Warum nur wenige Planeten die Voraussetzungen für Leben erfüllen – und die Erde ein chemischer Glücksfall ist

Warum ist Leben auf der Erde entstanden – und kaum anderswo? Forschende der ETH Zürich zeigen, dass Wasser nicht allein darüber entscheidet, ob ein ferner Planet Leben beheimaten kann. Besonders Sauerstoff bestimmt – während der Planetenentstehung –, ob die lebenswichtigen Elemente erhalten bleiben oder nicht.

Ein junger Stern, der von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben wird, aus denen neue Planeten entstehen könnten – ob diese jedoch die chemischen Voraussetzungen für Leben besitzen, hängt vom richtigen Sauerstoffgehalt während der Kernbildung ab. Bild: Nasa-JPL

Bei der Suche nach außerirdischem Leben galt Wasser lange als wichtigste Voraussetzung. Doch neueste Forschungsergebnisse legen nahe, dass das viel zu kurz greift. Entscheidend sei demnach nicht nur, ob ein Planet Wasser besitzt, sondern ob er von Beginn an über die richtigen chemischen Zutaten verfügt. Zu den unverzichtbaren Elementen zählen vor allem Phosphor und Stickstoff.

Phosphor ist notwendiger Bestandteil für DNA und RNA sowie für den Energiehaushalt von Zellen. Stickstoff ist Grundbaustein von Proteinen, aus denen wiederum alle bekannten Lebensformen bestehen. Ohne die beiden Elemente kann sich aus unbelebter Materie kein Leben entwickeln.

Eine aktuelle Studie unter der Leitung von Craig Walton, Postdoc am Centre for Origin and Prevalence of Life der ETH Zürich, und ETH-Professorin Maria Schönbächler zeigt nun, dass sich bereits sehr früh entscheidet, ob Phosphor und Stickstoff in ausreichender Menge vorhanden sind, nämlich noch während der Bildung des Planetenkerns.

„Entscheidend während der Kernbildung ist, dass es genau die richtige Menge an Sauerstoff gibt, damit Phosphor und Stickstoff auf der Planetenoberfläche bleiben“, erklärt Walton. Auf der Erde sei vor rund 4,6 Milliarden Jahren genau diese Bedingung erfüllt gewesen.

Wichtig bei der Kernbildung

Ganz zu Anfang bestehen Planeten aus geschmolzenem Gestein. Im Laufe der Zeit sinken schwere Metalle wie Eisen ab und bilden den Kern, derweilen leichtere Bestandteile wie Schwefelverbindungen Mantel und Kruste formen. Der Sauerstoffgehalt spielt dabei eine Schlüsselrolle.

Ist zu wenig Sauerstoff vorhanden, bindet sich Phosphor an Eisen und verschwindet im Kern. Das Element ist damit für spätere biologische Vorgänge nicht mehr verfügbar. Bei einem Überschuss an Sauerstoff verbleibt zwar Phosphor im Mantel, doch Stickstoff wird flüchtig. Er entweicht leicht in die Atmosphäre und kann langfristig verloren gehen.

Damit wird die Entstehung lebensfreundlicher Bedingungen zu einem Balanceakt. Zu wenig oder zu viel Sauerstoff – beides verhindert, dass die nötigen Elemente dort bleiben, wo sie für die Entwicklung von Leben gebraucht werden.

Die chemischen Goldilocks-Bedingungen

Anhand zahlreicher Modellrechnungen konnten Walton und sein Team zeigen, dass es nur einen erstaunlich schmalen Bereich mittlerer Sauerstoffverhältnisse gibt, in dem sowohl Phosphor als auch Stickstoff im Mantel erhalten bleiben. Die Forschenden sprechen von einer „chemischen Goldilocks-Zone“. Goldilocks-Bedingungen sind ideale Voraussetzungen, damit bestimmte Entwicklungen in Gang gesetzt werden, zum Beispiel genau die richtige Temperatur. Der Name stammt von der Märchenfigur Goldilocks.

Abhängigkeit von Phosphor (P), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O, Oxygen), während der Kernbildung. Bild: Walton et al., 2026

„Unsere Modelle machen deutlich, dass die Erde genau in diesem Bereich liegt“, erklärt Walton. Schon geringe Abweichungen hätten genügt, um Leben unmöglich zu machen.

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.

Auch andere Planeten des Sonnensystems wurden untersucht. Beim Mars etwa lag der Sauerstoffgehalt während der Kernbildung außerhalb dieser Goldlöckchenzone. Die Folge: In seinem Mantel stehen nicht genügend Mengen an Phosphor und Stickstoff zur Verfügung. Das erklärt, warum selbst erdähnlich wirkende Planeten chemisch von Anfang an schlechte Voraussetzungen für Leben haben können.

Auf der Suche nach Sonnenzwillingen

Die Ergebnisse könnten die Suche nach Leben im Universum grundlegend verändern. Ein Planet kann Wasser besitzen und dennoch ungeeignet sein, wenn seine chemische Geschichte nicht stimmt.

Entscheidend ist demnach die Zusammensetzung des gesamten Sonnensystems. Die wiederum lässt sich indirekt über den Zentralstern bestimmen, dessen chemischer Fingerabdruck das Planetenmaterial prägt.

Sonnensysteme, die sich stark von unserem unterscheiden, gelten damit als wenig aussichtsreich. „Damit wird die Suche nach Leben auf anderen Planeten viel spezifischer. Wir sollten daher nach Sonnensystemen suchen, die unserer Sonne ähnlich sind“, sagt Walton. Die Erde erscheint so mehr denn je als Ausnahme – ein seltener chemischer Glücksfall im Universum.

Quellenhinweis:

Walton, C. R., Rogers, L. K., Bonsor, A., et al. (2026): The chemical habitability of Earth and rocky planets prescribed by core formation. Nature Astronomy.