Wie viele der spekulativen Bewohnern von TRAPPIST-1e, verfügt auch dieser mittelgrosse Fleischfresser über Eisenverbindungen in seinem Körper. Sein abgeflachtes, messerartiges Rostrum (der Verlängerte, gezackte Teil seines Mundwerkzeugs), wie auch die Mandibeln sind durch das Metall verstärkt, was ihnen auch die orange-rote Färbung gibt. Dieses abgeflachte Mundwerkzeug ermöglicht es ihnen, es unter den schützenden Schuppen oder zwischen den Panzerplatten der Pflanzenfressern einzuführen, um ihre Beute zu töten und von innen heraus aufzufressen. Die Mandibeln funktionieren dabei wie eine Schere um das Fleisch zu verkleinern.
Durch ihre geringe Grösse und den eher basalen, unspezialisierten Körperbau, wären diese Tiere wahrscheinlich nicht so effiziente Jäger wie andere, spezialisiertere Raubtiere. Ihr plumper Bau könnte ihnen jedoch dabei helfen, in die unterirdischen Bauten anderer Tiere einzudringen, um sie dort zu überrumpeln. Eine weitere Möglichkeit wäre auch, dass sie in Gruppen auf Streifzüge gehen und die Beute von grösseren Raubtieren weg kämpfen oder die Kadaver natürlich verstorbener Tiere fressen. Somit kämen sie an eine grössere Auswahl von Nahrung, als wenn sie sich auf eine einzige Art der Jagd oder des Nahrungserwerbs im Allgemeinen spezialisieren würden. Von solchen Tieren spricht man normalerweise als «Opportunisten».
Rote Zwerge weisen hohe Aktivitäten an Eruptionen auf, wobei schädliche UV-Strahlen ausgesendet werden. Eine erdähnliche Atmosphäre würde die Oberfläche des Planeten grösstenteils davon schützen, doch würde die von den Sonneneruptionen ausgesendeten UV-Strahlen dennoch für Organismen gefährliche Ausmasse annehmen.
Sich davor zu schützen ist aber überraschend einfach. Nur schon einige Zentimeter Wasser oder Erde sind ausreichend, um die langwellige UV-Strahlung zu absorbieren. Dies bedeutet zum einen, dass sich Tiere unter Wasser oder unter dem Erdreich verstecken könnten, um dort den Rückgang der UV-Strahlung abzuwarten. Zum anderen bedeutet es jedoch auch, dass schon in geringen Wassertiefen nur wenig Licht vorhanden ist. Photosynthetische Wasserpflanzen müssten sich also nahe an der Oberfläche befinden oder darauf treiben, um genügend Licht zu erhalten.
Zum Schutz vor der Strahlung wäre auch bereits ein einfacher Rückzug in den Schatten ausreichend. Und auf einem Planeten, auf welchem die Schatten nie verschwinden, ist dies nicht sonderlich schwierig.
Nebst der Variante sich zu verstecken, könnten die diversen Organismen auch einen anatomischen Schutz vor den Strahlungen entwickeln. So absorbieren etwa Eisenoxide die schädlichen UV-Strahlungen und können dadurch als Schutz dagegen verwendet werden. Es wird auch theoretisiert, dass sich die ersten Bakterien auf der Erde auf diese Weise vor den Strahlungen schützten. Die Verwendung von Eisen und Eisenverbindungen im Tierreich hörte aber nicht bei diesen einfachen Einzellern auf: auch heute noch haben Biber durch Eisen verstärkte Zähne und die in der Tiefsee lebenden Schuppenfussschnecken haben durch Eisensulfide verstärkte Häuser und Schuppen.
In geringerer Form hilft auch schon eine dickere, dunkle Haut vor UV-Strahlung.
Als Teil eines Frühwarnsystems weisen die von mir gestalteten Organismen von TRAPPIST-1e nach oben gerichtete Ocellen (einfache Augen) auf. Diese Ocellen dienen als Lichtsinnesorgane, mit welchen sie Unterschiede in der Helligkeit wahrnehmen können. Übersteigt das einfallende Licht einen bestimmten Schwellenwert, signalisiert das den Tieren, dass sie sich in Sicherheit bringen müssen. Ähnliche Organe sind auf der Erde in Form des Parietalauges oder Scheitelauges mancher Reptilien, Amphibien und Fischen zu finden. Mit diesem dritten, auf der Stirn sitzenden Auge, können die Tiere zwischen hell und dunkel unterscheiden und Bewegungen in ihrer Umgebung wahrnehmen.
Durch die gebundene Rotation wird eine Seite des Planeten konstant von der Sonne bestrahlt, während sich die andere Seite in konstanter Dunkelheit befindet. Dadurch kommt es zu extremen Temperaturdifferenzen, wodurch man ein einfaches Wettersystem ableiten kann. Auf der sonnigen Seite erwärmt sich die Luft und steigt auf. Sie breitet sich in der oberen Atmosphäre über den Planeten aus und bewegt sich zu der dunklen Seite. Dort angekommen, kühlt die Luft ab und sinkt auf Bodenebene, wo sie zurück zu der warmen, hellen Seite rauscht um das dort entstandene Bodentief auszugleichen. Dieses konstante Aufsteigen und Absinken von Luft speist konstante, starke Winde, welche vom dunklen zum hellen Gebiet über den Planeten fegen und das Leben darauf grundlegend beeinflussen.
Für Pflanzen bedeuten die Winde, dass sie sich gut im Boden verankern und über eine stabile, wenn auch flexible Stützstruktur verfügen müssen, damit sie nicht vom Wind umgeblasen oder entwurzelt werden. Der konstante Wind brächte jedoch nicht nur Nachteile mit sich; Pflanzen könnten ihn nutzen, um sich über Konkurrenten zu erheben und damit einen besseren Platz an der Sonne zu erhalten. Die hier dargestellten «Drachenbäume» haben zu genau diesem Zweck Tragflächen entwickelt, welche zum einen als photosynthetische Oberfläche genutzt werden. Zum anderen entsteht durch die Positionierung der Tragfläche im Wind dynamischer Auftrieb, wodurch sie nach oben steigt. Somit brauchen diese Pflanzen keinen besonders grossen Platz am Boden und könnten auch an schattigen Orten wachsen, solange sich die Tragfläche in der Sonne befinden würde. Eine weitere Möglichkeit, wie Pflanzen die unaufhörlichen Winde nutzen könnten, wären etwa die Anemochorie – die Ausbreitung ihrer Samen durch den Wind. Auch vorstellbar wäre, dass der Wind selbst als Energiequelle genutzt wird. (Mehr dazu im Kapitel «Wind»)
Tiere müssten sich daran anpassen, dass sie konstant in eine Richtung gedrängt werden. Um dies zu vermeiden, bräuchten kleine, weniger schwere Tiere gespreizte Beine. Diese Haltung verleiht ihnen eine sehr stabile Basis, wodurch sie weniger einfach vom Wind umgeblasen werden können. Auch auf der Erde ist dies die häufigste Form der Körperhaltung, da es alle Reptilien und Gliederfüssler aufweisen.
Die Tiere würden die Winde zweifellos auch zu ihrem Vorteil ausnutzen. Ein Beispiel hierfür ist der hier dargestellte «Gleitspringer». Um von Raubtieren zu entkommen, springt das kleine Tier auf und spreizt sein zweites Beinpaar. Die zu segelartigen Strukturen entwickelten Gliedmassen fangen den Wind und der Winddruck lässt sie von der Gefahr wegfliegen. Die Stielaugen ermöglichen dem Tier im Gleitflug den Boden im Blick zu halten. Eine weitere Möglichkeit wäre auch, dass aquatische Tiere den Wind ausnutzen, um mithilfe ihrer segelartigen Gliedmassen über das Wasser zu treiben. Ein solches Verhalten kann zum Beispiel bei den «portugisischen Galeeren» beobachtet werden, welche mittels einer gasgefüllten, segelählichen Struktur von den Winden über das Meer getrieben werden. Auch für manche Pterosaurier wurde eine ähnliche Fortbewegungsart angedacht, doch konnte sie noch nicht bewiesen oder widerlegt werden.
Da die Sonne durch die gebundene Rotation immer am selben Punkt im Himmel steht, bewegen sich die Schatten nie. So gäbe es etwa hinter Gebirgen oder auch nur grösseren Pflanzen Gebiete, die in ewigem Schatten liegen. Irdische Pflanzen verwenden das Licht der Sonne zur Energiegewinnung durch Photosynthese. Dabei werden mittels der Photonen des Lichts die Bindungen von Kohlenstoffdioxid und Wasser aufgebrochen und die Teilchen werden in Glukose und Sauerstoff umgewandelt. Diese Abhängigkeit vom Sonnenlicht würde jedoch bedeuten, dass diese Gebiete keinen pflanzlichen Bewuchs aufweisen könnten. Es wären schattige Wüsten ohne jedmögliches Leben. Jedoch ist die Photosynthese nicht die einzige Möglichkeit, wie Organismen aus ihrer Umgebung Energie gewinnen können. Eine weitere Option, wie sie auch auf der Erde zu finden ist, ist die Chemotrophie/Chemosynthese. Wie der Name das schon erahnen lässt, wird hierbei nicht Licht zur Energiegewinnung für den Stoffwechsel verwendet, sondern die chemischen Stoffe ihrer Umgebung. Chemotrophe Organismen sind hauptsächlich in der Tiefsee zu finden, wo keine Sonnenstrahlen hinreichen. Sie sammeln sich um die hydrothermalen Quellen am Grunde des Meeres und wandeln dort die Schwefelverbindungen im heissen Wasser in organische Nahrungsstoffe um. Dies wäre also eine Möglichkeit, wie Pflanzen oder pflanzenartige Organismen die schattigen Gebiete der Planetenoberfläche bevölkern könnten. Da dies jedoch auf vulkanische/ thermische Aktivitäten angewiesen wäre, ist es auch nicht die wahrscheinlichste Option.
Eine Form der Energiegewinnung, die zwar der Mensch entwickelt hat, auf der Erde aber nicht in natürlicher Form vorkommt, ist die der kinetischen Energie. Auf einem Planeten, auf welchem die Winde nie nachlassen, ist es vorstellbar, dass dies von manchen Organismen zur Energiegewinnung genutzt werden könnte. Diese spekulativen, «kinetosynthetischen» Pflanzen könnten einen flexiblen Körper haben, welcher durch die Wechselwirkung mit den aerodynamischen Kräften des Windes in Schwingung gebracht werden. Dieses als «Aeroelastizität» bekanntes Phänomen kennt man etwa von den Flügeln von Flugzeugen, wo es jedoch eher schädlich ist.
Dies könnte dazu führen, dass auf TRAPPIST-1e zwei verschiedene Biosphären existieren, eine, die sich auf das Leben im Sonnenlicht angepasst hat, und eine mit Spezialisierung auf die schattigen Gebiete.
Die grüne Färbung irdischer Pflanzen entsteht dadurch, dass sie die Photonen des roten und blauen Lichts absorbieren und die des grünen reflektieren, da diese weder zahlreich genug sind, noch genügend Energie tragen, um zur Photosynthese genutzt werden zu können. Diese Photonen werden verwendet, da unsere Sonne hauptsächlich Licht im bläulich-grünen Bereich des Spektrums aussendet. Die roten Photonen werden dabei bevorzugt, weil die Sonne mehr davon aussendet.
Fremde Sterne strahlen jedoch nicht unbedingt Licht im selben Spektrum aus, wodurch sich auch die Pflanzen anders anpassen müssten. Sterne der Spektralklassen F, A, B und O strahlen beispielsweise noch mehr blaues und grünes Licht aus. Die Pflanzen würden rötlich erscheinen, um dieses Spektrum zu absorbieren oder das blaue Licht reflektieren, da es im Überfluss vorhanden ist und zu Sonnenbränden führen könnte.
M Sterne (rote Zwerge) – wie auch TRAPPIST-1 einer ist – strahlen nur sehr wenig Licht im sichtbaren Spektrum aus. Das von ihnen ausgestrahlte Licht befindet sich grösstenteils im Infrarotbereich. Um das gesamte Spektrum des Lichtes nutzen zu können, würden sie nur sehr wenig davon reflektieren und dadurch sehr dunkel oder gar schwarz gefärbt erscheinen.
TRAPPIST-1 (benannt nach dem Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope in Chile) ist ein Zwergstern der Spektralklasse M, 40 Lichtjahre (380 Billionen Kilometer) von der Erde entfernt.
Sieben Planeten umkreisen den Stern, drei davon in der habitablen Zone. Zum Vergleich: in unserem Sonnensystem befindet sich die Erde und der Mars in dieser Zone, die auch unter dem Namen «Goldilocks Zone» bekannt ist. Im namensgebenden Märchen «Goldlöckchen und die drei Bären» (Goldilocks and the Three Bears) haben die drei Bären je einen Brei – einen zu heiss zum essen, einen zu kalt, und einen, der genau perfekt ist. So ist diese Zone also ein Bereich um jeden Stern, wo die Temperaturen weder zu heiss noch zu kalt für die Existenz von flüssigen Wasser sind. Planeten, die sich in dieser Zone befinden sind somit gute Kandidaten für die Existenz erdähnlichen ausserirdischen Lebens.
Jedoch weist der Stern starke, nonthermische Eruptionen auf, welche die umkreisenden Planeten regelmässig mit UV-Strahlungen bombardieren. Diese Aktivitäten könnten die Bewohnbarkeit der Planeten verringern, da sie zum einen die Atmosphäre der Planeten mit der Zeit erodieren könnte, zum anderen hat UV auch negative Auswirkungen auf Organismen. So beschädigt die Strahlung Zell-DNS, was zu Mutationen und Krebs sowie auch zum Stopp des Zellzyklus und zu Nekrose (Zelltod) führen kann.
Durch eine erdähnliche Atmosphäre könnte ein Teil der Strahlung jedoch absorbiert oder reflektiert werden, was die Entstehung und Ausbreitung von Leben auf der Oberfläche ermöglichen würde.
Da bei den Planeten im TRAPPIST-System bis jetzt jedoch noch keine
Atmosphärenzusammensetzung nachgewiesen werden konnte, konnte die genaue Auswirkung der Eruptionen auf die Planeten noch nicht bestimmt werden. Eine von Wasserstoff dominierte Atmosphäre konnte jedoch ausgeschlossen werden, eine durch Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid oder Methan dominierte Atmosphäre ist jedoch möglich.
Diese Faktoren bedeuten nicht, dass Leben auf den Planeten ausgeschlossen ist. Es bedeutet lediglich, dass das Leben nicht so wäre, wie wir das von der Erde kennen und von einer eher feindlichen Umgebung dominiert sind.
Für mein Projekt ging ich von einer spekulativen, erdähnlichen Atmosphäre aus, welche die Planetenoberfläche zu einem gewissen Grad von der einkommenden Strahlung schützt.
PLANET
TRAPPIST-1e ist der vierte Planet im TRAPPIST-System und einer der vielversprechendsten Kandidaten zur Beherbergung von Leben. Der Planet dreht sich innerhalb 6.1 irdischer Tage einmal um den Stern, ein Jahr dauert also weniger als eine Woche auf der Erde. Der Planet gleicht der Erde in vielen Merkmalen. So weist er beispielsweise eine 93-prozentigen Masse auf im Vergleich zu 100% der Erde und seine Anziehungskraft von 0.93 G ist nur minim weniger als die 1G auf der Erde. Sogar die berechneten Temperaturen gleichen denen auf der Erde.
Der Hauptunterschied ist jedoch, dass sich der Planet mehr als dreissig mal näher an seinem Stern befindet als die Erde zur Sonne. Wegen der geringeren Luminosität von TRAPPIST bedeutet dies jedoch nicht, dass die Planetenoberfläche von intensiven Sonnenstrahlen verbrannt wird. Doch ist der Abstand klein genug, dass sich die Gravitation des Sterns auf den Planeten auswirkt und dessen Rotation dämpft – der Planet ist mit hoher Wahrscheinlichkeit in gebundener Rotation. Das bedeutet, dass die Umlaufzeit (die Zeit, die der Planet für eine komplette Umkreisung des Sterns braucht) und die Rotationsperiode (die Zeit, in der sich der Planet einmal um sich selbst dreht) des Planeten gleich sind. Somit zeigt immer die selbe Seite des Planeten zum Stern.
Ein vergleichbares Beispiel hierzu wäre der irdische Mond, welcher in gebundener Rotation zur Erde steht. Wo der Mond dennoch überall von der Sonne beschienen wird, ist das bei TRAPPIST-1e anders. Eine Seite wird konstant von der Sonne beschienen und erhitzt, während die andere in kompletter Dunkelheit steckt. Auf der sonnenzugewandten Seite wären die Temperaturen wohl zu heiss für die Existenz komplexen Lebens, während sie auf der Schattenseite zu kalt wären. Zwischen diesen Bereichen des ewigen Tages und der ewigen Nacht gäbe es jedoch einen Streifen, in welchem ein ewiges Zwielicht herrscht und die Temperaturen lebensfreundlicher wären. Es wäre in diesem Streifen, in welchem komplexes Leben und flüssiges Wasser am ehesten zu finden wären, und auf welchen ich mich in diesem Projekt fokussiere.
Die Suche nach Leben ausserhalb der Erde erfordert ein grundlegendes Verständnis des Lebens auf der Erde. Mit diesem Blick nach aussen, hin zum 40 Lichtjahre entfernten Planeten TRAPPIST-1e und seinen spekulativen Bewohnern, gewähre ich einen Blick nach innen auf die Regeln, die das Leben auf der Erde beherrschen.
Der Panzer dieses mittelgrossen Pflanzenfresser gewährt ihm nicht nur Schutz vor Raubtieren, sondern auch vor UV-Strahlung.
Dadurch, dass ihre Nahrung so reichlich vorhanden ist und nicht von ihnen wegrennt, können Pflanzenfresser generell grösser werden als Fleischfresser. Ein weiterer Faktor hierbei ist jedoch auch, dass Pflanzenfresser sogenannte Primärkonsumenten sind. Das bedeutet, dass sie ihre Energie direkt von den Produzenten (Pflanzen) erhalten. Fleischfresser, die sich von den Primärkonsumenten ernähren, sind also Sekundärkonsumenten. Jeder dieser Entwicklungsschritte ist mit einem etwa zehnprozentigen Energieverlust verbunden. Somit müssen Fleischfresser mehr Nahrung zu sich nehmen um gleich viel Energie zu erhalten wie Pflanzenfresser. Dies ist auch der Grund, weswegen Pflanzenfresser viel zahlreicher sind als Fleischfresser.
Jedoch sind Pflanzen auch schwieriger zum Verdauen als Fleisch, weswegen der erste Schritt der Verdauung bei Pflanzenfressern bereits im Maul stattfindet. Während die Zähne von Fleischfressern daran angepasst sind, Fleisch in grobe Stücke zu zerschneiden, sind die Zähne von Pflanzenfressern abgeflacht, um pflanzliches Material zu zermahlen. Zur weiteren Verarbeitung und Verdauung, helfen Zellulose-verdauende Bakterien in der Flora des verlängerten Verdauungstraktes. Eine weitere Taktik, die von manchen Pflanzenfressern angewendet wird, ist das Verschlucken von Steinen. Diese Gastrolithen helfen der weiteren Zerkleinerung der Nahrung im Magen.
Da das hier abgebildete Lebewesen keinen stark ausgebildeten Kiefer zum Kauen besitzt, wäre er auf diese Art der Nahrungszerkleinerung angewiesen.
In so gut wie jedem Organismus und besonders in deren Gliedmassen kommt es früher oder später zu einer Form der Spezialisierung. Von schaufelartigen Tatzen zum Graben über lange Beine zum schnellen Rennen bis hin zu den menschlichen Fingern, mit welchen diese Arbeit geschrieben ist. Somit ist anzunehmen, dass dies nicht eine Eigenheit des irdischen Lebens ist, sondern eine des Lebens im Allgemeinen. Dieser kleinere Organismus nutzt diese Eigenheit zu seinen Vorteilen aus, indem er sein zweites Beinpaar zu einfachen Flügeln umfunktioniert hat. Diese Flügel sind jedoch nicht gross genug und die Muskulatur nicht kräftig genug, um einen aktiven Kraftflug zu gewährleisten. Stattdessen werden die Strukturen zum Gleitflug verwendet. Dies kann zum einen zum schnellen Zurücklegen von grossen Distanzen verwendet werden, oder auch um vor Feinden zu flüchten. Dies wird auf der Erde so von Tieren aus fast allen Klassen von Wirbeltieren und sogar von einigen Wirbellosen verwendet. Beispiele dafür sind etwa fliegende Fische, Schmuckbaumnattern, gewisse Kalmare und Gleithörnchen.
Auf TRAPPIST-1e würde ein solches Verhalten noch zusätzlich durch die konstanten Winde unterstützt, weswegen diese Art der Fortbewegung dort noch weiter verbreitet sein könnte.
Mit zunehmender Grösse und Gewicht, muss sich die Anatomie eines Tieres anpassen, um das Tier tragen zu können. Im Falle des grossen Pflanzenfressers hier zeigt sich dies durch die Anatomie der Beine. Das erhöhte Gewicht bedeutet zum einen, dass sich der Wind nun nicht mehr sonderlich stark auf die Tiere auswirkt. Die Wahrscheinlichkeit, dass sie davon umgeblasen oder fortgetragen werden, ist extrem gering. Zum anderen, bedeutet das Gewicht jedoch auch, dass Fortbewegung mit den seitlich weggespreizten Beinen der kleineren Tieren extrem energieaufwändig wäre.
Indem die Beine näher zu der Sagittalebene bewegt werden, muss weniger Muskelkraft eingesetzt werden, um den Körper zu tragen und die Gelenke werden weniger belastet. Das Gewicht wird somit direkt von den säulenartigen Beinen getragen. Ein solches Aussehen hat sich auf der Erde mehrmals in Säugetieren und Reptilien entwickelt, so etwa in Elefanten und Sauropoden.
Ein grösseres Tier würde jedoch auch mehr Nahrung benötigen, um seinen Bedarf an Energie zu stillen. Somit wäre das Vorkommen solcher Tiere auf Gebiete mit starkem pflanzlichen Bewuchs beschränkt. Das hier dargestellte Tier hat sich deswegen auf ein Leben in der Schattenseite von grossen Gebirgen spezialisiert. Da die dort wachsenden kinetosynthetischen Pflanzen nicht auf einen Platz in der Sonne angewiesen sind, können sie um einiges dichter beieinander wachsen und somit grössere Bestände bilden.
Da sich ihr Lebensraum grösstenteils im Schatten befindet, haben sie keine eisenhaltige Körperpanzer so wie viele der anderen Pflanzenfressern. Stattdessen verfügen sie über eine dicke Haut mit grossen Osteodermen (Hautknochenplatten) zum Schutz vor Raubtieren.