Warum nur wenige Planeten für Leben in Frage kommen

Der optimale Sauerstoffgehalt während der Kernbildung sorgte dafür, dass Mantel und Kruste der Erde über ausreichende Mengen an Phosphor und Stickstoff verfügten, was den Planeten zu einem chemischen Glücksfall im Universum macht. In einer Zone mit idealen Bedingungen für die Entstehung von Leben gelegen, deutet dies darauf hin, dass die Forschung bei der Suche nach außerirdischem Leben gezielt nach erdähnlichen Sonnensystemen Ausschau halten sollte, da der alleinige Fokus auf Wasser nicht ausreicht.

Für die Entstehung von Leben sind spezifische chemische Elemente in ausreichender Konzentration unerlässlich, wobei insbesondere Phosphor und Stickstoff eine Schlüsselrolle einnehmen. Während Phosphor für den Energiehaushalt der Zellen sowie den Aufbau von DNA und RNA – den Trägern genetischer Informationen – unverzichtbar ist, bildet Stickstoff einen essenziellen Bestandteil von Proteinen, die Struktur und Funktion der Zellen bestimmen. Ohne diese Bausteine bleibt die Entwicklung von Leben aus lebloser Materie unmöglich.

Eine Studie unter der Leitung von Craig Walton und ETH-Professorin Maria Schönbächler belegt nun, dass die Verfügbarkeit dieser Elemente bereits während der Bildung des Planetenkerns festgelegt wird. „Entscheidend während der Kernbildung ist, dass es genau die richtige Menge an Sauerstoff gibt, damit Phosphor und Stickstoff auf der Planetenoberfläche bleiben“, erklärt Walton. Da dies auf der Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren geschah, gilt sie als chemische Besonderheit, deren Entstehungsgeschichte die künftige Suche nach Leben im All maßgeblich beeinflussen könnte.

Kernbildung als kosmisches Roulette

Während der Formationsphase von Planeten findet in der ursprünglichen Gesteinsschmelze ein Sortierprozess statt, bei dem schwere Metalle wie Eisen in die Tiefe sinken und den Kern bilden, während leichtere Gesteine den Mantel und später die Kruste formen.

Die Menge an verfügbarem Sauerstoff während dieser Kernbildung ist dabei entscheidend für die chemische Zusammensetzung der Oberfläche: Herrscht ein Mangel an Sauerstoff, bindet sich Phosphor an schwere Metalle und wandert in den Kern ab, wodurch er für die spätere Entstehung von Leben unerreichbar wird. Besteht hingegen ein Übermaß an Sauerstoff, verbleibt der Phosphor zwar im Mantel, jedoch entweicht Stickstoff verstärkt in die Atmosphäre und läuft Gefahr, dem System vollständig verloren zu gehen.

Chemische Goldlöckchenzone

In ihren zahlreichen Modellierungen wiesen die Forschenden nach, dass lediglich ein überraschend schmaler Bereich mittlerer Sauerstoffverhältnisse – eine sogenannte chemische Goldlöckchenzone – gewährleistet, dass sowohl Phosphor als auch Stickstoff in ausreichender Konzentration im Mantel verbleiben.
„Unsere Modelle machen deutlich, dass die Erde genau in diesem Bereich liegt. Hätten wir während der Kernbildung der Erde nur ein klein wenig mehr oder weniger Sauerstoff gehabt, wäre nicht genug Phosphor und Stickstoff für die Entstehung des Lebens vorhanden gewesen“, sagt Walton.

Darüber hinaus belegen die Ergebnisse, dass bei der Entstehung anderer Planeten wie dem Mars der Sauerstoffgehalt außerhalb dieser spezifischen Zone lag, weshalb in deren Mantel keine ausreichenden Mengen an Phosphor und Stickstoff für die biologische Entwicklung zur Verfügung stehen.

Neue Kriterien für die Suche nach Leben

Die neuen Erkenntnisse könnten die Kriterien für die Suche nach außerirdischem Leben maßgeblich verändern. Während sich der Fokus bislang primär auf das Vorhandensein von Wasser konzentrierte, greift dieser Ansatz laut Walton und Schönbächler zu kurz. Die Sauerstoffmenge während der Planetenentstehung entscheidet nämlich darüber, ob ein Himmelskörper von Beginn an chemisch ungeeignet bleibt, selbst wenn er Wasser besitzt und äußerlich lebensfreundlich erscheint.

Die Suche nach ähnlichen Sonnensystemen im Universum

Diese chemischen Grundvoraussetzungen für Leben können Astronomen indirekt messen, wenn sie mit großen Teleskopen fremde Sonnensysteme beobachten. Denn wie viel Sauerstoff in einem Sonnensystem für die Entstehung von Planeten vorhanden ist, hängt von der chemischen Zusammensetzung ihres Zentralsterns ab. Denn dieser prägt mit seinem chemischen Fingerabdruck das gesamte ihn umgebende Planetensystem, da Planeten sich vor allem aus dem Material zusammensetzen, aus dem auch der zentrale Stern besteht.

Sonnensysteme, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung stark von unserem unterscheiden, sind daher keine guten Orte, um nach Leben im Universum zu suchen. „Damit wird die Suche nach Leben auf anderen Planeten viel spezifischer. Wir sollten daher nach Sonnensystemen suchen, die unserer Sonne ähnlich sind“, sagt Walton.

Quelle

Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) (02/2026)