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Die Drake-Formel, eine Wahrscheinlichkeitsbetrachtung für die Entwicklung intelligenten Lebens im Universum
Im Prinzip gibt es verschiedene Möglichkeiten, sind dem Thema "Leben außerhalb der Erde" zu nähern. Die direkteste ist die Untersuchung von Planeten oder Monden die wir mittels Sonden erreichen und untersuchen können. Die zweite Option ist die Suche nach Signalen, wie dies die SETI-Bewegung tut. Deutlich indirekter sind viele der Forschungen die im zweiten Teil dieses Artikels beschrieben werden, nämlich der Versuch, die Grenzen dessen was wir Leben nennen, auszuloten, z.B. indem auf der Erde nach Lebewesen gesucht wird, die außerhalb der für uns üblichen Umwelt (Sauerstoff, gemäßigte Temperaturen, etc.) leben können. Dies kann durch Experimente in Richtung künstliches Leben erweitert werden.
Der nächste Schritt ist dann die Frage, ob Leben zwingend auf der für uns selbstverständlichen Basis von Kohlenstoff bestehen muss. Z.B. die Frage Kann es Leben ohne Wasser geben?
Der letzte hier betrachtete Zugang ist eine Wahrscheinlichkeitsbetrachtung, die als Drake Equation bekannt geworden ist, benannt nach Frank Drake, der die Formel 1961 zum ersten Mal veröffentlichte. Der folgende Text geht durch die verschiedenen Parameter der Wahrscheinlichkeitsbetrachtung. Am Ende kommen dann die aktuellen Wahrscheinlichkeiten, die sich auf Grund der laufenden Forschungen ständig verändern.
Planeten mit flüssigem Wasser
 | | Die meisten der bisher gefundenen Exoplaneten finden sich, verglichen mit der Größe der Milchstraße, in 'unmittelbarer' Nähe - da geht noch mehr
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Die erste Voraussetzung für Leben ist, dass es andere bewohnbare Planeten gibt. Dies ist extrem wahrscheinlich, wir haben bereits in der unmittelbaren Nähe unserer Sonne eine sehr große Zahl von Planeten entdeckt und es kommen auf Grund der verbesserten Teleskope ständig neue hinzu.
Es gibt in der Milchstaße (unserer Heimatgalaxie) ca. 300 Milliarden Sonnen (eine typische Galaxis hat eher 100 Milliarden) und es gibt ca. 50 Milliarden Galaxien. Die beiden Zahlen multipliziert ergibt eine riesige Zahl von möglichen Sonnen, die von Planeten umkreist sein könnten.
2011: Mittlerweile wurde eine sehr große Zahl von Planeten um andere Sonnen unserer Nachbarschaft "gesehen". So viele, dass es mittlerweile viel bessere Modelle zur Entstehung von Plantensystemen und deren Evolution gibt. Die NYT veröffentlichte dazu eine schöne Zusammenfasung Hot on Trail of ‘Just Right’ Far-Off Planet mit einer sehr schönen Infographik zur Frage, wo können sich Planeten entwickeln (und halten) die erd-ähnliche Verhältnisse bieten: Habitable Zones. Da wird z.B. auch gezeigt, dass Planeten die zu nahe an ihrer Sonne stehen, in einen sog. tidal lock geraten (was z.B. für unseren Mond zutrifft), d.h. sie zeigen immer die gleiche Seite zur Sonne, dort wird es sehr heiß, auf der Nachtseite ist Weltraumkälte. Dies trifft für die meisten der bis jetzt entdeckten Planeten zu.
2012 - Neue Zahlen: Milchstraße hat Milliarden "bewohnbare" Planeten. Eine neue Studie geht davon aus, dass die Sonnen der Milchstraße im Durchschnitt 1,6 Planeten in der "bewohnbaren Zone" haben, das wären dann mehr als 100 Milliarden Planeten auf denen z.B. flüssiges Wasser möglich ist.
Diese Planeten müssen im richtigen Abstand zu ihrer jeweiligen Sonne stehen, so dass es weder zu heiß, noch zu kalt für flüssiges Wasser ist, die sog. habitable Zone. Diese Annahme geht davon aus, dass flüssiges Wasser eine Voraussetzung für Leben ist - dies ist aber evt. nicht korrekt, siehe dazu die Diskussion um Leben auf Titan. Außerdem könnte es außerhalb der habitablen Zone auch noch flüssiges Wasser geben, wie z.B. auf Jupitermonden wie Europa und Kallisto. Wenn Eismonde relativ nahe an ihrem Planeten sind so sorgen Gezeitenkräfte für eine Erwärmung des Mondes.
Eine weitere Forderungen für Leben könnte sein, dass die jeweilige Sonne in einem bestimmten Abstand vom Zentrum der jeweiligen Galaxis ist. In der Nähe des Schwarzen Loches (oder der Schwarzen Löcher) die sich im Zentrum wohl aller Galaxien befinden, herrscht eine so extreme Strahlung, dass es für Leben in unserem Sinne sehr schwer sein wird. Zu weit draußen in den Spiralarmen gibt es nicht genügend Sterne in einem so fortgeschrittenen Stadium der Sternentwicklung, dass auch schwere Elemente wie Sauerstoff und Eisen zur Verfügung stehen. Das Universum enthält ursprünglich fast nur Wasserstoff und Helium. Erst wenn eine Sonne der ersten Generation in einer Supernova explodiert werden die schwereren Elemente ausgestreut, die für die Bildung von komplexen organischen Molekülen notwendig sind. D.h. es muss in der Gegend der Galaxis in der Leben entstehen soll, schon mal eine Supernova-Explosion gegeben haben.
2016: Eine Studie hat untersucht, wo in der Milchstraße die besten Voraussetzungen für ein längeres Überleben von intelligenten Zivilisationen besteht: Wenig überraschend ist dies am Rande der Milchstraße (wo wir uns auch befinden). Dort ist die Chance, von einer Supernova ausgelöscht zu werden oder durch die Gravitationseinflüsse anderer, vorbei ziehender Sterne aus der stabilen Bahn geworfen zu werden, am geringsten.
Hilfreich für Leben ist wohl auch, wenn der Planet ein Magnetfeld hat, das einen Schutz gegen die kosmische Strahlung des Weltalls bietet. Ebenso ist es hilfreich, wenn der Planet einen Mond hat, der stark genug ist, um die Achse des Planeten zu stabilisieren (wenn ein Planet "taumelt" und dadurch z.B. die vereisten Pole eines Planeten in kurzen Zeiträumen kreuz und quer über den Planeten wandern, so hat das Leben es sehr schwer, sich im Rahmen der Evolution an die sich ständig ändernden Klimabedingungen anzupassen). Noch weitergehend ist die Forderung, dass der Planet eine Plattentektonik hat, die es sicherstellt, dass Material aus dem Inneren des Planeten auch auf der Oberfläche für die Bildung von komplexen Molekülen zur Verfügung steht.
Einfache Zellen entwickeln sich
Dass sich einfache organische Moleküle aus denen sich das Leben auf der Erde zusammensetzt auch im Labor bilden können wurde im Miller-Urey-Experiment gezeigt (mehr dazu weiter unten). Aber Achtung: zwischen nicht-lebenden einfachen organischen Molekülen und einer ganz einfachen Zelle ist noch ein gigantischer Schritt. Der nächste Schritt wäre dann die Bildung von Membranen, denn Leben muss sich immer von seiner Umgebung abkapseln. Aber auch das ist noch keine Vermehrung und Weitergabe von Erbinformationen.
Der Biologe Nick Lane schreibt (in dem Buch das etwas weiter unten beschrieben wird), dass eigentlich für die Entstehung der nötigen Basis-Moleküle nur Felsen (Olivine), Wasser und CO2 notwendig sind. Dazu muss dann eine chemische Umgebung kommen, in der geeignete Katalysatoren, z.B. FeS, die Bildung von komplexen Kohlenstoffverbindungen synthetisieren helfen. Das waren seiner Meinung nach basische Hydrothermalquellen.
Aber evt. muss sich Leben nicht einmal unabhängig auf jedem Planeten neu entwickeln. Es gibt eine Theorie, nach dem Eiweißmoleküle oder sogar Bakterien einen Flug durchs Weltall innerhalb eines Meteoriten durchaus sehr lange überleben könnten. Diese Panspermietheorie wird von durchaus ernst zu nehmenden Wissenschaftlern vertreten. (Manche gehen sogar so weit, zu behaupten, dass der SARS Virus aus dem Weltraum stammt, was aber von fast allen Wissenschaftlern bezweifelt wird).
Komplexe Lebewesen - Eine extrem langsame Entwicklung
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Eine sehr schön Darstellung der Größenordnung der Zeitabläufe findet sich auf der Website WaitButWhy. Ziemlich am Ende der Graphik (d.h. bevor die Comments anfangen, d.h. in der Mitte der gesamten Page) findet sich die zeitliche Darstellung wie lange es bis zu komplexen Zellen mit Zellkern und Mitochondrien gedauert hat.
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Auf jeden Fall ging die Entwicklung des ersten Lebens (selbstreproduzierende komplexe Strukturen, die dem Evolutionsprozess unterliegen) auf der Erde ziemlich zügig voran:
Bereits relativ kurz nach der Entstehung der Erde von 4,567 Milliarden Jahren und der dann beginnenden Abkühlung gibt es bereits mit 3,8 Milliarden Jahren erste Hinweise auf Kohlenstoff organischen Ursprungs, vermutlich erste Bakterien und einzellige Blaualgen. Das ging sehr schnell.
Mit 3,7 Milliarden Jahren atmen die Bakterien bereits so viel Methan aus, dass das Klima beeinflusst wird, bei 3,5 Milliarden finden sich mit Stromatolithen Kolonien von Einzellern die Riffe bilden.
Mit 3,46 Milliarden Jahren kommt es zur ersten Katastrophe die durch das neue Leben erzeugt wird: durch Photosynthese entsteht so viel Sauerstoff (der für die meisten damaligen Lebewesen giftig war), dass das Leben ordentlich durcheinander gerät.
Das Leben auf der Erde bestand für die nächsten 2 Milliarden erst mal nur aus sog. Prokaryoten (Bakterien und Archae), das sind einfache Zellen, ohne Zellkern. Es entwickelten sich auf dieser Grundlage eine Vielzahl von Formen und Variationen, denen es gelungen ist, eine ungeheure Vielzahl an ökologischen Nischen zu besetzen: Salzwasser, Süßwasser, Land, Luft, aber auch Tiefsee inkl. heiße Quellen und sogar in den Gesteinen der Erdkruste. Sie nutzen dabei eine Vielzahl von chemischen Energiequellen. Es kam jedoch in diesem langen Zeitraum zu keinem Anstieg der Zellkomplexität oder Mehrzellern. Warum das so war, das ist eine der primären Fragestellungen im Buch Nick Lane (Siehe Kasten links).
Was macht eigentlich Leben aus?
2016: Nick Lane, The Vital Question: Energy, Evolution, and the Origins of Complex Life
Das Buch geht sehr tief (ist nicht wirklich populärwissenschaftlich), aber mit biologischen und chemischen Grundwissen und viel Hilfe aus der Wikipedia eröffnet das Buch außerordentliche Perspektiven. Der Autor entwickelt aus grundlegenden Naturgesetzen eine Theorie (mit Hinweisen auf erfolgreiche Experimente) wie sich die ersten komplexen Kohlenwasserstoffe gebildet haben können, die ersten Membranen entstanden sind, wie sich dann eine Differenzierung und Archae und Bakterien abgespielt haben könnten, warum dann in einer sehr sehr lange Zeit diese beiden Zelltypen ständig neue Energiequellen und damit auch neue Lebensumgebungen erschlossen haben, ohne jedoch von der Größe her wachsen zu können. In sehr sehr langer Zeit ist es nur in vereinzelten Ausnahmefällen dazu gekommen, dass es Bakterien geschafft haben, als Symbionten in anderen Prokarioten weiter zu leben. Auf diese Weise sind die viel viel komplexeren Eukarioten entstanden, nachdem sie vor allem aus dieser Symbiose die Mitochondrien gewinnen konnten. Erst dies erlaubte es dem neuen Zelltyp, die Beschränkung der notwendigerweise kleinen meist zirkulären DNA-Moleküle zu überwinden und um Größenordnungen komplexere, lineare Chromosomen zu bilden. Nur dadurch können Mehrzeller entstehen, die in jeder Zelle die gesamte DNA der gesamten Körpers verarbeiten können.
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Erst zwischen 1,6 und 1,2 Milliarden Jahren finden sich deutliche Hinweise auf Eukaryoten, d.h. Zellen mit Zellkernen und Mitochondrien.
Das heißt, die Entstehung des einfachen, einzelligen Lebens in Form von Prokaryoten ging ziemlich schnell, aber aus Gründen, die Nick Lane ausführlich darlegt, sind Prokaryoten (denen die Mitochondrien fehlen) energietechnisch nicht in der Lage, größere Genome auszubilden.
Sie haben es zwar teilweise bereits vor, 3,5 Milliarden Jahren geschafft, eine effizientere Form der Energiegewinnung zu finden, als die in zu Beginn des Lebens auf der Erde übliche, nämlich die Energiegewinnung z.B. auf der Basis von Schwefelverbindungen in Tiefseeschloten.
Um aber freien Sauerstoff in der Atmosphäre zu haben, mussten sich erst Cyanobakterien entwickeln, die Sauerstoff erzeugen und in die Atmosphäre abgeben und damit für andere Zellen die Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen zu CO2 und damit eine sehr hohe Energie-Effektivität erlaubten.
Das reicht aber nicht aus um Mehrzeller bilden zu können bei denen in jeder Zelle die gleichen Erbanlagen sind (und bei denen die Zellen daher nicht in einer Konkurrenzsituation sind) muss das Genom deutlich gegenüber dem von Bakterien und Archae wachsen können. Bakterien haben typischerweise 5 000 Gene, Eukaryoten (z.B. der Mensch) rund 20 000 Gene. Die Replikation und vor allem das "Ablesen" eines großen Genoms erfordert mehr Energie, größere Bakteriengenome bremsen die Vermehrung durch Zellteilung herab.
Eukaryoten gewinnen ihren großen Energievorteil, weil sie mit Mitochondrien spezialisierte Energieeinheiten haben, die sich weitgehend selbständig vom Rest der Zelle vermehren und optimieren können. Mitochondrien sind für die Energiegewinnung nicht auf die Membranen der Zelloberfläche angewiesen, sie haben ihre eigenen Membranen mit deren Hilfe sie die notwendige chemische Energie (ATP-Moleküle) in sehr großer Menge erzeugen können. Die Bedeutung von Mitochondrien sieht man auch daran, dass z.B. in Herzmuskelzellen die Mitochondrien einen Volumenanteil von 36% haben.
Die Entstehung komplexen mehrzelligen Lebens scheint daher, im Gegensatz zur Entstehung einfacher Einzeller, ein im Vergleich zur Entstehung des Lebens an sich ein vergleichsweise unwahrscheinliches Ereignis zu sein. Nick Lanes Einschätzung ist daher, dass man auf anderen Planeten und Monden mit hoher Wahrscheinlichkeit Einzeller finden wird, aber Mehrzeller werden nur in Ausnahmefällen zu finden sein. Immerhin hat es auf der Erde unter durchaus vorteilhaften Bedingungen dafür ca. 2 Milliarden Jahre gebraucht.
Intelligentes Leben - noch mal eine mühsame Entwicklung
Das heißt, komplexe Zellstrukturen und damit Mehrzeller mit differenzierten Zelltypen haben sich nur mit sehr großer Verzögerung gebildet, fast 2 Milliarden Jahre Wartezeit. Aber selbst so komplexes Leben muss sich nicht unbedingt in Richtung intelligentes Leben (im menschlichen Sinne) entwickeln. Das hat ja auf der Erde aucn noch mal ca. 1,5 Milliarden Jahre gedauert, denn die Entwicklung von Intelligenz (im weiteren Sinne) begann erst mit der Entwicklung der Wirbeltiere, im engeren Sinne sogar erst vor ca. 500 000 Jahren. Wenn es während der 3.8 Milliarden Jahre zu noch größeren (oder weiteren) Katastrophen als den bereits bekannten (z.B. das Aussterben der Dinossaurier und anderen Artensterben) gekommen wäre, wäre nie intelligentes Leben wohl hier entstanden.
Nach der Entwicklung von Mehrzellern vor ca. 800 Millionen Jahren differenzierten sich die Eukaryoten in weitere Gruppen, u.a. die Pilze, Pflanzen und Tiere. Unter Millionen von Arten von Pflanzen und Pilzen hat sich keine Intelligenz (im menschlichen Sinne) entwickelt (auch wenn wir heute mehr und mehr das komplexe Sozialleben von Pflanzen und Pilzen erkennen.
Die Tiere verzweigten sich im Präkambrium und Kambrium in ca. 60 bis 80 sog. Phyla. Nur eine einzige, nämlich die der Chordaten (Tiere mit einem inneren Knorpelstützskelett) hat sich davon in Richtung Intelligenz entwickelt. Das waren nämlich die Wirbeltiere, aber auch von denen haben hohe Intelligenz weder die Fische, noch die Amphibien, die Reptilien oder die Vögel geschafft, sondern nur die Säugetiere (immer mehr Forschungen legen nahe, dass einige der Dinosaurier sehr wohl Intelligenz hatten, ein reges Sozialleben, Brutpflege, etc. Aber trotz des riesigen Zeitraums, in dem sie die Erde "beherrschten", haben sie keine Zivilisation entwickelt. Sie hatten dafür ca. 140 Millionen Jahre Zeit, der Homo Sapiens, d.h. wir, haben das in wenigen Millionen Jahren geschafft, erste Steinwerkzeuge gibt es seit 2,6 Millionen Jahren).
Und auch die Säugetiere haben dafür sehr lange gebraucht, sie begannen im Trias, d.h. vor mehr als 200 Mill. Jahren, aber erst im Tertiär, d.h. vor ca. 15 bis 20 Mill. Jahren entwickelte sich in einer der ca. 24 Arten von Säugetieren Intelligenz. Das Gehirn der Hominiden begann seine Entwicklung dann letztlich erst vor ca. 3-6 Millionen Jahren und der moderne Homo Sapiens kam erst vor ca. 300 000 - 500 000 Jahren.
Wenn nur eine der Verzweigungen, die letztendlich zum Menschen geführt haben, nicht genommen worden wäre, oder die entsprechende Linie einem Artensterben zum Opfer gefallen wäre, so gäbe es evt auf der Erde auch kein intelligentes Leben. Oder aber es hätte sich evt eine ganz andere Linie in Richtung auf intelligentes Leben entwickelt, was wäre wohl aus den Dinosauriern geworden, wenn sie nicht ausgestorben wären? Einige Arten hatten wohl ein sehr differenziertes Sozialleben (Brutpflege). Die Sauriere sind alles andere als eine gescheiterte kurzlebige Tierart, sie haben die Erde so viel länger beherrscht als die Menschen bisher (siehe oben). Es gibt Abschätzungen, nach denen die Erde bisher ca. 50 Milliarden Arten beherbergt hat und nur eine davon hat genug Intelligenz entwickelt dass sie zum Aufbau einer Zivilisation geführt hat.
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| Dieser Witz erinnert an das Fermi-Paradoxon: Wenn es so viele intelligente hoch-technisierte Zivilisationen in der Milchstraße gibt, warum habe ich dann noch nie einen Außerirdischen gesehen? |
Technische Zivilisationen
Um für uns mit unseren derzeitigen technischen Mitteln erreichbar zu sein müssten Außerirdische eine technische Zivilisation gründen und dürfen sich z.B. nicht auf spirituelle Werte konzentrieren. Es ist unklar, ob dies in allen Fällen der Fall sein würde. Auch müssen sie von ihrer Umwelt und von den Organen her in der Lage sein, technische Geräte zu entwickeln. Beliebig intelligente Delphine hätten im Wasser sehr große Schwierigkeiten, das Schmelzen von Metallen, die Glasherstellung und ähnliches zu entdecken, speziell wenn ihnen Greiforgane und andere Werkzeuge zur Manipulation ihrer Umwelt fehlen.
Für den Fall, dass eine technische Zivilisation entsteht, so müsste sie in einer Umgebung sein, die es den Lebewesen erlaubt, den Weltraum zu "sehen" und sie müssen genügend Neugier für ein Interesse an einer Kommunikation zu entwickeln. D.h. sie dürfen nicht zu sehr introvertiert sein.
Sie müssten auch eine Physik und Technologie entwickeln, die Kompatibel mit der unsrigen ist, d.h. sie müssten ähnliche wissenschaftliche Überlegung anstellen um ebenfalls das elektromagnetische Spektrum zu analysieren und auf die Idee kommen, auf diesem Weg Signale auszusenden. Die Erde hat eine Reihe von Hochzivilisationen gehabt, die nicht in diese Richtung gingen.
Diese Lebewesen dürfen dann aber in keine der Fallen wie z.B. globale Kriege mit Kernwaffen fallen (oder was noch alles an zukünftigen Kriegstechnologien entdeckt werden wird). Um von uns mit SETI entdeckt zu werden müssen sie außerdem noch genügend Ausdauer besitzen, das Aussenden von Signalen oder das Horchen auf elektromagnetische Signale über einen sehr langen Zeitraum, auch ohne irgendeinen Erfolg, durchzuführen. Die Menschheit sendet elektromagnetische Strahlung jetzt ja erst seit knapp 100 Jahren in den Raum. Jede fremde Zivilisation, die vor dem Jahr 1900 das Horchen in Richtung Erde als "offensichtlich erfolglos" eingestellt hätte, hätte uns verpasst.
Alle diese Wahrscheinlichkeiten müssen dann nur noch multipliziert werden und schon kommt heraus, wie viele technische Zivilisationen es in der unmittelbaren Nachbarschaft der Sonne, in der Milchstraße oder im Universum geben sollte. Hier eine Darstellung der Uni Rochester.
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Quelle: University of Rochester.
Im oberen Teil der Graphik wird die übliche, hier vorgestellte Folge von Wahrscheinlichkeiten dargestellt.
Im unteren Teil die durch die Forscher Frank and Sullivan in Rochester vereinfachte Gleichung - mehr dazu weiter unten.
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Hier noch ein toller Link: Frank Drake erklärt 2005 in einem ausführlichen Podcast seine Formel und gibt Aktualisierungen an. Die kurze Zusammenfassung ist, dass neue Erkenntnisse betreffend viele der Faktoren dazu führen, dass die Wahrscheinlichkeiten deutlich höher sind, dass es intelligentes Leben in unserer Galaxis gibt.
Die Möglichkeit, dieses Leben durch zufällige elektromagnetische Abstrahlung (so wie SETI dies versucht) zu finden wird aber heute von vielen geringer eingeschätzt als noch vor einigen Jahrzehnten: effektiver arbeitende Technologie strahlt weniger Energie ungenützt in den Weltraum, der Trend zum Kabel- und auch Satellitenfernsehen senkt die Abstrahlung der Erde heute deutlich.
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Der Link links zum Drake-Vortrag führt übrigens zu vielen anderen Vorträgen, die ebenfalls für diese Fragen relevant sind und einen aktuellen Stand wiedergeben, z.B. Dr. Geoff Marcy (University of California, Berkeley): "New Worlds and Yellowstone: How Common are Habitable Planets?", Dr. Dana Backman (SETI Institute and Astronomical Society of the Pacific): "A Ringside Seat to the Formation of Planets" und auch Dr. Jeff Moore (NASA Ames Research Center): "New Horizons at Jupiter (and Some Saturn News)". Letzterer berichtet z.B. von "New Horizons at Jupiter (and some Saturn News)". Letzterer berichtet z.B. von "water geysers on the Saturn moon Enceladus", d.h. flüssiges Wasser weit draußen im Weltall, wo es längst gefroren sein sollte.
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Eine gute Darstellung der Drake-Tabellen in PDF-Format (aus dem Jahr 2003).
Aktualisierungen zur Drake-Formel
August 2014:
In der NY Times steht ein interessanter Artikel The Intelligent-Life Lottery. Dabei wird der immer höheren Wahrscheinlichkeit, dass es in Erdnähe Planeten gibt auf denen sich Leben entwickeln kann, die Unwahrscheinlichkeit gegenübergestellt, dass dieses Leben technische Intelligenz entwickelt. Zitat "It has been more than 3.5 billion years since the first simple cells arose, and it took another billion years or so for some of them to evolve and join symbiotically into primitive multicellular organisms. . . . Of the billions of species that have lived and died since life began, only one — Homo sapiens — had developed a science, a technology, and the curiosity to explore the stars."
Okt. 2015: Die Erde in der Geschichte des Kosmos
Ein interessanter Artikel im Standard Großteil der erdähnlichen Planeten ist noch nicht entstanden berichtet von einer Studie die die zeitliche Stellung der Erde in der Geschichte und Zukunft des Kosmos beleuchtet. Dabei wird festgestellt, dass im Vergleich zum Lebensalters des Kosmos unsere Sonne und damit auch unsere Erde zu einer der frühen Generationen gehören könnte.
Eine theoretische Studie von Wissenschaftern um Avi Loeb vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics kommt zum Schluss: Der Grund, warum es so aussieht, als wären wir allein im Universum könnte sein, dass das Leben auf der Erde aus kosmischer Perspektive ungewöhnlich früh erschienen ist. D.h. eine der Antworten auf das Fermi-Paradox (siehe weiter oben) könnte sein, dass die vielen anderen Zivilisationen noch auf die Entstehung ihrer Sonne und ihrer Planeten warten.
In ca. einer Milliarde Jahren wird unsere Sonne alles Wasser auf der Erde verkocht haben, aber die Entstehung neuer Sonnen mit Planetensystemen ist dann noch lange nicht abgeschlossen, d.h. die meisten Lebewesen die das Universum beherbigen wird, haben derzeit noch lange nicht gelebt. Siehe auch Time in Perspective auf WaitButWhy.
Die entgegengesetzte Antwort im August 2016: Ist Leben auf der Erde womöglich eine kosmische "Frühgeburt"?. Während der Kosmos 13,8 Milliarden Jahre alt ist, existiert unser Sonnensystem erst seit 4,5 Milliarden Jahren. Viele Wissenschafter halten es daher für plausibel, dass potenzielles Leben auf fremden Planeten inzwischen durchaus mehrere Milliarden Jahre alt sein könnte, bzw. dass deren Sonnen längst nicht mehr existieren.
Mai 2016:
Die Astrophysiker Frank und Sullivan von Rochester University (von der ich die Graphik weiter oben habe) schlagen auf der Grundlage der großen Zahl nun bereits entdeckter Exoplaneten eine neue Abschätzung vor. Sie haben es sich einfacher gemacht. Sie skippen z.B. die Frage, wie lange eine Zivilisation vermutlich überleben kann und wie lange es für die Entwicklung von intelligentem Leben braucht. Sie fragen hingegen "wie hoch die Chancen sein müssten, dass das Universum außer uns keine andere technische Intelligenz hervorgebracht hat".
Die Chance, dass wir tatsächlich die einzige technische Zivilisation sind, ist nur dann hoch, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass sich auf einem lebensfreundlichen Planeten eine intelligente Zivilisation entwickelt, bei weniger als 1 zu 10 hoch 22 liegt – was in Wahrheit sehr, sehr unwahrscheinlich wäre. Läge die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung einer technischen Spezies auf einem lebensfreundlichen Exoplaneten nur bei 1 zu 1 Billion (10 hoch 12), müsste der Kosmos bisher rund 1 Milliarde Zivilisationen hervorgebracht haben. Mit dem Rechner auf der Website kann man rumspielen: man kann unsere Nachbarschaft in der Milchstraße vorgeben, oder die gesamte Milchstraße oder das Universum. Dazu kann man vorgeben, welche Annahmen man dafür machen will, dass sich auf habitablen Planeten intelligente Lebewesen entwickeln.
Sie kommen aber doch zu einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit dass sich zwei technische Zivilisationen begegnen, obwohl die Wahrscheinlichkeit dass es viele gibt recht hoch ist: "Läge die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung einer technischen Spezies auf einem lebensfreundlichen Exoplaneten nur bei 1 zu 1 Billion (10 hoch 12), müsste der Kosmos bisher rund 1 Milliarde Zivilisationen hervorgebracht haben. Die großen Zeiträume, die gewaltigen Dimensionen des Universums und die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit dürften dazu beitragen, dass wir von diesen Kollegen im All nie etwas mitbekommen."
Juni 2016 eine andere Veröffentlichung, diesmal von Sullivan und Matter zu den Parametern der Drake Formel: Yes, There Have Been Aliens. Der Punkt dieses Artikels (mit Link auf die Originalstudie) ist, dass wir jetzt bereits 3000 Exoplaneten gefunden haben und dass viel dafür spricht, dass wohl fast alle Sonnen in der Milchstraße Planeten haben und auch fast alle in einem Abstand der flüssiges Wasser erlaubt. Das heißt, wir wissen jetzt, dass dieser Teil der Drake Formel riesengroß ist, die zwei großen Unbekannten sind mit welcher Wahrscheinlichkeit Leben mit einer technischen Zivilisation entsteht und wie lange diese dann weiterbestehen kann ohne durch sich selbst oder astronomische Ereignisse vernichtet zu werden.
Auch hier wird Punkt gemacht, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass 2 Zivilisationen in Kontakt miteinander kommen: unter der Annahme dass auf 1 von 1 Millarde geeigneten Planeten eine technische Zivilisation entsteht, so sollten seit Beginn des Universums ca. 1 Billion (10 hoch 12) technische Zivilisationen entstanden sein. Der Grund warum wir keine Hinweise auf Besuche haben kann darin liegen, dass ihre Lebensdauer nicht lang genug ist. Außerdem der Aspekt, dass das Universum zwar sehr sehr viele Sonnen enthält (und damit auch viele bewohnbare Planeten) aber auch sehr sehr groß ist. Eine Reise zu anderen Sternen innerhalb unserer Galaxie ist sehr herausfordend (die nächsten Sterne sind einige Lichtjahre entfernt, eine Durchquerung der Milchstraße noch mal viele Größenordnung schwieriger (immerhin hat die Milchstraße einen Durchmesser von ca 100 000 Lichtjahren), aber eine Reise zwischen Galaxien ist dann wiederum noch weitere Größenordnungen schwerer (Abstand zur nächsten Galaxie Andromeda immerhin 2,5 Mio Lichtjahre). D.h. selbst wenn das Universum voller technischer Zivilisationen wäre, so wäre die Chance sich zu begegnen ist immer noch sehr gering, die Besiedlungsdichte scheint auf jeden Fall sehr niedrig.
Januar 2018: der Astronom Seth Shostak vom Seti-Institut in Kalifornien die Drake-Formel neu interpretiert und ist dabei auf ein reichlich optimistisches Resultat gekommen: Bis zu 10.000 außerirdische Zivilisationen könnte demnach unsere Heimatgalaxie beherbergen – damit wäre die nächste im Schnitt "nur" 2.000 Lichtjahre entfernt.
Februar 2018: Es wird noch optimistischer - der US-amerikanische Raumfahrtingenieur Robert Zubrin behauptet, einen Fehler in den bisherigen Anwendungen der Drake-Gleichung entdeckt zu haben. Vor allem sei die Annahme problematisch, dass Leben und Intelligenz nur einmal pro Planetensystem entstehen würde. Nachdem jedoch Sterne viele Milliarden Jahre existieren, die Entwicklung von Intelligenz aus tierischen Vorfahren auf der Erde aber nur wenige Millionen Jahre gedauert hat und die Entstehung einer raumfahrenden menschlichen Hochkultur überhaupt nur wenige Tausend Jahre benötigte, könnte man auf entsprechend geeigneten Exoplaneten vermutlich von einer Serie von Zivilisationen ausgehen.
Selbst wenn sich die Menschheit als Zivilisation selbst auslöschen würde, so sei es laut Zubrin nicht unwahrscheinlich, dass auf Basis nur weniger Überlebender etwa einer nuklearen Selbstzerstörung binnen 1.000 Jahren erneut eine Zivilisation entsteht. Der Wissenschafter gibt zu bedenken, dass es selbst nach dem Asteroideneinschlag, der die Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren vernichtet hat, nur wenige Millionen Jahre gedauert hat, ehe hoch entwickelte Säugetiere die Erde bewohnt haben. [Anmerkung: das mit den 1000 Jahren ist extrem optimistisch, 100 Millionen Jahre wäre da schon realistischer - Wie ein Poster im Standard dazu schreibt: "Ein bisschen intelligenz gibts ja häufiger (tintenfische, rabenvögel, nager, andere primaten) -- aber diese extreme hirnlastigkeit hat sich (weil so ein hirn in aufbau und erhaltung ein verdammt teurer spaß ist) in all den jahrmillionen nur einmal entwickelt."]
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Astrobiologie und Arbeiten zu "künstlichem Leben"(aktualisiert 2006)
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Noch eine Theorie, wie das erste Leben auf die Erde gekommen sein könnte ;-)
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Die Astrobiologie beschäftigt sich mit allem, was für das Leben auf anderen Planeten relevant sein könnte. Sie tut dies in der Hauptsache auf 3 Wegen:
- Vergleichende DNA-Studien der Lebewesen auf der Erde
- dem Versuch, im Labor aus unbelebter Materie Leben zu erzeugen
- Untersuchung von organischen Komponenten im Weltraum, z.B. in Kometen, in Staub zwischen den Sternen u.ä.
Bei den Forschungen bez. der DNA wird versucht, durch Vergleiche der Erbsubstanz von Bakterien und Archae, d.h. Prokaryoten (die zum Teil unter sehr extremen Bedingungen leben), Erkenntnise über dem Kern dessen, was wir "Leben" nennen, zu finden. Die Forscher suchen nach dem LCA, dem "Last Common Ancestor", von dem alles Leben abstammen würde. Dieser LCA hat sicher unter sehr unwirtlichen Bedingungen gelebt, sicher ohne Sauerstoff. Und Überreste des LCA leben evt. in uns, nämlich in den Organellen unserer Zellen, die sehr nahe mit den Archaea-Bakterien verwandt scheinen, z.B. in den Mitochondrien unserer Zellen. Viele Wissenschaftler glauben, dass es vor diesen Lebewesen mit Erbananlagen auf der Basis von DNA eine andere Form von Leben gab, und zwar auf der Basis von RNA, den Molekülen, die heute noch noch als
Botenmoleküle innerhalb der Zelle eingesetzt werden.
Zur Untersuchung von organischen Komponenten im Weltraum wurde die Raumsonde „Stardust” zum Schweif des Kometen Wild2 geschickt, die im Januar 2006 mit Materialproben wieder gelandet ist. Die Kapsel hatte Staub an Bord, den die Sonde im Januar 2004 beim Vorbeiflug am Kopf des Kometen „Wild 2” gesammelt hat. Außerdem enthielt sie
Proben aus zwei Strömen interstellaren Staubs, die das Planetensystem durchqueren. Dabei hat sich z.B. bereits gezeigt, dass der interstellare Staub hauptsächlich aus organischen Makromolekülen besteht, die dem irdischen Teer ähneln.
Zum anderen Thema, nämlich "Erzeugung von künstlichem Leben", wird schon eine ganze Weile geforscht. Schon in den fünfziger Jahren wurde gezeigt, dass sich organische Moleküle unter den Umständen, wie sie auf der frühen Erde geherrscht haben (eine Atmosphäre aus Methan (CH4), Ammonium (NH3),Wasserstoff (H2) und Wasserdampf, dazu Blitzentladungen), selbstständig bilden können (Stanley L. Miller, working in the laboratory of Harold C. Urey at the University of
Chicago). Die Wissenschaftler sprechen aber hier noch nicht von Leben, denn das ist meist so definiert, dass eine
nicht-perfekte Replikation, d.h. Selbstvermehrung vorliegen muss. Sich replizieren können Kristalle auch, aber die sind
mehr oder weniger perfekt, d.h. sie unterliegen keinen Veränderungen, die zu einer Evolution führen könnten.
Das Ziel ist heute, die Brücke von solchen organischen Molekülen zu einer RNA-Welt wie oben beschrieben zu schlagen,
in der eine nicht-perfekte Replikation stattfindet. Dies wäre dann das FLO, First Living Thing. Eine Voraussetzung dafür
scheint zu sein, dass sich die Moleküle in einer Hülle einschließen und damit von der Umwelt abgrenzen. Nur auf diese
Weise können sie das 2. Gesetz der Thermodynamik schlagen, das nämlich besagt, dass die Entropie immer ansteigt, d.h.
dass sich alles in Richtung Unordnung entwickelt. Das Leben schafft es sich gegen dieses Gesetz zu stemmen, in dem es
sich in der Form von Zellen abkapselt und auf diesem begrenzten Raum eine Entropiesenkung auf Kosten der Außenwelt
erreicht.
Bei dem Versuch, im Labor aus unbelebter Materie Leben zu erzeugen, gibt es grundsätzlich 2 Zugänge. Im Ersten nehmen die Wissenschaftler ein möglichst einfaches Bakterium und versuchen, es durch Entfernen von DNA-Stücken noch einfacherer zu machen. Ein anderer Zugang zur Frage des Lebens ergibt sich aus einer Technik, auf einer ganz anderen Grundlage als der uns derzeit bekannten, Leben zu erzeugen. So berichtet New Scientist im Feb. 2005, dass die Firma ProtoLife auf einer ganz anderen Grundlage arbeitet. Die Wissenschaftler dieser Firma gehen davon aus, dass für Leben 3 Grundlagen existieren müssen: ein Molekül, das Erbinformationen speichert, ein Mechanismus für eine Energieaufnahme und -umsetzung (Metabolismus), an der im Rahmen der Vervielfältigung evolutionäre Mechanismen zur Optimierung der Lebensform eingreifen
können, und ein Behältnis, das alle Komponenten zusammenhält und gegenüber der Außenwelt abgrenzt (und dadurch Ungleichgewichte ermöglicht). Als Behälter verwendet das uns bekannte Leben Membranen auf Fett-Basis, die eine wässrige Umgebung einschließen, ein Gel. Die Wissenschaftler hingegen experimentieren mit einer fett-basierenden Flüssigkeit. Als Basis der Vererbung nehmen sie peptide nucleic acid, oder PNA, eine vereinfachte Variation von DNA. Sie wollen diese "Objekte" mit den Stoffen "füttern", aus denen sich Fettsäuren bilden können. Wenn die Tropfen zu groß werden, sollen sie sich teilen. Solch künstliches Leben könnte dann verwendet werden, um gezielt Substanzen zu erzeugen (zu lassen), die auf andere Weise nur schwer zu produzieren sind.
Solche Forschungen laufen heute z.B. unter dem Stichwort "Synthetic Biology".
Jan. 2007: Andrew Leonhard von Salon verweist auf eine kritische Studie der ETC Group zu diesem Thema und auf ihre Studie "Extreme Genetic Engineering: An Introduction to Synthetic Biology". Die ETC ist die Abkürzung für "Action Group on Erosion, Technology and Concentration" und ist sehr technologie-kritisch, ihre Studien sind, wenn auch manchmal ein wenig einseitig, so doch informativ.
Wie groß und undurchschaubar die Risiken unserer Eingriffe in die ökologischen Gleichgewichte bereits jetzt sind bestätigen die riesigen Schäden die das Einbringen von fremden Arten in andere Landschaften bringen (Kaninchen in Australien, die giftigen Aga-Kröten in Australien, die chinesische Wollhandkrabbe (Eriocheir sinensis) in Großbritannien, King Crabs im Meer vor Norwegen, das Drüsige Springkraut in Österreich, die 5 größten Bedrohungen in Mitteleuropa: die Robinie, Taubenkraut (Ambrosia artemisiifolia), der amerikanische Flusskrebs, der amerikanische Nerz (Mink), das Grauhörnchen und viele andere mehr). D.h. es müssen nicht mal genmanipulierte Pflanzen oder Tiere sein, oder, wie im Fall von "Synthetic Biology" Lebensformen, die rein im Labor erzeugt wurden, um unwiderruflichen Schaden anzurichten.
Ein weiterer guter Artikel zur Frage, was Artificial Life für uns bedeuten kann, gibt es hier in Salon. Ähnliche Aspekte behandele ich auch unter dem Stichwort Robots.
Juli 2007:
Klingt hochspannend: The Limits of Organic Life in Planetary Systems, eine Studie über die Möglichkeiten von Leben auf anderen Planeten, auch solches, das nicht auf Kohlenstoff beruht und auch in nicht-wässrigen Lösungsmitteln. Sehr detailliert, kann auch kostenlos online gelesen werden.
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