Lebensräume neu definieren mit Flüssigkeiten — Kann man ohne „Wasser“ überleben? Die Rolle von ionischen Flüssigkeiten in der Ökologie des Weltraums

Wasser als "Standard" und nicht als "Absolut"?

"Leben braucht flüssiges Wasser" — Diese in Astronomielehrbüchern verankerte Annahme wurde von einem Forscherteam des MIT stark infrage gestellt. Sie zeigten die Möglichkeit auf, dass "nicht-wässrige Flüssigkeiten" auf felsigen Planeten im Universum natürlich entstehen und lange bestehen könnten. Der Schlüssel liegt in "ionischen Flüssigkeiten", einer Gruppe von Substanzen, die bei Temperaturen unter 100°C flüssig sind, einen sehr niedrigen Dampfdruck haben und nicht leicht verdampfen.MIT News

Der Auslöser: Eine zufällige "Tropfen" in den Wolken der Venus

Die Geschichte begann im Labor, als das Team sich auf die Erforschung der Venus vorbereitete. Sie experimentierten mit der Verdampfung von Schwefelsäure, dem Hauptbestandteil der Venuswolken, um Proben zu analysieren. Doch bei Proben, die mit stickstoffhaltigen organischen Verbindungen (z.B. Glycin) gemischt waren, blieb nach fast vollständiger Verdampfung der Schwefelsäure hartnäckig eine "Flüssigkeitsschicht" zurück. Bei der Untersuchung stellte sich heraus, dass Wasserstoff von der Schwefelsäure auf die organischen Verbindungen überging und eine Mischung aus Salz und ionischer Flüssigkeit bildete. Diese zufällige Beobachtung führte zur Hypothese, dass auch in wasserarmen Umgebungen Flüssigkeiten entstehen könnten.MIT News

Experimente zeichnen die "Chemie felsiger Planeten"

Das Team kombinierte über 30 stickstoffhaltige organische Verbindungen mit Schwefelsäure unter verschiedenen Temperaturen und Drücken und testete sie auch auf Basalt. Die Ergebnisse zeigten, dass ionische Flüssigkeiten selbst bei hohen Temperaturen von 180°C und viel niedrigeren Drücken als auf der Erde gebildet werden können und dass selbst wenn Säure in die Poren von Gestein eindringt, Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche verbleiben können. Das bedeutet, dass, wenn vulkanische Schwefelsäure auf organische Verbindungen aus Meteoriten trifft, "punktuelle Oasen" von Flüssigkeit entstehen könnten.Phys.org

Ein "anderes Lösungsmittel", das die bewohnbare Zone erweitert

Die Stärken ionischer Flüssigkeiten liegen in ihrer "geringen Flüchtigkeit" und ihrem "breiten Stabilitätsbereich". Wasser ist anfällig für hohe Temperaturen und niedrige Drücke, während ionische Flüssigkeiten unter solchen Bedingungen leichter flüssig bleiben. Es wird auch angedeutet, dass einige Biomoleküle wie Proteine in ionischen Flüssigkeiten stabil existieren können, was sie zu einer möglichen "Bühne" für Stoffwechsel in extremen Umgebungen macht. Wenn man die Definition der Bewohnbarkeit auf das Vorhandensein einer flüssigen Phase, in der Stoffwechsel stattfinden kann, erweitert, könnte sich der theoretisch bewohnbare Bereich felsiger Planeten erheblich vergrößern.MIT News

Kontext: Der Trend zur Erforschung von Lösungsmitteln jenseits von Wasser

Die Diskussion über "Lösungsmittel jenseits von Wasser" als Kandidaten für Leben ist nicht neu. Beispielsweise wurden die Methan- und Ethanmeere auf Titan oder Ammoniak und überkritisches Kohlendioxid als mögliche "flüssige Universen" untersucht. In den letzten Jahren wurden Überprüfungen und theoretische Rahmenwerke entwickelt, um "alternative Lösungsmittel je nach Umgebung" systematisch zu bewerten. Der Wert der aktuellen Ergebnisse liegt darin, dass sie ein konkretes Beispiel für "natürlich vorkommende Salzflüssigkeiten auf der Oberfläche felsiger Planeten" in diesem Kontext bieten.Liebert Publishing

Von der Venus zu Exoplaneten: Der Schnittpunkt von Beobachtung und Erkundung

Die Wolken der Venus bestehen aus einem Meer von Schwefelsäure, aber organische Verbindungen sind weit verbreitet auf kleinen Körpern und Planeten im Sonnensystem. Wenn vulkanische Schwefelsäure auf organische Ablagerungen trifft, können Flüssigkeitspatches entstehen. Professor Seager, der die Forschung leitete, ist auch an der Erforschung der Venusatmosphäre (Morning Star Missions) beteiligt, was die Motivation für die Experimente war. Zukünftige Aufgaben umfassen die Untersuchung, welche Biomoleküle in ionischen Flüssigkeiten funktionieren können, und die Entwicklung von Beobachtungsindikatoren (wie spektrale Merkmale), die auf die "Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins ionischer Flüssigkeiten" auf fernen Planeten hinweisen.MIT News

Wie misst man? Die Realität der Beobachtungsseite

Auf der Beobachtungsseite ist es beispielsweise schwierig, "die Flüssigkeit selbst" direkt zu erkennen. Wenn jedoch vulkanische Schwefelsäure und organische Reaktionen fortschreiten, könnten die entstehenden Ionenarten oder Änderungen der Oberflächenoptik Hinweise liefern. Zudem wird in jüngster Zeit die Existenz von Atmosphären auf superheißen felsigen Supererden angedeutet, was darauf hinweist, dass chemische Zyklen selbst in höllischen Umgebungen auftreten können. Solche Fallstudien könnten als Prüfstand für die Hypothese der ionischen Flüssigkeiten dienen.Reuters

Reaktionen in sozialen Medien: Eine "zweiphasige Mischung" aus Begeisterung und Vorsicht

Kurz nach der Veröffentlichung der Nachrichten verbreiteten sich die Beiträge von Phys.org und MIT News auf X (ehemals Twitter) und Threads. Befürworter begrüßten die Nachrichten mit Aussagen wie "eine Neudefinition der bewohnbaren Zone" und "eine Erweiterung der Beobachtungsziele". Vorsichtige Stimmen fragten jedoch: "Wie realistisch ist die Biochemie in ionischen Flüssigkeiten?" und "Welche Einschränkungen gibt es durch Toxizität, Viskosität und Diffusion?" Tatsächlich gab es auf den offiziellen X-Posts von Phys.org sowohl positive Zitate als auch Threads, die nach einem Prüfplan fragten. Auch auf Threads wurde kommentiert, dass "wenn Flüssigkeiten bei hohen Temperaturen und niedrigem Druck verbleiben, die Modelle zur Oberflächenentwicklung trockener Planeten überdacht werden sollten".X (formerly Twitter)Threads

Expertenmeinungen und aufkeimende Kritik

Die Tatsache, dass diese Forschung in PNAS veröffentlicht wurde, bedeutet, dass sie ein Peer-Review-Verfahren durchlaufen hat, aber es bleibt eine Präsentation der "Möglichkeit" durch Experimente und Theorie. Kritische Perspektiven umfassen: (1) die Häufigkeit, mit der Reaktanten in natürlichen Umgebungen in einem nahezu 1:1 stöchiometrischen Verhältnis aufeinandertreffen, (2) die Zeitspanne, in der sich gebildete Flüssigkeitstropfen gegen Verwitterung, Strahlung und Staubablagerung behaupten können, und (3) die Realisierbarkeit von Stofftransport und Stoffwechseldiffusion in hochviskosen Umgebungen. Diese Punkte werden im Fokus zukünftiger Experimente und Modellierungen stehen.MIT News

Dennoch hat sich die "Karte" erweitert

Die Erweiterung der Definition von Bewohnbarkeit von "Bereichen, in denen Wasser flüssig sein kann" zu "Bereichen, in denen irgendeine flüssige Phase Stoffwechsel ermöglicht", hat Auswirkungen auf die Beobachtungsstrategien. Denn es eröffnet die Möglichkeit, auch warme, niedrigdruckige felsige Planeten zu erkunden, die bisher aufgrund der "Wasserbedingungen" ausgeschlossen wurden. Das Forschungsteam beschrieb es als das Öffnen einer "Pandora's Box", aber dies ist keine Metapher für Chaos. Vielmehr bedeutet es, dass eine "Box von Forschungsfragen" geöffnet wurde, die die Schnittstellen zwischen Planetenoberflächenchemie und Lebenschemie diversifiziert.Phys.org

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