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 Rätselhafte Phänomene
Majka Offline




Beiträge: 8.781

11.05.2011 22:05
Wie entsteht das Leben? antworten

Kohlenstoff: Grundlegende Frage zur Entstehung des Lebens gelöst

Quelle: Pressemitteilung der "Universität Bonn", uni-bonn.de

Bonn/ Deutschland - Damit in den Sternen Kohlenstoff, die Grundlage des Lebens, entstehen kann, spielt eine bestimmte Form des Kohlenstoffkerns eine entscheidende Rolle. Physiker der "Universität Bonn" und der "Ruhr-Universität Bochum" haben jetzt gemeinsam mit US-Kollegen diesen legendären Kohlenstoffkern berechnet. Damit haben sie ein Problem gelöst, das die Wissenschaft seit mehr als 50 Jahren vor Rätsel gestellt hat.

"Seit 1954 hat man vergeblich versucht, den sog. Hoyle-Zustand zu berechnen", berichtet Professor Dr. Ulf-G. Meißner (Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn), "und wir haben es jetzt geschafft!" Der Hoyle-Zustand ist eine energiereiche Form des Kohlenstoffkerns. Er ist der Bergpass, über den man von einem Tal ins andere gelangt: von drei Kernen des Gases Helium zum sehr viel größeren Kohlenstoffkern. Diese Verschmelzungsreaktion findet im heißen Inneren schwerer Sterne statt. Gäbe es den Hoyle-Zustand nicht, hätten im Weltall nur sehr wenig Kohlenstoff oder andere höhere Elemente wie Sauerstoff, Stickstoff und Eisen entstehen können. Ohne diese Art von Kohlenstoffkern wäre daher vermutlich auch kein Leben möglich gewesen. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in kommenden Ausgabe des "Fachblatts Physical Review Letters".

Bereits im Jahr 1954 hat man den Hoyle-Zustand experimentell nachgewiesen, aber seine Berechnung scheiterte stets. Denn diese Form des Kohlenstoffs besteht lediglich aus drei sehr lose gebundenen Heliumkernen − ein eher wolkiger diffuser Kohlenstoffkern. Und er liegt nicht einzeln vor, sondern stets zusammen mit anderen Formen von Kohlenstoff. "Das ist, wie wenn sie ein Radiosignal untersuchen wollen, bei dem ein Hauptsender und mehrere schwächere Sender überlagert sind", erläutert Prof. Dr. Evgeny Epelbaum (Institut fürr Theoretische Physik II der Ruhr-Universität Bochum). Der Hauptsender ist der stabile Kohlenstoffkern, aus dem unter anderem auch der Mensch aufgebaut ist. "Wir interessieren uns aber für einen der instabilen, energiereichen Kohlenstoffkernen, also müssen wir irgendwie mit einem Rauschfilter den schwächeren Radiosender von dem dominierenden Signal abtrennen."

Möglich wurde das mit einer neuen, besseren Rechenmethode der Forscher, welche die Kräfte zwischen mehreren Kernbausteinen präziser als zuvor berechnet. Mit "JUGENE", dem Supercomputer am Forschungszentrum Jülich, stand auch das passende Werkzeug parat. Eine knappe Woche hat JUGENE gerechnet. Das Rechenergebnis stimmt so gut mit den experimentellen Daten überein, dass die Forscher sicher sein können, den Hoyle-Zustand tatsächlich von Grund auf berechnet zu haben.

"Jetzt können wir diese spannende und wichtige Form von Kohlenstoffkern ganz genau untersuchen“, erläutert Prof. Meißner. "Wir werden schauen, wie groß er ist und wie er aufgebaut ist. Und damit können wir jetzt auch die gesamte Kette der Elemententstehung unter die Lupe nehmen."

Sogar philosophische Fragen sind in Zukunft vermutlich wissenschaftlich zu beantworten. Seit Jahrzehnten gilt der Hoyle-Zustand als Paradebeispiel für die Theorie, dass die Naturkonstanten bei der Entstehung unseres Universums genauso und nicht anders aufeinander abgestimmt sein mussten, da wir sonst nicht hier wären, um das Universum zu beobachten (Anthropisches Prinzip). "Für den Hoyle-Zustand heißt das: Er muss genau diese Energie haben, die er hat, weil es uns sonst nicht gäbe", sagt Prof. Meißner. "Wir können jetzt berechnen, ob in einer veränderten Welt mit anderen Parametern der Hoyle-Zustand im Vergleich zur Masse von drei Heliumkernen tatsächlich eine andere Energie hätte." Wenn dem so ist, spräche das für das anthropische Prinzip.

Mitgewirkt an der Studie haben die "Universität Bonn", die "Ruhr-Universität Bochum", die "North Carolina State University" und das "Forschungszentrum Jülich".

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Liebe Grüße
Majka

Majka Offline




Beiträge: 8.781

22.08.2011 23:26
#2 RE: Wie entsteht das Leben? antworten

Zusammensetzung der Grundlagen des Lebens war kein Zufall

Honolulu/ USA - Alles Leben auf der Erde gründet auf der Kombination von 20 Aminosäuren als Grundbausteine der Proteine und somit der DNA. Astrobiologen der "University of Hawaii" haben nun Theorien überprüft, wonach das Leben auch auf Grundlage einer gänzlich anderen Biochemie entstanden sein könnte und dadurch auch gänzlich andere Formen entwickelt haben könnte, wie sie auf fernen Planeten existieren könnten.

Die Sequenz der Aminosäuren eines Proteins bestimmt die höheren Ebenen der Struktur des Moleküls. Eine einzige Veränderung dieser Sequenz kann also grundlegende biologische Auswirkungen auf die Struktur und Funktion des Proteins haben.

Warum das Leben trotz hunderter verschiedener vorhandener Aminosäuren lediglich auf der Grundlage einer Kombination von 20 Aminosäuren entstand, ist bis heute ein Rätsel, denn rein theoretisch wäre schließlich auch eine nahezu unendliche Vielzahl anderer Säurekombinationen möglich.

"Seit drei Milliarden Jahren nutz das Leben das Standard-Set aus 20 Aminosäuren zu Erzeugung von Proteinen", erläutert Stephen J. Freeland vom "Astrobiology Institute" der NASA an der "University of Hawaii". "Es wird zusehends klarer, dass auch eine Vielzahl anderer Aminosäuren hierfür als plausible Kandidaten in Frage kommen würde."

Gemeinsam mit seinem Kollegen Gayle K. Philip führte Freeland zu den sich aus dieser Einsicht ergebenden Fragestellungen eine Untersuchungsreihe mit dem Ziel durch, herauszufinden, ob die 20 Aminosäuren des irdischen Lebens rein zufällig ausgewählt wurden oder ob es sich um die einzig mögliche Kombination handelt, aus der heraus Leben entstehen konnte.

Aminosäuren selbst bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen, die sich in bestimmten Mustern derart anordnen, um größere Moleküle, die sogenannten Proteine und damit die Grundbausteine des Lebens zu bilden.

Die Forscher untersuchten nun die Eigenschaften von Aminosäuren, wie sie im Innern des sogenannten Muchison-Meteorit, der im September 1969 nahe Murchison in Australien niedergegangen war, gefunden worden waren. Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Meteorit aus dem frühen Sonnensystem und damit aus jener Zeit stammt, in der auch das Leben auf der noch jungen Erde entstand.

Aus diesen Untersuchungen geht hervor, dass die Auswahl der 20 Aminosäuren, wie sie die Grundlage des irdischen Lebens darstellen, nicht rein zufällig vonstatten ging. Stattdessen habe es sich viel wahrscheinlicher um eine Art natürliche Auswahl aus dem vorhandenen umfangreichen Angebot an Aminosäuren gehandelt. "Keine andere Kombination der untersuchten Aminosäuren zeigte sich als derart widerstandsfähig, um eine lebensgeeignete Proteingrundlage zu erzeugen, wie die Kombination der bekannten 20 Aminosäuren."

"Unsere Ergebnisse belegen, dass das Leben offenbar genau wusste, was es tat und es sich tatsächlich um eine Art natürliche Auslese gehandelt hatte", so Freeland. Die Frage, ob Leben auch auf anderen Planeten denselben Weg gegangen sein muss, können die aktuellen Untersuchungen derweil noch nicht beantworten. "Derzeit suchen wir noch nach Wegen, diese Fragen experimentell zu ergründen." Ihre bisherigen Forschungsergebnisse haben die Wissenschaftler aktuell im Fachjournal "Astrobiology" veröffentlicht.

Quelle: grenzwissenschaft-aktuell.de

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Liebe Grüße
Majka

Majka Offline




Beiträge: 8.781

02.09.2011 15:11
#3 RE: Wie entsteht das Leben? antworten

Außerirdisches Leben auf Wüstenplaneten wahrscheinlicher

Moffet Field/ USA - Wüstenplaneten, ganz so wie er in dem Science Fiction Klassiker "Dune - Der Wüstenplanet" beschrieben wird, könnten die am weitesten verbreitete Form lebensfreundlicher Exoplaneten sein. Zu diesem Schluss kommt eine aktuelle Studie von US-Forschern, die zeigt, dass die lebensfreundliche Zone um einen Stern angesichts solcher Planeten deutlich größer ist als bei erdähnlichen Wasserplaneten. Vor diesem Hintergrund könnte auch Venus noch vor einer Milliarde Jahre eine solche lebensfreundliche Wüstenwelt gewesen sein könnte.

Da Wasser unter Planetenwissenschaftlern allgemein als Voraussetzung für Lebens gilt, hat sich die bisherige Suche nach Leben auch auf anderen Himmelskörpern hauptsächlich auf jene Planeten und Monde konzentriert, auf welchen ausreichende Mengen des lebenspendenden Nass vorhanden zu sein scheinen.

Um Wasser an der Oberfläche in flüssiger Form halten zu können, muss ein Planet seinen Stern innerhalb der sogenannten habitablen Zone umkreisen, jener Abstandsregion also, innerhalb derer gemäßigte Oberflächentemperaturen das Vorkommen flüssigen Wassers überhaupt erst ermöglichen.

Kommen solche Planeten ihrem Stern zu nahe, so sorgt der in der Atmosphäre gefangene Wasserdampf selbst dafür, dass es auf dem Planeten immer heißer wird, immer mehr Wasser von der Oberfläche verdampft und ein unaufhaltsamer Treibhauseffet in Gang gesetzt wird, bis auch das letzte Wasser aus einstigen Ozeanen verkocht ist. In etwa so stellen sich Wissenschaftler denn auch jene Prozesse vor, die einst den irdischen Schwesterplaneten Venus zur heutigen heißen Vulkanlandschaft werden ließen.

Danach werden solche Planeten so heiß, dass der Wasserdampf in immer größere Höhen innerhalb der Atmosphäre aufsteigt und dort vom ultravioletten Licht in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Während der Wasserstoff ins All verfliegt, reagiert der Sauerstoff mit der geschmolzenen Planetenoberfläche und wird im Planetenmantel gebunden. Auf diese Weise verliert der Planet nach und nach sämtliches Wasser.

Statt Wasserplaneten haben sich die Forscher um Kevin Zahnle vom "Ames Research Center" der NASA Wüsten- bzw. "Landplaneten" ausgesucht, auf denen es statt Ozeanen ausgedehnte trockene Wüsten gibt, in welchen es allenfalls hier und da kleine Oasen geben kann.

"Der Planet Arrakis, wie er in 'Dune' von Frank Herbert ist eine erstaunlich exakte Beschreibung eines solchen weit entwickelten und lebensfreundlichen Landplaneten", erläutert Zahnle. "Arrakis ist deutlich größer, wärmer als der Mars und zudem spärlich besiedelt und verfügt über eine Sauerstoffatmosphäre sowie polare Regionen, die kalt und feucht genug sind, um eisige Polkappen und morgendlichen Tau zu ermöglichen."

Gemeinsam mit Kollegen um Yutaka Abe von der "University of Tokyo" kommen die Forscher in ihrer im Fachjournal "Astrobiology" publizierten Studie zu dem Schluss, dass es gerade die geringe Menge an Oberflächenwasser auf solchen Planeten ist, die die habitable Zone um den Stern zu ihren Gunsten deutlich ausweiten könnten.

Da einem solchen Landplanet weniger Wasser für Schnee und Eis zur Verfügung steht, die Sonnenlicht ins All zurückreflektieren können, kann er - zumindest theoretisch - mehr Hitze absorbieren, um dem globalen Einfrieren zu entgehen, das ihm am äußeren Rand der normalen habitablen Zone zunehmend droht.

Zudem bedeute der Mangel an Wasser, dass weniger Hitze in der Atmosphäre selbst gespeichert werden kann als auf wasserreicher Welten. Dies wiederum bedeute, dass ein solcher Planet der inneren Grenze der habitablen "grünen Zone" und damit seinem Stern deutlich näher kommen kann, ohne dass der Treibhauseffet einsetzt. Je weniger Wasser zudem in der Atmosphäre gebunden ist, desto weniger kann dieses durch die ultraviolette Strahlung in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden.

Für ihre Untersuchungen nutzen die Wissenschaftler dreidimensionale globale Klimamodelle erdgroßer Planeten. Während sie die Rotationsrate, Atmosphärendruck und die Mengen an Kohlendioxid in der Atmosphäre beibehielten, entfernten die Forscher lediglich die Wasserozeane und Vegetation aus den Modellen. Was blieb, waren Wüstenplaneten mit unter der Oberfläche verborgenen Grundwasserreservoiren.

Das Ergebnis der Simulationen, so berichtet "Astrobio.net", war die Erkenntnis, dass die habitable Zone von derartigen Wüstenplaneten etwa drei Mal größer bzw. ausgedehnter ist, als jene von Wasserwelten wie der Erde. "Ein schwacher blauer Punkt ist nicht das einzige Modell für einen erdähnlichen lebensfreundlichen Planeten", so die Forscher. "Es ist also sehr viel wahrscheinlicher, dass der erste bewohnbare Exoplanet ein solcher Wüsten- bzw. Landplanet und keine Wasserwelt wie die Erde sein wird."

Die Simulationen zeigten auch, dass - abhängig vom Winkelstand der Planetenachse - der Punkt des vollständigen Zufrierens eines Wasserplaneten dann erreicht wird, wenn nur noch 72 bis 90 Prozent jenes "Sonnenlichts" abbekommt, welches die heutige Erde aufwärmt.

Landplaneten benötigen hingegen mehr als 58 bis 77 Prozent des irdischen Sonnen- bzw. Sternenlichts, bevor die global einfrieren. Dadurch könnten sie ihren Stern auch in noch deutlich größerem Abstand umkreisen und dennoch weiterhin lebensfreundliche Bedingungen aufweisen als bislang angenommen.

Am inneren Rand der habitablen Zone würde sich Wasser an den Polen, also den kältesten Orten eines Wasserplaneten, selbst dann noch verflüssigt halten können und nicht verdampfen, wenn der Anteil des Sternenlichts nicht mehr als 135 Prozent des irdischen Lichteinfalls beträgt.

Auf einem Wüstenplanet dürfte dieser Lichteinfall immerhin noch 170 Prozent betragen und somit seinen Stern deutlich dichter umkreisen ohne seine Lebensfreundlichkeit einzubüßen.

Auch unser Schwesterplanet Venus, von dem Wissenschaftler annehmen, dass auch er einst Ozeane beherbergt haben könnte, könnte für längere Zeit ein lebensfreundlicher Wüstenplanet gewesen sein. "Tatsächlich könnte die Venus noch bis vor rund einer Milliarde Jahren bewohnbar gewesen sein", so Zahnle. "Während es in den tropischen Zonen der Venus wohl schon damals sehr heiß war, herrschten in den polaren Regionen wahrscheinlich gemäßigte Temperaturen wie auf der heutigen Erde vor."

Quelle: grenzwissenschaft-aktuell.de

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Liebe Grüße
Majka

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