.

 

[Protuberanz]

Vielleicht sollten mal Simulationen mit der ionisierten Strahlung der Gasriesen, und oder deren Magnetfeldern durchgeführt werden. Möglicherweise eignet sich diese Energiequelle ja auch zur Erzeugung passender Aminosäuren. Aber auch wenn das funktioniert, bleiben noch viele andere ungünstige Umstände. Es bleibt also letztendlich sehr hypothetisch.

 

[Mahananda]

Hallo Protuberanz,

eine Quelle für das Entstehen von Aminosäuren mit UV-Strahlung hatte ich verlinkt. Aber gern auch noch mal extra:

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1968438

Darin heißt es:

Three types of gas mixture, Titan-type (CH4–N2–H2O), comet-type (CO–NH3–H2O), and primitive-Earth-type (CO–N2–H2O), were irradiated with vacuum-ultraviolet photons in the three energy ranges. After the irradiation, amino-acid formation yields in the acid-hydrolyzed solution of the product were measured with a high-performance liquid chromatograph method. From the Titan- and comet-type mixtures, amino acids were detected by irradiation with photons lower than 8.1eV. For both mixtures, the averaged quantum yields of glycine generation in the photon energy region of 7–10.5eV were of the order of 10−5, which was larger by about one order than that in the region 5–8eV.

Kurz: Drei verschiedene Atmosphärentypen wurden mit UV-Licht bestrahlt und es konnten Aminosäuren nach der Einstrahlung in wässrigen Lösungen der entstandenen Produkte gemessen werden. Glycin in einer Größenordnung von 10^-5 - also etwa in 100.000facher Verdünnung - was in Anbetracht der Kürze der Dauer des Experiments dennoch beträchtlich ist, wenn man es auf mehrere Millionen Jahre hochrechnet.

Die Frage nach der UV-Quelle unter dem Eis ist natürlich berechtigt, aber da die Eisoberfläche u.a. auch der UV-Strahlung ausgesetzt ist und über Risse und Klüfte eine Verbindung zum darunterliegenden Ozean nicht ausgeschlossen werden kann, ist es denkbar, dass an der Oberfläche entstandene Produkte in den Ozean gelangen und sich dort verteilen und möglicherweise sukzessive an geeigneten Orten anreichern können.

Deshalb verstehe ich auch die euphorische Erwartungshaltung nicht.

Nachgucken ist eben immer besser als Theoretisieren, so dass ich zumindest nachvollziehen kann, dass die Aussicht, irgendwann doch einen Lander mal genehmigt zu bekommen, euphorisierend wirkt - auch wenn man nichts finden wird.

EDIT:

Möglicherweise eignet sich diese Energiequelle ja auch zur Erzeugung passender Aminosäuren. Aber auch wenn das funktioniert, bleiben noch viele andere ungünstige Umstände.

Ja, das hatte ich ja schon beschrieben. Aminosäuren für sich genommen ergeben noch keinen Automatismus, der zu Lebewesen führt.

 

[Protuberanz]

Tschuldigung, hatte ich übersehen.
Du hast natürlich Recht. Nachsehen ist immer besser, als die Glaskugel zu befragen.
Und ich gebe zu, ich bin auch neugierig. Und ich sage auch immer dazu, das ich gern eines Besseren belehrt werde.
Andererseits habe ich auch die Erfahrung gemacht, je weniger ich erwarte, um so mehr freue ich mich dann über Kleinigkeiten.

 

[Major Tom]

Wenn kristallines Gestein mechanischem Druck ausgesetzt wird können elektrische Ladungen entstehen. (Piezoeffekt)
Wäre interessant, ob es auf so einem durch Gezeitenkräfte durchgewalkten Mond zu regelmäßigen elektrischen Effekten kommen könnte.

 

[Mahananda]

Hallo Tom,

Wäre interessant, ob es auf so einem durch Gezeitenkräfte durchgewalkten Mond zu regelmäßigen elektrischen Effekten kommen könnte.

Das ist eine interessante Idee! Elektrische Ladungsströme könnten polarisierend wirken und dabei einen Beitrag zur Lösung des Chiralitäts-Problems leisten - also eine Bevorzugung von L-Aminosäuren, so dass nachfolgend Peptide zunehmend homochiral zusammengesetzt sind. Darüber hinaus könnten Ladungen bei der Assemblierung polarer Aminosäuren auf mineralischem Untergrund eine Rolle spielen. Eventuell ergeben sich dadurch vielleicht reguläre Strukturmuster des mineralischen Untergrunds (Tonlagen), die dann regulierend auf die Struktur der aufliegenden Polymere wirken, so dass sich bestimmte Molekülformen vermehrt bilden und die Fülle an Möglichkeiten chemischer Reaktionen auf ein reproduzierbares Maß eingrenzen.

Ich muss das mal genauer durchdenken ...

Aber Danke für die Anregung!

 

[Major Tom]

Hallo Mahananda,

freut mich dass dir die Idee gefällt !

Ebenfalls interessant in diesem Zusammenhang eine seit Längerem kontroversiell diskutierte Theorie über die Entstehung von Biologie in Eis.Besonders förderlich für frühe Schritte der Lebensentstehung soll demnach die besondere Struktur von Meer-Eis sein. Während Süßwasser komplett gefriert, trennt sich Meerwasser auf: Es entstehen mikroskopisch kleine salzfreie Eisblöcke. Umgeben sind sie von kleinen Kanälen, durch die eine konzentrierte Salzlösung fließt. Hauchdünne, flexible Schichten trennen wie Membranen einzelne Bereiche voneinander ab – und bilden damit so etwas wie Zellen.
Man kann sich vorstellen , dass der Eismantel auf so einem Eismond von Spalten, Rissen und Schloten jeder erdenklichen Grosse durchzogen und durch regelmäßigen Nachschub organischer Moleküle durchsetzt sein könnte.
Man hätte also Energie, Wasser, Habitate und über Jahrmillionen stabile Verhältnisse. Voraussetzungen bei welchen man die Entstehung von Leben meiner Meinung nach nicht ausschließen kann.
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-12295-2010-09-22.html

 

[pauli]

Angenommen wir könnten was hochschicken: wie kommt eine Sonde durch kilometerdickes Eis?

 

[Mahananda]

Hallo Tom,

ja, die Meereis-Hypothese ist mir bekannt. Vor ein paar Jahren konnte man eine Ausarbeitung von Hauke Trinks noch als pdf im Netz finden ("Ice and the origin of life"), ist inzwischen aber nicht mehr online. Trinks hatte die Variante favorisiert, wo Meereis mit Küstenabschnitten in Kontakt tritt, so dass über den mineralischen Untergrund u.a. auch das periodische Austrocknen im Zuge der Gezeiten zur Wirkung kommt. Aber eben auch die Zufuhr von geeigneten Ionen, die dann die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Molekülarten abpuffern. Auf den Eismonden würde diese Variante der Aufkonzentrierung entfallen, da der darunterliegende Ozean für ein permanentes Auswaschen sorgt.

Die Gezeitenwirkungen, die die Eiskruste durchwalken und für Spannungen und Brüche sorgen, bewirken aber zugleich ein permanentes Durchsickern von Ozeanwasser bis in oberflächennahe Bereiche, so dass zugleich oberflächennahes Material (z.B. meteoritisches Material sowie über UV-Eintrag gebildete Aminosäuren und andere Organika) eine Chance hat, in den Ozean zu diffundieren und sich an der Unterseite der Eisschicht anreichern kann - eben in solchen Kanälchen, wo wechselnde Salinität vorherrscht. Inwieweit das nun reicht, dass sich hier auch echte Polymere bilden können, die sich dann auch anreichern und Stoffwechselzyklen aufbauen, muss man untersuchen. Wegen des permanenten Hydrolysedrucks und der fehlenden Verfügbarkeit von wasserbindenden Chemikalien bin ich da aber sehr skeptisch.

 

[Mahananda]

Angenommen wir könnten was hochschicken: wie kommt eine Sonde durch kilometerdickes Eis?

Das dürfte das Hauptproblem auf Europa sein. Angedacht ist ein Durchtauen mit Hilfe eines mit Radionukliden angetriebenen "Heizgeräts". Dann ergibt sich allerdings noch ein Problem mit der Datenübermittlung zur Erde. Die müssen ja auch vom Ozeangrund und durch das Eis zu einer Empfangsstation übertragen werden. Auf Enceladus ist die Eisdecke wesentlich dünner.

 

[Yadgar]

Überlegungen zu einer Europa-Durchschmelzsonde

Hi(gh)!

Das dürfte das Hauptproblem auf Europa sein. Angedacht ist ein Durchtauen mit Hilfe eines mit Radionukliden angetriebenen "Heizgeräts". Dann ergibt sich allerdings noch ein Problem mit der Datenübermittlung zur Erde. Die müssen ja auch vom Ozeangrund und durch das Eis zu einer Empfangsstation übertragen werden. Auf Enceladus ist die Eisdecke wesentlich dünner.

Die Durchschmelzsonde müsste als Oberteil eine Funkstation enthalten, die über ein Kabel mit dem Lander verbunden wäre, das über eine Spule auf ihrer Oberseite während des Durchschmelzvorgangs abgerollt wird - damit das Ganze mit vertretbarem Platz- und Masseaufwand möglich ist, darf das Kabel bei 10 bis 20 km Eisdicke nicht viel dicker als ein Bindfaden sein. Ferner stellt sich die Frage, ob das Wasser oberhalb der Sonde überhaupt schnell genug gefriert (und nicht vielmehr schlagartig verdampft), um das abgerollte Kabel zu fixieren und die Gefahr von Brüchen zu mindern... ist das schon einmal durchgerechnet worden? Sollte während des ganzen Duchschmelzens überhaupt kein Wasser gefrieren, würde die Mission scheitern, da, sobald eine Verbindung zum Ozean hergestellt ist, der Überdruck des Ozeanwassers die Sonde zur Oberfläche zurückschleudern würde...

Sofern alles gut geht, würde sich, auf der Unterseite der Eiskruste angekommen, die Funkstation im Eis festkrallen und die eigentliche "U-Boot"-Sonde abtrennen...

Bis bald im Khyberspace!

Yadgar

 

[Ionit]

Vorschläge zur Erkundung werden hier diskutiert:

https://www.universetoday.com/138769...eladus-europa/

(sowohl auf demEis an den Kryo- Geysiren auf Enceladus als auch mit einem Roboter, der sich durchs Eis zum Meeresboden hindurchbohren kann... mit künstlerischer Darstellung )

Da es praktisch unmöglich ist sich durch solch eine mächtige Eisschicht zu "schmelzen/bohren" (bis zu 170 km Dicke), denn dazu wäre ein mitgeführter Kernreaktor (der sich in einer Stahlkugel befindet und diese erwärmt) notwendig, denn an einem Stahlseil und Kabeln kann man eine (Schmelz)Sonde nicht ablassen, da das Seil durch das Eigengewicht vor dem Ziel reißen würde, und, sollte man mit einem Kernreaktor sich durchschmelzen, das hochschießende Wasser, sobald man den Ozean erreicht, mit 50000 bar Druck jedwede Sonde in Stücke reißen und die Einzelteile wieder zurück an die Oberfläche "schießen" würde, werden wir nie erfahren ob es da unten einen Ozean und Leben gibt.

Selbst wenn man es schaffen würde, den Ozean zu erreichen, könnte man die gesammelten Daten nicht an die Oberfläche senden, da eine dutzende kilometerdicke Eisschicht jede Kommunikation über Radiowellen unterbinden würde.

Um eine Kommunikation sicherzustellen, müsste man im eingeschmolzenen Eiskanal alle 500/1000/2000 Meter Repeater anbringen, die das Radiosignal verstärken und durch den Eiskanal nach oben leiten, welche aber, sobald man den Ozean erreicht, durch das hochschießenede Wasser (50000 bar (oder mehr) Druck) zerstört werden würden.

Um das alles zu unterbinden, müsste man im Eiskanal, wenn man 500 Meter vor dem Ziel ist, eine Druckschleuse einbauen, die dem hochschießenden Wasser standhält. Dann könnte man, von oben, bis zur Druckschleuse Repeater anbringen. Ohne Druckschleuse wird jede Installation unweigerlich zerstört, da das unter hohem Druck stehende (nach oben schießende) Wasser alles in Stücke reißen und wegspülen würde, während der Eiskanal gleichzeitig wieder zufriert.

Einen "schnurgeraden" Kanal nach unten zu schmelzen, ist praktisch unmöglich, da in den Eisschichten Gesteinsbrocken eingeschlossen sein werden, die die Schmelzsonde "umschiffen" muss. Wenn man in hundert Kilometer Tiefe auf einen Asteroiden trifft, der dort vor einer Milliarde Jahren eingeschlagen und im Eis eingeschlossen ist, ist eh "Schluß mit durchschmelzen", denn dann muss die Sonde sogar ausfahrbare "Füße" haben, damit sie auf der Gesteinsschicht einen Richtungswechsel vornehmen kann (oder um sogar wieder einige hundert Meter "hochzuklettern" damit der Asteriod anschließend auf einer anderen Strecke umrundet werden kann).

Vom Kosten/Nutzen-Verhältnis wäre das Irrsinn, da man nicht nur einen Kernreaktor (innerhalb einer Stahlkugel, in der sich auch ein Mini-U-Boot befindet, das am Ziel abgekoppelt wird), sondern auch eine gewaltige Druckschleuse, die 50000 bar widerstehen kann, dorthin transportieren, dann (irgendwie) in die Tiefe (79 bis 169 km) bringen und dort installieren/verankern müsste, während man gleichzeitig auch noch die Repeater anbringen müsste (was das kleinste Problem wäre).

Das wird niemals umgesetzt werden.

Von "Eisbeben", die durch das schlagartige Entladen von Spannungen im Eis (durch den Schmelzprozess in die Tiefe) ausgelöst werden könnten und die zur Verschiebung der verschiedenen Eisschichten führen und den (halbfertigen) Eiskanal wieder verschließen könnten, ganz zu schweigen.

Wir werden daher nie erfahren ob es da unten Leben gibt.

 

[pauli]

Also ich glaube nicht dass es hochschießendes Wasser gäbe, denn der Schacht würde über der Sonde schnell wieder zufrieren (das geschmolzene Eis bleibt ja über der Sonde da und wird nicht abgeführt). Am Meer angekommen, wäre es wie bei einem U-Bott das unten die Luke am Boden öffnet: es dringt trotz Riesendruck kein Wasser ein.