Wie synthetische Organismen die Erde terraformen könnten

Der unaufhaltsame Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre und der stetige Anstieg der globalen Temperaturen erhöhen die beängstigende Aussicht auf eine signifikante Veränderung des Erdklimas. Tatsächlich scheinen die Beweise eindeutig zu sein, dass sich unser Klima schnell verändert.

Daher suchen Wissenschaftler und Politiker auf der ganzen Welt nach Wegen, diese Veränderungen aufzuhalten oder umzukehren, eine Aufgabe, die in einer Welt, die von fossilen Brennstoffen abhängig ist, mit Schwierigkeiten verbunden ist. Eine zunehmend diskutierte Option ist Terraforming – die absichtliche Veränderung der Umgebung in einer Weise, die den Planeten abkühlt, vielleicht durch Absorption von Kohlendioxid oder Reflexion von Sonnenlicht

Um Auswirkungen zu haben, müssen diese Art von Planänderungen eine globale Reichweite haben und Engineering-Projekte von bisher unvorstellbarem Umfang erfordern. Das lässt Bioingenieure denken, dass es eine alternative Option geben könnte.

Anstatt globale Engineering-Projekte zu schaffen, warum nicht Lebensformen schaffen, die stattdessen eine ähnliche Arbeit erledigen. Der große Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass Organismen auf natürliche Weise wachsen und sich durch die gewöhnlichen Mechanismen des Lebens über riesige Gebiete des Planeten ausbreiten können. Somit würde der Prozess der Terraformung der Landschaft mit minimalem menschlichem Zutun erfolgen. Was könnte möglicherweise falsch laufen?

Eine Menge. Die große Angst ist, dass diese Vorgehensweise unerwartete und unbeabsichtigte Folgen für den Planeten haben könnte. Ein Albtraumszenario ist, dass die Organismen unbeabsichtigt Rückkopplungsmechanismen auslösen könnten, die die globale Erwärmung beschleunigen, anstatt sie abzuschwächen. Eine wichtige Frage ist also, wie dieses Szenario verhindert werden kann.

Heute erhalten wir dank der Arbeit von Ricard Sole und seinen Freunden am ICREA-Complex Systems Lab in Barcelona, ​​Spanien, einige Antworten. Diese Jungs erforschen verschiedene Möglichkeiten, synthetische Organismen zu erschaffen, die es fast unmöglich machen, unbeabsichtigte Rückkopplungsschleifen auszulösen, die dem Planeten schaden.

Sie weisen zunächst darauf hin, dass ein besonderes Problem die Möglichkeit eines explosionsartigen Wachstums von Populationen synthetischer Organismen ist, wenn sie in eine bestimmte Umgebung eingeführt oder verbreitet werden. Eine Möglichkeit, unerwünschtes explosives Wachstum zu verhindern, besteht darin, eine modifizierte Version eines vorhandenen Organismus zu verwenden, der eine enge Beziehung zu einer anderen Art aufweist, die mit dem Ziellebensraum assoziiert ist, sagen sie.

Das Wachstum einer Population von Organismen hängt also von der Populationsdynamik einer anderen ab. Jüngste experimentelle Studien zeigen, dass eine solche entworfene wechselseitige Verbindung durch künstliches Erzwingen einer starken metabolischen Abhängigkeit und auch mit Hilfe der Gentechnik geschaffen werden kann, sagen sie.

Sole und Co verbringen einige Zeit damit, diese Idee zu erforschen. Sie weisen darauf hin, dass diese gegenseitige Abhängigkeit eine doppelte positive Rückkopplung erfordert, wenn die synthetische Spezies von ihrem Wirt profitiert und von ihm profitiert. Dieses Szenario ist an die symbiotischen Beziehungen gebunden, die mehrere Arten natürlicher Assoziationen charakterisieren, wie beispielsweise stickstofffixierende Bakterien, die in Pflanzenwurzelknöllchen leben, argumentieren sie.

Es gibt auch weniger direkte Formen der Interdependenz. Eine Zusammenarbeit kann auch entstehen, wenn eine Art die bestehende Umgebung so verändert, dass eine Partnerart gedeihen und mehr Wachstumsmöglichkeiten für die erste schaffen kann.

Beispielsweise könnte es möglich sein, eine Mikrobe so zu konstruieren, dass sie eine Art Protein freisetzt, das die Wasserretention verbessern kann. Andere Organismen wie Pflanzen können dieses zurückgehaltene Wasser dann nutzen.

Es gibt noch eine andere Möglichkeit, das Bevölkerungswachstum zu beeinflussen: durch die Begrenzung des Nahrungsangebots. Sole und Co schlagen vor, Organismen genetisch zu verändern, sodass sie sich nur von menschlichen Abfällen wie Müll oder Abwasser ernähren können. Außerhalb dieser Umgebung sterben sie einfach ab.

Ein guter Kandidat könnte Plastikmüll im Ozean sein, der bekanntermaßen von vielen verschiedenen Arten besiedelt wird, darunter mehrere mikrobielle Gattungen wie Vibrio, sagen Sole und Co. Sie weisen darauf hin, dass trotz der raschen Zunahme von Plastikmüll, der in die Ozeane gekippt wird, die beobachtete Menge viel geringer ist als erwartet. [Dies deutet] (neben anderen Möglichkeiten) darauf hin, dass einige mikrobielle Arten, die in der Lage sind, sich an Kunststoffpolymere anzuheften, diese auch abbauen, sagen sie.

Das ist eine interessante Idee. Wenn wir die Umwelt aktiv verändern wollen, um Probleme wie die globale Erwärmung anzugehen, ist es sinnvoll, das Wachstums- und Kolonisierungspotenzial zu nutzen, das das Leben bietet. Das ist sicherlich einfacher, als eine Art Struktur zu konstruieren, um den Planeten auf globaler Ebene zu beeinflussen.

Aber es ist auch eine umstrittene Idee. Sole und Co sagen, dass die in diese Modelle eingebaute gegenseitige Abhängigkeit ein außer Kontrolle geratenes Wachstum oder Rückkopplungsschleifen verhindert, da dies beiden Arten gleichzeitig passieren muss und das höchst unwahrscheinlich ist.

Aber es ist keineswegs unmöglich. Und es gibt auch eine Evolution, mit der man sich auseinandersetzen muss. Während die in die Wildnis freigesetzten synthetischen Organismen sicher sein können, sind es ihre Vorfahren einige Millionen Generationen später möglicherweise nicht mehr.

Sole und Co versuchen, diese Ängste zu dämpfen, indem sie darauf hinweisen, dass die Menschen die Erde bereits verändert haben. Trotz der langen, anhaltenden und tiefgreifenden anthropogenen Auswirkungen auf viele dieser neuartigen Ökosysteme können sie einen Reichtum und eine Widerstandsfähigkeit aufweisen, die uns an das Potenzial der Natur erinnern, sich selbst zu rekonstruieren, sagen sie. Andererseits zeigen sie auch, wie hartnäckig Lebensformen sein können und wie schwer es ist, diese Veränderungen rückgängig zu machen, wenn sie einmal eingetreten sind.

Die Freisetzung synthetischer Lebensformen mit dem spezifischen Ziel, die Erde zu terraformen, könnte eines Tages eine dringende Notwendigkeit sein. Wenn dieser Tag kommt, hoffen wir, dass wir uns über die Forschung freuen werden, die charakterisiert hat, wie dieses Terraforming ablaufen wird.

Ref: arxiv.org/abs/1503.05043 : Synthetische Schaltungsdesigns für die Terraformation der Erde

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