16.06.2026
A Weizmann-led team proposes a simple but powerful new method for detecting traces of alien biology, whether on Jupiter’s icy moons, in meteorites or in Martian samples
NASA JUNO
Before any wrinkled, wide-eyed creature from a distant civilization asks to be taken home, the first success in the search for life beyond Earth might be more prosaic. A clue could emerge from a handful of molecules in a Martian rock, a grain of ice from a moon of Jupiter or Saturn or a plume rising from an ocean sealed beneath a frozen shell.
In a study published in Nature Astronomy, an Israeli-US team led by researchers from the Weizmann Institute of Science has now defined a new kind of life’s signature. It could offer a relatively simple way to address the age-old question: Are we alone?
For decades, scientists have searched for biosignatures – chemical or physical traces that can act as fingerprints of life, helping distinguish living matter from nonliving chemistry. Some methods focus on the ratios of left- and right-handed molecules, others on isotope ratios. But interpreting such signals usually requires knowing how a sample formed and evolved, information that is rarely available. Spacecraft cannot carry every instrument that scientists would want, and extraterrestrial samples are seldom clean or complete. Radiation alters molecules, geology can imitate biology, and organic material can become degraded, mixed or contaminated over time. The ultimate challenge is that “organic” does not automatically mean “alive”: Amino acids and other compounds can form through entirely nonbiological chemistry.
“The key value of our approach is that it offers an easy way to identify organic material that is biological, as opposed to just organic gunk that formed in the early solar system,” says Prof. Itay Halevy, who headed the research team together with Prof. Yohai Kaspi, both of Weizmann’s Earth and Planetary Sciences Department.
The study was led by Dr. Gideon Yoffe, a postdoctoral fellow in Kaspi’s lab, who brought together tools from statistics, ecology and planetary science. The team also included Dr. Fabian Klenner of the University of California, Riverside, and Dr. Barak Sober of the Hebrew University of Jerusalem.
“Many current methods of searching for extraterrestrial life are limited because they require either complicated processing of organic material or highly specific analytical methods – work you currently cannot perform in outer space,” Yoffe says.
"The key value of our approach is that it offers an easy way to identify organic material that is biological, as opposed to just organic gunk that formed in the early solar system"
The new approach sidesteps these limitations by relying less on complicated chemistry and more on statistical patterns. It draws on a method that was originally developed by ecologists to characterize the diversity of animal species within habitats. Yoffe, whose background is in statistics and data science, adapted it to the field of astrobiology.
The central idea is to examine molecular diversity, with the understanding that life reorganizes chemistry according to function. Sometimes that means expanding diversity and sometimes narrowing it. Instead of focusing on individual molecules, the researchers looked at statistical patterns in groups of molecules – their spread and relative abundances. To test the method, the team analyzed more than 100 organic and inorganic samples, including material from three-billion-year-old Earth rocks, dinosaur eggshells and fossilized dinosaur feathers caught in amber, as well as samples collected in space from the Ryugu and Bennu asteroids.
The study began with amino acids, the molecular building blocks of proteins. Amino acids can form naturally in the absence of life through collisions among simpler molecules, but because such collisions are rare in space, the likelihood of complex amino acids assembling in this way is limited. Therefore, in nonliving chemistry, simpler amino acids tend to dominate because they form more easily, while larger and more complex ones become increasingly rare.
Life behaves differently. Living systems survive when they produce the molecules that enable their function, even if those molecules are energetically “expensive” to make. Instead of a random assortment shaped mainly by chance, biology therefore leaves behind patterns that are not necessarily dominated by simpler building blocks.
As a result, samples of living matter are consistently more diverse in terms of molecular composition than their nonliving counterparts. This distinction holds true not only for amino acids but also for fatty acids, indicating that the diversity signal reflects a fundamental biosynthetic signature.
“Life will produce the building blocks it needs in order to function,” sums up Halevy.
The method was created in the context of a proposed Israeli mission concept called Eureka. Kaspi, Halevy, Yoffe and collaborators are developing this concept together with Israel’s aerospace industry. The goal is to send a small spacecraft to one or two of the Solar System’s icy moons – likely Europa, and perhaps also Enceladus – whose frozen crusts conceal vast subsurface oceans. Taking part in planning the mission is the space division of Israel Aerospace Industries (IAI), which is leading the spacecraft’s design.
“These subterranean oceans are especially interesting because conditions there may permit the emergence of life,” says Kaspi. Future missions may be able to sample material from those oceans, including molecules produced near seafloor hydrothermal systems, similar to those on Earth.
“Our approach does not require fancy analytical instruments,” Kaspi explains. “It can be applied quite simply with any method capable of measuring relative abundances of different molecules, such as mass spectrometry.”
Still, the technique planned for the mission might sound to some like science fiction: fire a laser at alien ice and wait for molecules to glow back. The glow can help detect complex amino acids and other compounds that could carry biological signatures.
A major advantage of the method is that it can work even on samples with complicated histories – material altered by heat, radiation, time or ice. “Space is a harsh environment, especially the vicinity of Jupiter, which has a powerful magnetic field, so energetic particles keep bombarding the surfaces of its moons,” Yoffe explains.
“Beyond its scientific importance and the possibility of discovering life beyond Earth, we see a space mission to the icy moons of Jupiter and Saturn as a source of educational inspiration for the next generation of Israeli scientists and engineers,” an IAI spokesperson said. “We are confident that every child who follows the spacecraft’s journey will be inspired to explore the universe and help lead Israel’s future breakthroughs in science and technology.”
The approach is not limited to icy moons. It could also be applied to meteorites, asteroid material and samples of ancient Martian rocks. In a sense, the work brings together many branches of the search for alien life: telescopes reading starlight through distant atmospheres, spacecraft visiting asteroids and comets, meteorites arriving in earthly laboratories and rovers drilling into ancient stone.
Discovering alien life would likely redefine what “first contact” means. There may be no voice and no greeting from the stars, at least not at first; the encounter could begin quietly, inside a dataset, through patterns in a collection of molecules. But it would be dramatic nonetheless.
“I’ve been fascinated since childhood with anything connected to the search for life beyond Earth,” Yoffe says. “To me, this kind of detection would be one of the most exciting scientific discoveries ever made.”
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Vor den Aliens: Die Aminosäuren
Ein unter der Leitung des Weizmann-Instituts stehendes Team schlägt eine einfache, aber leistungsstarke neue Methode vor, um Spuren außerirdischer Biologie aufzuspüren – sei es auf den Eismonden des Jupiter, in Meteoriten oder in Mars-Proben.
Bevor irgendein faltiges Wesen mit großen Augen aus einer fernen Zivilisation darum bittet, nach Hause gebracht zu werden, könnte der erste Erfolg bei der Suche nach Leben jenseits der Erde weitaus unspektakulärer ausfallen. Ein Hinweis könnte sich aus einer Handvoll Moleküle in einem Marsgestein, einem Eiskorn von einem Mond des Jupiter oder Saturn oder einer Fontäne ergeben, die aus einem unter einer Eiskruste verborgenen Ozean aufsteigt.
In einer in *Nature Astronomy* veröffentlichten Studie hat ein israelisch-amerikanisches Team unter der Leitung von Forschern des Weizmann-Instituts für Wissenschaften nun eine neue Art von Lebenssignatur definiert. Sie könnte eine vergleichsweise einfache Möglichkeit bieten, der uralten Frage nachzugehen: Sind wir allein?
Seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftler nach Biosignaturen – chemischen oder physikalischen Spuren, die als Fingerabdrücke des Lebens dienen und dabei helfen, lebende Materie von unbelebter Chemie zu unterscheiden. Manche Methoden konzentrieren sich auf das Verhältnis von links- und rechtshändigen Molekülen, andere auf Isotopenverhältnisse. Doch die Interpretation solcher Signale erfordert meist Kenntnisse über die Entstehung und Entwicklung der Probe – Informationen, die nur selten vorliegen. Raumfahrzeuge können nicht alle Instrumente mitführen, die sich Wissenschaftler wünschen würden, und extraterrestrische Proben sind selten rein oder vollständig. Strahlung verändert Moleküle, geologische Prozesse können biologische Vorgänge nachahmen, und organisches Material kann im Laufe der Zeit abgebaut, vermischt oder verunreinigt werden. Die größte Herausforderung besteht darin, dass „organisch“ nicht automatisch „lebendig“ bedeutet: Aminosäuren und andere Verbindungen können durch rein abiotische chemische Prozesse entstehen.
„Der entscheidende Vorteil unseres Ansatzes liegt darin, dass er eine einfache Möglichkeit bietet, organisches Material biologischen Ursprungs von jenem organischen ‚Gemisch‘ zu unterscheiden, das im frühen Sonnensystem entstand“, sagt Prof. Itay Halevy, der das Forschungsteam gemeinsam mit Prof. Yohai Kaspi leitete; beide sind am Fachbereich für Erd- und Planetenwissenschaften des Weizmann-Instituts tätig.
Die Studie wurde von Dr. Gideon Yoffe geleitet, einem Postdoktoranden in Kaspis Labor, der Methoden aus der Statistik, der Ökologie und den Planetenwissenschaften miteinander verknüpfte. Zum Team gehörten zudem Dr. Fabian Klenner von der University of California, Riverside, und Dr. Barak Sober von der Hebräischen Universität Jerusalem.
„Viele der derzeitigen Methoden zur Suche nach außerirdischem Leben stoßen an ihre Grenzen, da sie entweder eine aufwendige Aufbereitung des organischen Materials oder hochspezifische Analyseverfahren erfordern – Arbeiten, die sich im Weltraum derzeit nicht durchführen lassen“, erklärt Yoffe.
„Der entscheidende Vorteil unseres Ansatzes liegt darin, dass er eine einfache Möglichkeit bietet, organisches Material biologischen Ursprungs von jenem organischen ‚Gemisch‘ zu unterscheiden, das im frühen Sonnensystem entstand.“
Der neue Ansatz umgeht diese Einschränkungen, indem er weniger auf komplexe Chemie als vielmehr auf statistische Muster setzt. Er basiert auf einer Methode, die ursprünglich von Ökologen entwickelt wurde, um die Artenvielfalt von Tieren in verschiedenen Lebensräumen zu charakterisieren. Yoffe, der über einen Hintergrund in Statistik und Data Science verfügt, passte dieses Verfahren an die Astrobiologie an.
Der Grundgedanke besteht darin, die molekulare Vielfalt zu untersuchen, ausgehend von der Erkenntnis, dass Leben chemische Strukturen funktionsorientiert neu organisiert. Dies kann je nach Fall eine Vergrößerung oder eine Verringerung der Vielfalt bedeuten. Anstatt sich auf einzelne Moleküle zu konzentrieren, untersuchten die Forschenden statistische Muster in Molekülgruppen – deren Verteilung und relative Häufigkeit. Um die Methode zu erproben, analysierte das Team mehr als 100 organische und anorganische Proben, darunter Material aus drei Milliarden Jahre alten irdischen Gesteinen, Dinosaurier-Eierschalen und in Bernstein eingeschlossenen fossilen Dinosaurierfedern sowie Proben, die im Weltraum von den Asteroiden Ryugu und Bennu gewonnen wurden.
Die Studie nahm ihren Ausgangspunkt bei Aminosäuren, den molekularen Bausteinen von Proteinen. Aminosäuren können auch ohne die Beteiligung von Leben auf natürliche Weise durch Kollisionen einfacherer Moleküle entstehen; da solche Zusammenstöße im Weltraum jedoch selten sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich auf diese Weise komplexe Aminosäuren bilden, gering. In der unbelebten Chemie dominieren daher meist einfachere Aminosäuren, da sie leichter entstehen, während größere und komplexere Varianten zunehmend seltener vorkommen.
Bei Lebewesen verhält es sich anders. Biologische Systeme überleben, indem sie die für ihre Funktion notwendigen Moleküle produzieren – selbst wenn deren Herstellung energetisch „aufwendig“ ist. Anstatt einer zufälligen, primär vom Zufall geprägten Ansammlung hinterlässt die Biologie daher Muster, die nicht zwangsläufig von einfachen Bausteinen dominiert werden.
Folglich weisen Proben lebender Materie hinsichtlich ihrer molekularen Zusammensetzung stets eine größere Vielfalt auf als ihre unbelebten Pendants. Dieser Unterschied gilt nicht nur für Aminosäuren, sondern auch für Fettsäuren, was darauf hindeutet, dass das Diversitätssignal eine grundlegende biosynthetische Signatur widerspiegelt.
„Leben produziert die Bausteine, die es für seine Funktion benötigt“, fasst Halevy zusammen.
Die Methode wurde im Rahmen eines israelischen Missionskonzepts namens „Eureka“ entwickelt. Kaspi, Halevy, Yoffe und ihre Kollegen arbeiten gemeinsam mit der israelischen Luft- und Raumfahrtindustrie an diesem Konzept. Ziel ist es, eine kleine Raumsonde zu einem oder zwei der Eismonde unseres Sonnensystems zu schicken – wahrscheinlich zum Europa und womöglich auch zum Enceladus –, deren gefrorene Krusten riesige Ozeane im Untergrund verbergen. An der Missionsplanung beteiligt ist die Raumfahrtsparte der Israel Aerospace Industries (IAI), die auch die Federführung bei der Konstruktion der Raumsonde innehat.
„Diese unterirdischen Ozeane sind besonders interessant, da die dortigen Bedingungen möglicherweise die Entstehung von Leben begünstigen“, sagt Kaspi. Künftige Missionen könnten Proben aus diesen Ozeanen entnehmen – darunter Moleküle, die in der Nähe hydrothermaler Systeme am Meeresboden entstanden sind, ähnlich wie jene auf der Erde.
„Unser Ansatz erfordert keine hochkomplexen Analyseinstrumente“, erklärt Kaspi. „Er lässt sich ganz einfach mit jeder Methode anwenden, die relative Häufigkeiten verschiedener Moleküle messen kann, etwa der Massenspektrometrie.“
Dennoch mag das für die Mission geplante Verfahren auf manche wie Science-Fiction wirken: Man beschießt außerirdisches Eis mit einem Laser und wartet darauf, dass die Moleküle zurückleuchten. Dieses Leuchten kann dabei helfen, komplexe Aminosäuren und andere Verbindungen aufzuspüren, die biologische Signaturen aufweisen könnten.
Ein wesentlicher Vorteil der Methode ist, dass sie auch bei Proben mit komplexer Vorgeschichte funktioniert – also bei Material, das durch Hitze, Strahlung, Zeit oder Eis verändert wurde. „Der Weltraum ist eine lebensfeindliche Umgebung, insbesondere in der Nähe des Jupiter; dieser besitzt ein starkes Magnetfeld, sodass hochenergetische Teilchen ständig auf die Oberflächen seiner Monde treffen“, erklärt Yoffe.
„Abgesehen von ihrer wissenschaftlichen Bedeutung und der Möglichkeit, Leben außerhalb der Erde zu entdecken, betrachten wir eine Weltraummission zu den Eismonden von Jupiter und Saturn als Quelle der Inspiration für die nächste Generation israelischer Wissenschaftler und Ingenieure“, erklärte ein Sprecher der IAI. „Wir sind zuversichtlich, dass jedes Kind, das die Reise der Raumsonde verfolgt, dazu inspiriert wird, das Universum zu erforschen und künftige israelische Durchbrüche in Wissenschaft und Technik mit voranzutreiben.“
Dieser Ansatz beschränkt sich nicht nur auf Eismonde. Er ließe sich auch auf Meteoriten, Asteroidenmaterial und Proben von uraltem Marsgestein anwenden. In gewisser Weise führt die Arbeit verschiedene Bereiche der Suche nach außerirdischem Leben zusammen: Teleskope, die Sternenlicht analysieren, das ferne Atmosphären durchquert hat; Raumsonden, die Asteroiden und Kometen besuchen; Meteoriten, die in irdischen Laboren eintreffen; sowie Rover, die in altes Gestein bohren.
Discovering alien life would likely redefine what “first contact” means. There may be no voice and no greeting from the stars, at least not at first; the encounter could begin quietly, inside a dataset, through patterns in a collection of molecules. But it would be dramatic nonetheless.
“I’ve been fascinated since childhood with anything connected to the search for life beyond Earth,” Yoffe says. “To me, this kind of detection would be one of the most exciting scientific discoveries ever made.”