Kosmische Strahlung und aggressive Umgebungen töten Mikroorganismen nicht ab; sie erhalten sogar einen aktiven Stoffwechsel aufrecht, der Mutationen „heilt“. Dies führt zur Hypothese der umgekehrten Panspermie: Terrestrische Mikroorganismen könnten den Weltraum „erobern“ und zum Ursprung des Lebens auf anderen Planeten werden. Andererseits existierte das frühe Leben auf der Erde unter so unterschiedlichen Bedingungen wie heute, dass es beinahe fremdartig erscheinen mag. Die Erforschung dieser Systeme hilft uns nicht nur zu verstehen, wo Leben existieren könnte, sondern auch, wie es aussehen könnte.
Vergangenheit
Experimente haben bestätigt, dass es außerhalb der ISS lebende Organismen gibt, deren DNA trotz widriger Bedingungen, einschließlich kosmischer Strahlung, unverändert bleibt, wie RIA Novosti vom Zentralen Forschungsinstitut für Maschinenbau (JSC TsNIIMash), dem führenden Forschungsinstitut der Roscosmos State Corporation, erfuhr.
Die Ergebnisse umfassen zudem Vertreter typischer terrestrischer und mariner Bakterien, darunter auch solche aus der Barentssee und dem Boden Madagaskars. Dies deutet auf einen „aufsteigenden Transport“ bakterieller DNA aus der Troposphäre in die Ionosphäre hin: Lebewesen in 400 km Höhe sind keine zufälligen Bewohner.
Kosmische Strahlung und aggressive Umgebungen töten Mikroorganismen nicht ab; sie erhalten sogar einen aktiven Stoffwechsel aufrecht, der Mutationen „heilt“, erklärten Wissenschaftler. Dies führt zur Hypothese der umgekehrten Panspermie: Terrestrische Mikroorganismen könnten den Weltraum „erobern“ und zur Quelle des Lebens auf anderen Planeten werden.
Mit Unterstützung der NASA haben Wissenschaftler ein Enzym rekonstruiert, das vor 3,2 Milliarden Jahren erstmals von Organismen auf der Erde genutzt wurde. Dabei bestätigten sie das Vorhandensein einer chemischen Biosignatur in Gesteinen, die zur Erforschung des frühen Lebens auf der Erde verwendet werden. Die Studie liefert neue Erkenntnisse über die Biosphäre der Erde in ihren Anfängen und bestätigt eine robuste Biosignatur, die von Robotern und bemannten Raumsonden zur Suche nach Spuren uralten Lebens auf anderen Planeten genutzt werden kann.
Eine am 22. Januar 2026 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte Studie untersucht eine Stoffwechselform namens Stickstofffixierung oder Diazotrophie. Dieser Prozess wandelt biologisch unbrauchbaren Stickstoff aus der Erdatmosphäre in Moleküle um, die alle Lebewesen zum Überleben benötigen.
Auf der Erde existiert eine ausgewählte Gruppe von Organismen, die sogenannten Diazotrophen, die Stickstoff fixieren können. Diese Gruppe umfasst eine vielfältige Gruppe von Bakterien (sowie einige Archaeen und Eukaryoten), die auf verschiedenen Zweigen des Lebensbaums vorkommen. Manche Diazotrophen sind freilebende Organismen, die Stickstoff im Rahmen ihrer täglichen Lebensprozesse fixieren. Andere leben in Symbiose mit anderen Organismen, beispielsweise in Pflanzenwurzeln, Flechten, Pilzen und sogar im Darm von Termiten und Holzwürmern.
Isotope sind verschiedene Formen desselben Elements. Jede Form besitzt die gleiche Anzahl an Protonen im Atomkern, aber eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen. Stickstoff in der Atmosphäre kommt hauptsächlich als Stickstoff-14 (7 Neutronen, 99,6337 % des atmosphärischen Stickstoffs) und Stickstoff-15 (8 Neutronen, nur 0,3663 % des atmosphärischen Stickstoffs) vor. Biologische Prozesse wie die Stickstofffixierung nutzen vorwiegend Stickstoff-14. NASA/Aaron Gronstal
Was diese vielfältige Gruppe von Organismen vereint, ist das Vorhandensein eines Enzyms namens Nitrogenase. Dieses Enzym ermöglicht es ihnen, atmosphärischen Stickstoff in Verbindungen umzuwandeln, die für den Aufbau einiger der wichtigsten Moleküle des Lebens, wie Proteine und DNA, benötigt werden. Konkret wandeln sie molekularen Stickstoff (N₂) in biologisch nutzbare Stickstoffverbindungen wie Ammoniak (NH₃) um und ermöglichen so den Stickstoffeintritt in die Nahrungskette.
Somit ist jeder Organismus in der gesamten Biosphäre der Erde auf Diazotrophe angewiesen, die uns den gesamten Stickstoff liefern, den wir zum Überleben benötigen.
Da die Stickstofffixierung für das Leben, wie wir es kennen, von entscheidender Bedeutung ist, gehen Wissenschaftler davon aus, dass die Nitrogenase früh in der Geschichte des Lebens entstanden sein muss, zu einer Zeit, als es nur einzellige Mikroorganismen gab.
„Das frühe Leben auf der Erde existierte unter so unterschiedlichen Bedingungen wie heute, dass es uns beinahe fremdartig erschienen sein mag“, sagt Betül Kaçar, Leiterin des Kaçar-Labors an der Universität von Wisconsin-Madison. Mit Unterstützung der NASA arbeitet Kaçar mit ihrem Team daran, die Geschichte des Lebens auf planetarer Ebene und das Potenzial für Leben im Universum zu verstehen, indem sie ausgestorbene biochemische Prozesse rekonstruieren, die von urzeitlichen Organismen genutzt wurden. „Die Untersuchung dieser Systeme hilft uns nicht nur zu verstehen, wo Leben existieren könnte, sondern auch, wie es aussehen könnte.“
Die Details des frühen Lebens auf der Erde sind nach wie vor unklar, da die von Mikroorganismen im geologischen Archiv hinterlassenen Fossilien oft uneindeutig oder schwer zu identifizieren sind. Wird jedoch Stickstoff aus der Atmosphäre fixiert, verändert er sich geringfügig, und zwar auf eine Weise, die Wissenschaftler nachweisen können. Die Isotopenzusammensetzung der Stickstoffatome in einem Diazotroph verändert sich. Im Laufe der Zeit, wenn die Mikroorganismen absterben, wird dieser veränderte Stickstoff in Gesteine eingebaut. Sedimente werden abgelagert, begraben, verdichtet, abgetragen und durchmischt – und das über die Erdgeschichte hinweg. Selbst nach Milliarden von Jahren können Wissenschaftler noch immer die Isotopenzusammensetzung des Stickstoffs identifizieren, den uralte Diazotrophe im geologischen Archiv hinterlassen haben.
Vorhergesagte dreidimensionale Strukturen des uralten DDKK-Nitrogenasekomplexes, von alten bis zu modernen Formen. Universität von Wisconsin-Madison/Holly Rucker
Durch die Untersuchung der Isotopenzusammensetzung des Stickstoffs können Wissenschaftler somit bestimmen, wann Nitrogenase-Enzyme erstmals auftraten.
In der Vergangenheit wurden Zweifel an der Genauigkeit der Verwendung von Stickstoffisotopen als Biosignaturen geäußert. Wie das Leben selbst entwickeln sich auch Enzyme im Laufe der Zeit. Mit den sich ändernden Umweltbedingungen auf der Erde verändern sich Enzyme auf molekularer Ebene. Die ursprüngliche Nitrogenase war wahrscheinlich kleiner und weniger komplex als die Version, die wir in modernen Organismen finden. Das bedeutet, dass die Stickstoffisotopensignaturen, die von urzeitlichen Nitrogenase-Enzymen hinterlassen wurden, von denen heutiger Enzyme abweichen können.
Um der Frage nachzugehen, ob Stickstoffisotope tatsächlich als zuverlässiger Biomarker dienen können, nutzte das Team Methoden der synthetischen Biologie, um mögliche frühe Versionen des Enzyms nachzubilden. Sie analysierten die moderne Nitrogenase rückwärts und legten so Schicht für Schicht der Evolution einfachere Enzymvarianten frei, die möglicherweise vor langer Zeit existierten.
Anschließend wurde das Verhalten älterer Enzymvarianten in lebenden Mikroorganismen untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Stickstoffisotopenzusammensetzung über Milliarden von Jahren unverändert blieb. Die Ergebnisse belegen, dass die Isotopeneigenschaften der Stickstofffixierung in den ältesten Gesteinen der Erde tatsächlich die Aktivität des frühen Lebens widerspiegeln.
„Wenn wir in die Vergangenheit blicken, sehen wir, dass sich die DNA-Sequenzen dieser urzeitlichen Nitrogenasen stark von denen moderner Nitrogenasen unterscheiden“, sagte Holly Rucker, Doktorandin in Casars Labor und Erstautorin der Studie. „Wir beobachten außerdem, dass sich die Struktur des Enzyms mit dem Alter verändert. Trotz dieser Unterschiede in Sequenz und Struktur haben wir jedoch festgestellt, dass diese urzeitlichen Enzyme dieselben chemischen Reaktionen katalysieren wie ihre modernen Nachkommen.“
Die Sammlung synthetischer Gene des Teams repräsentiert zudem verschiedene Varianten der Nitrogenase, die im Laufe von über zwei Milliarden Jahren Evolutionsgeschichte existiert haben. Dies trägt dazu bei, Lücken in unserem Wissen darüber zu schließen, wie sich die Nitrogenase im Laufe der Zeit verändert hat und wie urzeitliche stickstofffixierende Organismen aussahen.
Holly Rucker untersucht eine Petrischale in einem Labor der Universität Wisconsin-Madison. Universität Wisconsin-Madison/Holly Rucker
„Diese Studie zeigt, wie widerstandsfähig die Nitrogenase (und ihre zugehörige Stickstoffisotopensignatur) gegenüber Veränderungen sowohl auf Ebene der Enzymsequenz als auch der planetaren Umwelt ist“, erklärt Rucker. „Die Tatsache, dass ursprüngliche Nitrogenasen über Milliarden von Jahren molekularer Veränderungen und unter den Bedingungen abrupter Umweltveränderungen auf der Erde dasselbe Isotopenprofil erzeugen, unterstreicht das Potenzial von Stickstoffisotopen als Biosignatur. Ein weiterer wichtiger Aspekt dieser Arbeit ist, dass sie unsere Interpretation der ältesten Nitrogenasesignaturen im geologischen Archiv der Erde weiter stützt. Dies ist wichtig, um den Zeitpunkt des Entstehens kritischer Stoffwechselprozesse wie der Stickstofffixierung auf der Erde zu verstehen.“
Da die Stickstofffixierung ein wichtiger Bestandteil der Biologie auf der Erde ist, könnten diese Forschungen auch Hinweise auf das Geheimnis des Lebens jenseits unseres Planeten liefern.
Siehe auch... Neue Methode zur Beobachtung einzelner Atome bestätigt jahrhundertealte quantenmechanische Theorie |
„Wenn wir Leben jenseits der Erde sehen wollen, dürfen wir uns nicht auf das Leben, wie wir es heute kennen, beschränken“, sagte Kachar.
Nachdem Wissenschaftler die Möglichkeit bestätigt haben, Stickstoffisotope als Biosignatur für uraltes Leben auf der Erde zu verwenden, könnte dieselbe Methode möglicherweise auch auf andere Gesteinswelten angewendet werden.
„Bestätigte Biosignaturen wie Stickstoffisotope bieten uns ein wertvolles Werkzeug zur Erforschung von Planeten und zum Zugang zu verlorener biologischer Geschichte“, sagte Kachar. „Wenn ähnliche Signale auf dem Mars oder anderen Gesteinsplaneten entdeckt werden, könnten sie auf uralte Stoffwechselprozesse hinweisen, die einst Leben unter völlig anderen Bedingungen ermöglichten. Die Untersuchung dieser Systeme hilft uns nicht nur zu verstehen, wo Leben existieren könnte, sondern auch, wie es aussehen könnte.“
Zukunft
Wie wäre es mit der Neuanordnung des menschlichen Genoms? Unser Genom umfasst die gesamte DNA in unseren Zellen. Seit 2011 ist es möglich, Genome einfach und präzise zu editieren. Zunächst wurde das molekulare Werkzeug CRISPR-Cas9 entwickelt, das unter anderem auf der Internationalen Raumstation zum Einsatz kam. Danach folgten Base- und Primer-Editing-Methoden, mit denen sich kleinste Veränderungen am Genom jedes Lebewesens vornehmen lassen.
Das Potenzial der Genomeditierung für Langstreckenflüge ist nahezu grenzenlos. Eine der größten Gefahren für Astronauten im Weltraum ist die erhöhte Strahlenbelastung, die zahlreiche Körperfunktionen stören und das langfristige Krebsrisiko erhöhen kann.
Vielleicht könnten Wissenschaftler mithilfe von Genomeditierung Pflanzen- und Bakteriengene in den menschlichen Körper einschleusen, die Strahlung aus radioaktiven Abfällen und radioaktivem Niederschlag neutralisieren. Das klingt nach Science-Fiction, doch führende Experten sehen darin den Schlüssel zu unserem Fortschritt im Sonnensystem.
Mikroskopische Aufnahme eines Bärtierchens. STEVE GSHMEISSNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images
Die Identifizierung und anschließende Einführung von Genen in den menschlichen Körper, die die Alterung verlangsamen und Zellschäden verhindern, könnte ebenfalls hilfreich sein. Auch die Entwicklung strahlungsresistenter Nutzpflanzen ist möglich, da die Besatzungen ihre Nahrung selbst anbauen müssen. Zudem lassen sich Medikamente individuell an die Bedürfnisse der Astronauten anpassen und deren genetische Merkmale berücksichtigen.
Bärtierchen sind mikroskopisch kleine Tiere, die auch als „Wasserbären“ bezeichnet werden. Experimente haben gezeigt, dass diese winzigen Lebewesen extremen Temperaturen, hohem Druck, starker Strahlung und Hunger trotzen können. Sie können sogar im Vakuum des Weltraums überleben.
Genetiker sind bestrebt, ihre Genome zu verstehen, und eine 2025 in Nature veröffentlichte Studie versuchte, die Schlüsselgene und -proteine zu identifizieren, die diesen winzigen Lebewesen ihre außergewöhnliche Stressresistenz verleihen. Könnten einige dieser Gene in Nutzpflanzen eingeführt werden, ließen sie sich gegen höchste Strahlungsbelastung und Umweltstress resistent machen.
Noch faszinierender ist die Frage, ob die Integration von Bärtierchengenen in das menschliche Genom dieses widerstandsfähiger gegen die extremen Bedingungen im Weltraum machen könnte. Wissenschaftler haben bereits gezeigt, dass menschliche Zellen unter Laborbedingungen nach der Integration von Bärtierchengenen eine erhöhte Toleranz gegenüber Röntgenstrahlung entwickelten.
Kate Rubins war die erste Person, die DNA im Weltraum sequenzierte. NASA
Die Übertragung von Genen von Bärtierchen ist nur ein hypothetisches Beispiel dafür, wie Menschen und Nutzpflanzen so verändert werden könnten, dass sie besser an die Raumfahrt angepasst sind.
Im November 2018 verkündete der chinesische Wissenschaftler He Jiankui die Entstehung der ersten genmanipulierten Babys. Er hatte ungeborenen Zwillingen ein Gen eingepflanzt, das sie resistent gegen eine HIV-Infektion macht. Daraufhin wurde er inhaftiert, später jedoch freigelassen und durfte seine Forschung fortsetzen.
Im neuen Wettlauf ins All könnten einige Länder, insbesondere im Westen, wo die Beschränkungen bereits streng sind, im Bereich der Genomeditierung deutlich radikalere Maßnahmen ergreifen als andere. Der Sieger wird enorme wissenschaftliche und wirtschaftliche Vorteile erzielen.
Kommentieren Sie auf Facebook* Der Inhaber der Firma Meta gilt in Russland als Extremist und ist gesperrt.Siehe auch... Vollständige Liste der HTML/Javascript-Ereignishandler mit Beispielen Liste der erforderlichen Dokumente für eine Website in der Russischen Föderation |
