Außerirdische Nischen

Im Sonnensystem gibt es erstaunlich viele lebensfreundliche Orte. Experimente zeigen, dass irdische Bakterien und Flechten auf dem Mars existieren können. Auch auf den Monden Europa, Enceladus und Titan ist Leben möglich. Die starke UV-Strahlung, die Kälte, der niedrige Luftdruck und die Kohlendioxid-Atmosphäre – all das macht den Mars zu einer tödlichen Umgebung für höher entwickelte Organismen. Auch für die meisten Mikroben ist unser Nachbarplanet höchst ungesund. Nicht aber für die Flechte Pleopsidium chlorophanum: Das hellgrüne Gewächs aus der Antarktis gedeiht unter Mars-Bedingungen ausgesprochen prächtig. 34 Tage lang setzten Forscher um Jean-Pierre de Vera vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin den Überlebenskünstler Umweltbedingungen aus, wie sie auf dem Roten Planeten herrschen. In einer eigens entwickelten Mars-Simulationskammer erzeugten sie eine Atmosphäre aus 95 Prozent Kohlendioxid und 4 Prozent Stickstoff, mit einer Prise von Argon und von Sauerstoff. Der Druck in der Kammer lag bei sechs Millibar – das ist weniger als ein Prozent des Luftdrucks auf der Erdoberfläche. Die Temperatur schwankte im Mars-Rhythmus von Tag und Nacht zwischen minus 50 und plus 23 Grad Celsius. Eine Xenon-Lampe, deren Spektrum hartes UV-Licht enthielt, ahmte die Sonneneinstrahlung nach. Auch die hohe Luftfeuchtigkeit, die morgens und abends häufig über dem Boden herrscht, wurde imitiert. Der Mars ist bewohnbar „Der Mars ist bewohnbar”, fasst de Vera das erstaunliche Ergebnis zusammen, das er im April auf der Tagung der European Geosciences Union (EGU) in Wien vorstellte. „In Nischen nahe der Oberfläche, wo noch etwas Licht die Organismen erreicht, ist Photosynthese möglich.” Die Flechte aus der Antarktis passte sich beim Experiment allmählich an die rauen Umweltbedingungen an, wie Sensoren in der Simulationskammer meldeten. Die Photosynthese-Aktivität stieg, Stressreaktionen nahmen ab. Auch einige einfache Mikroben erwiesen sich als marstauglich: In der Berliner Simulationskammer überstanden Cyanobakterien, Eisenbakterien und Methanbildner den Stresstest. Als Forscher um Wayne Nicholson von der University of Florida zahlreiche Kulturen aus sibirischem Permafrostboden in einer Mars-Simulationskammer am Kennedy Space Center in Florida testeten, war das Ergebnis dagegen zunächst ernüchternd: Fast alle Mikroben hatten Probleme mit dem niedrigen Luftdruck und starben schnell ab. Doch dann gab es eine Überraschung: Mehrere Arten von Milchsäurebakterien der Gattung Carnobacterium vermehrten sich gut. Die Experimente in Deutschland und den USA zeigen Erstaunliches: Das Sonnensystem besitzt auch außerhalb der Erde lebensfreundliche Nischen. Studien im Rahmen des noch jungen Forschungsgebiets der Astrobiologie belegen, dass gleich mehrere Himmelskörper im Sonnensystem das Potenzial haben, Leben zu tragen. mikroben per anhalter Und selbst ein längerer Aufenthalt im All muss kein Todesurteil sein. Das zeigen Experimente mit Satelliten und auf der Internationalen Raumstation. „Mikroben könnten in Meteoriten von einem Himmelskörper zum anderen reisen”, folgerte Pierre de Vera (bild der wissenschaft 12/2007, „Per Anhalter durchs Sonnensystem”). Lange schien die Erde der einzige mögliche Hort des Lebens im Sonnensystem zu sein. Denn es gibt keinen anderen Himmelskörper, der innerhalb der sogenannten habitablen Zone liegt. Sie bezeichnet den Gürtel rund um einen Stern, innerhalb dessen Wasser in flüssiger Form auf der Oberfläche eines Planeten oder Mondes existieren kann. Im Sonnensystem beginnt diese Zone des Lebens wenige Millionen Kilometer innerhalb der Erdbahn. In manchen Modellen schließt sie den Mars ein, in anderen endet sie bereits vorher. Die Suche nach fremdem Leben konzentrierte sich folglich lange auf den Mars. Doch inzwischen fassen die Forscher den Begriff „ habitabel” etwas weiter. Laut dem Astrobiologie-Institut der NASA braucht es drei Grundvoraussetzungen, damit ein Ort geeignet für Leben ist: • Es muss dort ein flüssiges Lösungsmittel geben. • Es muss eine Energiequelle vorhanden sein. • Und schließlich müssen die Umweltbedingungen so beschaffen sein, dass komplexe chemische Reaktionen stattfinden können. Als günstig gilt ein Aufeinandertreffen von Wasser und Gestein. Licht ist dagegen nicht unbedingt erforderlich. Diese Voraussetzungen gibt es nach neuen Erkenntnissen nicht nur auf der Erde und vielleicht auf dem Mars, sondern auch auf einigen Monden des Sonnensystems – allerdings tief unter der Oberfläche. „ Auf Europa, Titan und Enceladus ist Leben grundsätzlich möglich”, sagt Jonathan Lunine von der Cornell University im US-Staat New York. „Wir sollten jede dieser Welten daher genau untersuchen.” In dem Trio gilt Europa, der zweite der vier großen Monde des Gasriesen Jupiter, als heißester Kandidat. Der Trabant interessiert Astrobiologen brennend, seit die Raumsonde Galileo dort Hinweise auf einen bis zu 100 Kilometer dicken, salzigen Ozean unter dem Eispanzer fand (bild der wissenschaft 5/1998, „ Expedition zum Wassermond”). Doch die Debatte darüber, wie gut der Ozean für Leben geeignet ist, ruht seit dem Ende der Galileo-Mission 2003. Viele Planetenforscher hatten angenommen, dass Europas steinharter Eispanzer gut 100 Kilometer dick ist. Ein Austausch von Material zwischen der Oberfläche und dem Ozean schien schwer vorstellbar. Viele Astrobiologen halten einen Transport von Nährstoffen und eine regelmäßige Auffrischung der Umwelt jedoch für zwingend notwendig für die Entstehung von Leben. Seen unter Europas Eis Jetzt haben Forscher um Britney Schmidt von der University of Texas die Galileo-Daten neu analysiert. Dabei fanden sie Hinweise darauf, dass es nur drei Kilometer unter Europas Oberfläche flüssiges Wasser gibt – linsenförmige Seen, die im Eispanzer eingeschlossen sind. Ihr Volumen entspricht dem der Großen Seen in Nordamerika. Das gibt Hoffnungen, Europa könnte belebt sein, neuen Auftrieb. „Der dicke Eispanzer galt bislang als schlecht für die Biologie”, sagt Schmidt. „Jetzt haben wir Belege dafür gefunden, dass die Eisschale zwar dick ist, aber trotzdem kräftig durchmischt wird.” Schmidt und ihre Kollegen hatten sich kreisförmige Bereiche, in denen die sonst relativ glatte Oberfläche des Mondes wie ein geplatztes Sofakissen aussieht, genauer angeschaut. Charakteristisch sind dort steile Klippen, unregelmäßige Bruchzonen und wild durcheinander liegende Eisblöcke. Bislang konnte kein Modell die Eigenheiten des chaotischen Terrains erklären. Doch Schmidt und ihre Kollegen fanden auf der Erde vergleichbare Landschaftsformen: Kollabierendes Schelfeis und Gletscher, unter denen ein Vulkan ausbricht, hinterlassen ganz ähnliche Formen. Dem Modell der Forscher zufolge steigt innerhalb des Eispanzers immer wieder wärmeres Material nach oben. Das aufsteigende Eis verflüssigt sich, wenn es eine Tiefe von etwa drei Kilometern erreicht hat. Der Eispanzer darüber bricht auf, und es entstehen Eisberge, die instabil sind und kippen können. Auf diese Weise könnten Teile des Eises in die Tiefe gelangen. Europas Oberfläche ist mit Stoffen wie Schwefel, Wasserstoffperoxid, Kohlendioxid, Natrium und Kalium gespickt, die von den Vulkanen des Nachbarmondes Io oder aus dem Strahlengürtel Jupiters heranwehen. Diese Substanzen könnten chemische Energie für mögliche Bewohner in der Tiefe liefern. INNERE HITZE DANK JUPITER Die kalten Temperaturen hält Schmidt nicht für problematisch. Denn auf der Erde ist Eis geradezu eine Hochburg des Lebens. Sowohl Grenzflächen zwischen Eis und Wasser als auch Poren und Korngrenzen im Eis beherbergen eine reichhaltige Mikrofauna. Zwar herrschen auf Europas Oberfläche extrem frostige minus 170 Grad Celsius. Doch schon wenige Kilometer unter der Oberfläche rechnet Schmidt mit verhältnismäßig milden minus 13 Grad. Bei dieser Temperatur können sich kälteliebende Bakterien auf der Erde noch vermehren. Und Europas tiefer Ozean dürfte ebenso warm sein wie die Tiefsee oder polare Gewässer auf der Erde: einige Grad über dem Gefrierpunkt. Seine innere Wärme hat der Jupitermond einer besonderen Bahnkonstellation zu verdanken. Durch die Gezeitenkräfte der benachbarten Trabanten Io und Ganymed wird das Innere Europas ständig durchgeknetet. Britney Schmidt kann sich gut vorstellen, dass es am Grund des Ozeans hydrothermale Quellen gibt, ähnlich wie die berühmten Schwarzen Raucher auf der Erde. Viele Forscher halten eine spezielle Variante solcher heißen Quellen für die Brutstätten des Lebens auf der Erde. „Das ist es, was Europa so besonders macht”, sagt Schmidt. Eine Raumfahrt-Mission, die den Eispanzer durchdringen könnte, ist derzeit nicht geplant. Doch die ESA arbeitet an einer neuen Mission ins Jupiter-System. Anfang Mai gab die Raumfahrtagentur bekannt, dass der Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) 2022 von der Erde abheben und 2030 am Ziel ankommen soll. An Europa sind allerdings vorerst nur zwei Vorbeiflüge geplant. RADAR-BLICKE IN DIE TIEFE Mit einem speziellen Eisradar soll die Sonde dabei erstmals die Dicke des Eispanzers bestimmen. Die geplante Flugroute führt über ein Gebiet namens Thera Macula, unter dem Schmidt und ihre Kollegen eine Wasserlinse vermuten. Zwar muss die junge Forscherin nun 20 Jahre warten, bis sie erfährt, ob sich dort wirklich flüssiges Wasser befindet. Sie freut sich dennoch über diese Möglichkeit: „Meist werfen Planetenmissionen vor allem neue Fragen auf. Bei Europa können wir endlich einmal die Voraussagen einer Theorie überprüfen.” Auch unter dem Eis der Jupitermonde Ganymed und Callisto vermuten Wissenschaftler Ozeane. Da beide Trabanten geologisch bereits seit Jahrmilliarden nicht mehr aktiv sind, ist das Interesse der Astrobiologen allerdings nicht so groß. Spannender sind zwei Monde im Saturn-System – Titan und Enceladus. Enceladus sprüht regelmäßig Fontänen winziger Eisteilchen ins All, die aus einem kleineren Wasserreservoir unter dem Südpol oder aus einem globalen Ozean stammen könnten (bild der wissenschaft 4/2012, „ Der spuckende Saturnmond”). Die Raumsonde Cassini, die 2008, 2009 und im vergangenen März direkt durch diese Geysire flog, wies dort sogar organische Substanzen nach. Die Gezeitenkräfte des Gasriesen Saturn wärmen das Innere des kleinen Mondes so stark auf, dass das Eis stellenweise schmilzt. Bei keinem anderen Eismond des Sonnensystems ist es so einfach, an Proben des tiefen Ozeans zu kommen. Am DLR arbeiten Ingenieure um Oliver Funke bereits an einem Roboter namens IceMole, der sich von Enceladus’ Oberfläche aus ins Eis schmelzen und eigenständig den Weg zu einer wassergefüllten Spalte finden könnte. Gegen Enceladus als Ort des Lebens spricht allerdings seine geringe Größe. Der helle Trabant ist so klein, dass sein Inneres vermutlich im Lauf seiner Geschichte immer mal wieder komplett gefroren ist – was möglichen Bewohnern den Garaus gemacht hätte. Enceladus großer Bruder Titan gilt dagegen schon länger als guter Kandidat für die Suche nach Leben. Als einziger Mond des Sonnensystems besitzt er eine dichte Atmosphäre. Auf seiner minus 179 Grad Celsius kalten Oberfläche gibt es zudem Seen aus Methan und Ethan. Die Kohlenwasserstoffe verdunsten, bilden Wolken und regnen herab, ähnlich wie Wasser auf der Erde. UV-Licht von der Sonne macht Titans Atmosphäre zudem zu einem Reaktor für komplexe organische Chemikalien. Für irdisches Leben wäre die Kohlenwasserstoff-Welt freilich nicht geeignet. Die Erbsubstanz DNA beispielsweise ist auf Wasser als Lösungsmittel angewiesen. „Chemiker haben sich aber alternative biochemische Modelle überlegt, die mit flüssigen Kohlenwasserstoffen funktionieren könnten”, sagt der US-Forscher Jonathan Lunine. WASSERSTOFF-ATMER AUF TITAN So mutmaßte Chris McKay vom Ames Research Center der NASA im kalifornischen Moffet Field bereits 2005, dass mögliche Titanier Wasserstoff einatmen, der durch UV-Strahlung in der Atmosphäre erzeugt wird. Die beste Nahrung wäre Acetylen, eine energiereiche Verbindung aus zwei Kohlenstoff- und zwei Wasserstoff-Atomen, die ebenfalls photochemisch in der Atmosphäre entsteht. Messungen der Raumsonde Cassini zeigten 2010 überraschenderweise, dass es kein Acetylen auf Titans Oberfläche gibt und dass der Wasserstoff über dem Boden zu schwinden scheint. Die Ergebnisse sind mit der Präsenz von Leben vereinbar – aber kein Beweis. „Bevor man eine biologische Erklärung in Betracht zieht, muss man alle nicht-biologischen Möglichkeiten ausschließen”, betont Mark Allen vom Astrobiology Institute der NASA in Kalifornien. Jonathan Lunine hat derweil noch einen zweiten möglichen Lebensraum auf dem seltsamen Saturnmond gefunden: Auch unter der eisigen Oberfläche dürfte es einen Ozean geben, bestehend aus Wasser und Ammoniak, schrieb er zusammen mit Kollegen im Juni 2012 in der Zeitschrift Science. Und in diesem dunklen Gewässer brodelt es vermutlich gewaltig. Der Wissenschaftler hat ein neues Modell zum inneren Aufbau des Trabanten entwickelt, demzufolge dort ein riesiger Lebensraum existiert. „In dem inneren Ozean könnte es Leben geben, das sich biochemisch nicht sehr von dem auf der Erde unterscheidet”, sagt Lunine. Seinem neuen Modell zufolge ist das Innere von Titan deutlich wärmer als bislang angenommen. Lunine berechnete, wie der Mond aufgebaut wäre, wenn die Eiskruste nicht aus reinem Wassereis, sondern – was realistischer ist – aus Methanhydrat besteht, einer sogenannten Käfig-Verbindung aus Wasser und Methan. Da Methanhydrat Wärme wesentlich schlechter leitet als Wassereis, würde es das Innere des Mondes besser isolieren. Spannend ist: Die oberflächlichen Gewässer mit ihrem organischen Cocktail und der tiefe Ozean könnten in Verbindung miteinander stehen. „Die Kombination von flüssigem Wasser und einer Umwelt voller organischer Substanzen ist sehr reizvoll für Astrobiologen, weil das Grundbedingungen erdähnlichen Lebens sind”, sagt Ralph Lorenz von der Johns Hopkins University in Baltimore. LEBENSFEINDLICHER MARS? Im Vergleich mit den fernen Eismonden ist der Mars viel weniger lebensfreundlich. Die meisten Planetenforscher sind inzwischen davon überzeugt, dass er selbst in seiner Jugend nur sporadisch bewohnbar war. „Derzeit deutet alles darauf hin, dass auf dem jungen Mars ein kaltes und trockenes Klima herrschte”, berichtete James Head von der Brown University im März auf einer Planetentagung in Texas. Die Hypothese vom warmen, feuchten Mars, die Planetenforscher lange favorisierten, verliert inzwischen an Anhängern. Frances Westall vom Zentrum für Molekulare Biophysik in Orléans vermutet, dass Leben zwar auf dem Nachbarplaneten aufgeflackert sein könnte – etwa in Seen, die sich nach Meteoriteneinschlägen oder größeren Vulkanausbrüchen bildeten. „ Es gab aber kaum Spielraum für die Evolution”, sagte sie im Mai auf einer Mars-Konferenz in Nevada. Die Forscherin geht davon aus, dass es die Marsianer – falls es sie gab – nicht einmal bis zum Bakterienstadium geschafft haben. Mögliche Überreste seien womöglich noch primitiver und vielleicht nur so groß wie Viren. Für das mobile Mars-Labor „Curiosity”, das am 6. August auf dem Roten Planeten gelandet ist, wären solche Lebensspuren nur sehr schwer zu finden. Viel wahrscheinlicher ist es, dass Curiosity trotz aller Vorsicht Organismen von der Erde eingeschleppt hat. Hier hatte die Evolution genug Zeit, um Wesen hervorzubringen, die es in allen möglichen extremen Umgebungen aushalten – auch auf dem Mars. ■ UTE KEHSE, Wissenschaftsjournalistin in Delmenhorst, schreibt regelmäßig für bdw – in diesem Heft auch über Meeressaurier (S. 60). von Ute Kehse Kompakt · Die Zone um die Sonne, in der Leben existieren kann, ist größer als bislang gedacht. · Dass auf dem Mars jemals Leben entstand, ist recht unwahrscheinlich. Doch manche irdische Organismen könnten es dort aushalten. · Auch mehrere Monde von Jupiter und Saturn bieten geschützte Lebensräume. Mehr zum Thema Internet DLR-Institut für Planetenforschung: www.dlr.de/pf/ Film zum Jupitermond Europa: www.utexas.edu/know/2011/11/16/ europa_great_lake/ Saturnmond Enceladus: science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2012/27mar_enceladus/ Titans Ozean: www.esa.int/esaCP/SEMOOG1VW3H_ index_0.html