Sand Diego (USA) – Sie sind klein, kühl, langlebig – und vor allem: Sie stellen mit großem Abstand die häufigste Sternklasse in unserer Galaxie dar. Sogenannte Rote Zwerge. Viele der bislang entdeckten erdgroßen Exoplaneten befinden sich genau dort, oft in der potenziell lebensfreundlichen Zone dieser Sterne. Eine neue Studie zeichnet nun jedoch ein deutlich ernüchterndes Bild: Komplexes, vielzelliges Leben – zumindest wie jene, das wir von der Erde kennen – könnte demnach auf solchen Welten praktisch ausgeschlossen sein.
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Wie Joseph J. Soliz und William F. Welsh vom Department of Astronomy an der San Diego State University aktuell vorab via ArXiv.org berichten, kommen sie in ihrer Untersuchung zu dem Schluss, dass Planeten um M-Zwerge zwar theoretisch lebensfreundlich erscheinen mögen. Allerdings fehle jedoch eine entscheidende Voraussetzung für die Entwicklung komplexer Biosphären: die richtige Art von Licht bzw. ausreichend photosynthetisch aktive Strahlung.
Lebenswichtige Strahlung
Auf der Erde bildet Photosynthese die Grundlage nahezu allen höheren Lebens. Pflanzen, Algen und Cyanobakterien nutzen Sonnenlicht im Wellenlängenbereich von etwa 400 bis 700 Nanometern, um Energie zu gewinnen und dabei Sauerstoff freizusetzen. Erst dieser Prozess führte vor rund 2,3 Milliarden Jahren zum sogenannten Großen Sauerstoffkatastrophe, bei der sich freier Sauerstoff in der Atmosphäre anreicherte. Dieser Vorgang war eine Voraussetzung für die spätere Evolution komplexer, vielzelliger Organismen.
Die auch als „M-Zwergsterne“ bezeichneten roten Zwergsterne senden jedoch den Großteil ihrer Energie im infraroten Bereich aus, der für dir klassische bzw. irdische Photosynthese kaum nutzbar ist. Zwar war dieser Umstand bereits bekannt, doch bislang fehlten belastbare Abschätzungen, wie stark dies die biologische Evolution tatsächlich ausbremsen würde. Genau hier setzt die neue Studie an.
In ihrer Arbeit verglichen Soliz und Welsh die spektrale Lichtverteilung der Sonne mit der eines typischen M-Zwergs wie dem nahen Stern TRAPPIST-1, der von gleich sieben Felsplaneten umkreist wird. Einige dieser Planeten umrunden ihren Stern zudem innerhalb dessen sogenannter habitabler Zone. Diese Zone beschreibt jene Abstandsregion, innerhalb derer ein Planet seinen Stern umkreisen muss, damit aufgrund milder Temperaturen flüssiges Wasser – und damit die Grundlage des uns bekannten Lebens – existieren kann. Die Forschenden simulierten, wie effizient unterschiedliche photosynthetische Mikroorganismen unter diesen Bedingungen Sauerstoff produzieren könnten. Das Ergebnis ist drastisch: Selbst unter günstigen Annahmen würde sich Sauerstoff auf einem erdähnlichen Planeten um einen M-Zwerg extrem langsam ansammeln.
Ernüchternde Simulationen
Im ungünstigsten Szenario, so die Berechnungen, würde es bis zu 63 Milliarden Jahre dauern, um Sauerstoffkonzentrationen zu erreichen, wie sie heute auf der Erde herrschen. Das ist mehr als das Vierfache des aktuellen Alters des Universums. Selbst optimistischere Modelle, die von angepassten Organismen oder erweiterten Formen der Photosynthese ausgehen, kommen zu Zeiträumen von über zehn Milliarden Jahren – zu lang für Ereignisse wie eine „kambrische Explosion“, also die rasche Entstehung komplexer Tierformen.
Die Autoren ziehen daher ein klares Fazit: Auf erdgroßen Planeten um späte M-Zwergsterne sei es äußerst unwahrscheinlich, dass jemals genügend Sauerstoff produziert wird, um komplexes tierisches Leben hervorzubringen. Mikrobielles Leben könnte zwar existieren, doch die Schwelle zur Vielzelligkeit würde vermutlich kaum überschritten.
Diese Ergebnisse haben weitreichende Konsequenzen für die Astrobiologie: Da M-Zwerge den Großteil aller Sterne in der Milchstraße ausmachen, könnten die Bedingungen für komplexes Leben insgesamt deutlich seltener sein als bislang angenommen. Die Studie stellt damit indirekt auch populäre Zielsysteme wie TRAPPIST-1 in ein neues Licht: lebensfreundlich im engeren physikalischen Sinn – aber biologisch womöglich stark limitiert.
Gleichzeitig betonen die Forschenden, dass dies keineswegs das Ende der Suche nach außerirdischem Leben bedeutet. Vielmehr könne die Arbeit helfen, die Prioritäten neu zu setzen. Sterne, die energiereicheres Licht aussenden – etwa sonnenähnliche G-Sterne oder K-Zwerge – könnten deutlich bessere Kandidaten für die Entwicklung komplexer Biosphären sein.
Hoffnung auf alternative Wege des Lebens
Auch bleibt offen, ob völlig andere biochemische Wege existieren könnten, die ohne klassischen Sauerstoffstoffwechsel auskommen. Die Studie beschränkt sich bewusst auf lebensähnliche Szenarien nach irdischem Vorbild. Dennoch zeigt sie eindrucksvoll, wie stark physikalische Rahmenbedingungen die evolutionären Möglichkeiten eines Planeten begrenzen können.
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Quelle: ArXiv.org
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