Direkter Nachweis : Forscher präsentieren Instrument zur Suche nach biologischen Schwingungen

Lebensfreundlicher Planet Mars? | NASA

Lausanne (Schweiz) – Bislang war die Suche nach außerirdischem Leben auf Himmelskörpern im Sonnensystem auf die Suche nach Spuren und Rückständen solchen Lebens – also indirekte Nachweise etwa durch die Mars-Rover, den Lander auf dem Saturnmond Titan oder Orbitalsonden um die Jupiter- und Saturnmonde Europa und Enceladus – beschränkt. Europäische Wissenschaftler haben nun ein feinfühliges Messinstrument entwickelt, dass Schwingungen identifizieren kann, wie sie von lebenden Zellen abgegeben werden und mit dem der direkte Nachweis von Leben erbracht werden kann. Das vergleichsweise einfache Prinzip könnte somit schon bei den nächsten Missionen zum Mars und fernen Monden zum Einsatz kommen.

„Das Leben selbst verfügt über eine einzigartige Schwingung. Diese Schwingungen werden von der Stoffwechselaktivität biologischer Organismen selbst erzeugt“, erläutert das Team um Sandor Kasas von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne aktuell im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ (PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1415348112). Genau diese „Schwingungen des Lebens“ kann der vorgestellte Sensor identifizieren.

Das Instrument selbst besteht aus einem mikroskopisch kleinen, gerade einmal 200 Mikrometer (1µm = 10-6 Meter) großen Sensorhebel, der schon Kräfte von gerade einmal 0.06 N/m detektieren kann. Mittels Laser wird dann die Bewegung dieses Hebels, bzw. die auf ihn einwirkende Kraft (in diesem Fall die von den Zellen angegebenen Vibrationen) gemessen.

In den Experimenten richteten die Forscher den Sensor auf unterschiedliche Arten von Zellen aus (Pflanzen-, Menschen-, Bakterien- und Hefe-Zellen) und stellten in allen Fällen fest, dass diese Zellen minimalste Vibrationen, Schwingungen erzeugen, die sich von denen der Umgebung deutlich unterschieden. Diese charakteristischen Schwingungen konnten wiederum durch Abtöten der Zellen zum erliegen gebracht werden.

Anhand von E.coli-Bakterien konnten die Forscher zudem zeigen, dass besagte Schwingungen von diesen durch die Stoffwechselaktivität der Bakterien hervorgerufen werden, da sich die Schwingungen durch die Zugabe von Zucker veränderten. In komplexeren eukaryotischen Zellen seien es wahrscheinlich eine Vielzahl interner Bewegungsabläufe, die die Vibrationen hervorrufen, denn auch hier konnten die Schwingungen durch Beigabe bestimmter Stoffe verändert werden.

Grundsätzlich zeigen die Ergebnisse der Untersuchungen jedoch, dass der Sensor zelluläre – also biologische – Aktivität messen kann. Durch das Ausrichten des Sensors auf gewöhnliche Wasser- und Bodenproben und dem Nachweis der „Lebens-Schwingungen“, gelang den Forschern dann auch der Nachweis von Zellen innerhalb der Proben – so, wie sie auch von einer Messung innerhalb der irdischen Biosphäre zu erwarten waren.

Die Autoren der Studie zeigen sich nun auch zuversichtlich, dass der Sensor auch auf anderen Planeten und Himmelskörpern entsprechend erfolgreich und eindeutig zum Einsatz kommen kann, „da das Arbeitsprinzip des Instruments wirklich einfach ist und das Instrument im Vergleich zu bisherigen Sensorsystemen zum indirekten Nachweis von Leben nur wenig wiegt und wenig Energie benötigt“. Zudem benötige es für eine vollständige Analyse einer Probe weniger als eine halb Stunde, so die Forscher.

Auch Beobachter bestätigen dem Instrument Vorteile gegenüber bisherigen Systemen: „Der größte Vorteil liegt darin, dass es sich von Vermutungen über die Biochemie auf anderen Planeten abhängig ist“, kommentiert der Biologe John Timmer auf „ArsTechnica.com“. „Wir müssten also gar nicht genau wissen, ob eine außerirdische Lebensform Dinge wie DNA oder Zucker verwendet, um zu wissen, ob es sie dort gibt oder nicht.“ Zugleich stelle aber auch gerade die extreme Feinfühligkeit des Sensor Probleme bei der Anwendung in fernen, außerirdischen und oft unwirtlichen Umgebungen dar – technische Probleme also, die es zuvor zu lösen gelte.

– Videos des Sensors im Einsatz finden Sie HIER