Rover findet Hinweise auf mögliche biologische Prozesse auf dem Mars


Eines der Curiosity-Bohrlöcher im Mars-Krater Gale, in dessen Proben nun das Kohlenstoff-Isotop C-12 identifiziert wurde. Copyright: NASA/Caltech-JPL/MSSS

Eines der Curiosity-Bohrlöcher im Mars-Krater Gale, in dessen Proben nun das Kohlenstoff-Isotop C-12 identifiziert wurde.
Copyright: NASA/Caltech-JPL/MSSS

Washington (USA) – In Proben zerstoßenen Marsgesteins aus dem Gale-Krater hat der NASA-Marsrover „Curiosity“ Kohlenstoffisotope identifiziert, die auf der Erde mit biologischen Prozessen in Verbindung gebracht werden. Auch auf dem Mars könnten sie auf einstige Organismen hindeuten – umso genauer muss jedoch überprüft werden, ob nicht auch nichtbiologische Vorgänge diese Signaturen entstehen lassen können.

„Die Entdeckung ist zwar faszinierend, bedeutet aber noch nicht, dass es sich um eindeutige Signaturen einstigen Lebens auf dem Mars handelt“, gibt Paul Mahaffy vom Goddard Space Flight Center der NASA zu bedenken und zeigt sich gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen in der Bewertung der Entdeckung noch zurückhaltend: Derzeit benötige man noch zusätzliche Beweise, um einstiges oder vielleicht sogar heute noch aktives mikrobisches Leben auf dem Mars eindeutig nachzuweisen.

Aus diesem Grund beschreiben die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen um den Curiosity-Missionswissenschaftler Christopher House von der Pen State University aktuell im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (DOI: 10.1073/pnas.2115651119) auch unterschiedliche Arten, wie die entdeckten Kohlenstoffverbindungen entstanden sein könnten und ziehen dabei Vergleiche zu Bedingungen auf der Erde.

Doch gerade hierbei sei auch Vorsicht geboten, da man es schließlich auch mit zwei – wenn auch einander sehr ähnlichen – Planeten und deshalb unterschiedlichen Bedingungen zu tun habe. „Es ist schwer, sich von den gewohnten Bedingungen auf der Erde zu lösen. Deshalb müsse man hier auch wirklich die absolut grundlegende Chemie, Physik und Umweltbedingungen vor Ort in Betracht ziehen, fügt die NASA-Astrobiologin Jennifer L. Eigenbrode hinzu: „Wir müssen außerhalb der bisherigen Denkschemata denken, um diese Entdeckungen richtig einzuordnen. Und genau das ist es, was wir in unserem Fachartikel tun.“

Eine der Interpretationen der Daten ist die, dass es sich um Ergebnisse urzeitlicher Bakterienaktivität handelt, die an der Marsoberfläche Methangas freigesetzt haben, wo es in der Marsatmosphäre durch ultraviolettes Licht in größere komplexe Moleküle umgewandelt wurde. „Diese neuen Moleküle wären dann auf die Marsoberfläche und das Gestein zurück geregnet, wo sie die nun beschriebenen einzigartige Signatur hinterlassen haben.

Zwei weitere, in dem Fachartikel beschriebene Hypothesen erklären die Kohlenstoffsignaturen hingegen durch nicht-biologische Prozesse wie etwa die Wechselwirkung von Kohlendioxid in der Marsatmosphäre mit UV-Licht oder den Hinterlassenschaften einer gewaltigen Molekularwolke, die vor Hunderten von Millionen Jahren durch unser Sonnensystem gezogen ist und so die einzigartigen Signaturen hinterlassen haben könnte.

„Alle drei Erklärungen stimmen mit den Daten überein und können diese gleich gut erklären. Wir brauchen also weitere Daten, um die richtige Erklärung zu identifizieren“, erklärt der die Studie.

Zur Analyse von Kohlenstoff in der Marsoberfläche nutzen die Forschenden um House das „Tunable Laser Spectrometer“ (TLS) im Innern des SAM-Labors an Bord des Rovers. Hierin wurden zunächst 24 Proben von geologisch unterschiedlichen Orten erhitzt, um so die darin befindlichen Gase freizusetzen. In einem nächsten Schritt wurden die Isotope dieser Gase analysiert, wie sie von einigen der so reduzierten Kohlenstoffe stammen. Bei Isotopen handelt es sich um Atome eines Elements, mit unterschiedlichen Massen aufgrund ihrer speziellen Anzahl an Neutronen. Isotopen bilden die Grundlage unseres Verständnisses der chemischen und biologischen Evolution von Planeten.

Kohlenstoff ist besonders wichtig und interessant, weil es ein Element darstellt, dass allem irdischen Leben zugrunde liegt, das fortwährend durch die Luft, durch Wasser und den Boden fließt und dessen Kreislauf auf der Erde sehr gut verstanden ist – nicht zuletzt eben auch durch die Isotopenmessungen.Beeindruckende Sandsteinformationen wie diese zeichnen die Landschaft im Gale-Krater aus. Copyright: NASA/Caltech-JPL/MSSS

Beeindruckende Sandsteinformationen wie diese zeichnen die Landschaft im Gale-Krater aus.
Copyright: NASA/Caltech-JPL/MSSS

So nutzen beispielsweise irdische Organismen statt des schwereren Kohlenstoff-13 das nun von Curiosity nachgewiesene leichtere Kohlenstoff-12-Atom (C-12), um Nährstoffe zu verstoffwechseln oder zur Photosynthese. Auf diese Weise findet sich auf der Erde deutlich mehr C-12 als C-13 in urzeitlichem Gestein und wird deshalb in zusätzlicher Anwesenheit weiterer Stoffe als Signaturen für mit Leben assoziierter Chemie gedeutet. Eine Betrachtung des Verhältnisses zwischen diesen beiden Isotopen hilft Wissenschaftlern dabei zu erkennen, um welche Art von Leben in welcher Umgebung es sich handelt.

Auf dem Mars haben die NASA-Forschenden nun in fast der Hälfte der analysierten Proben eine erstaunlich große Menge an C-12 entdeckt – eine Menge, die auch jene in Marsmeteoriten und der Marsatmosphäre übersteigt. Die Proben selbst stammen von fünf unterschiedlichen Orten im Gale-Krater, die sich jeweils durch urzeitliche Gesteine auszeichnen.

Auf der Erde sind jene Prozesse, die zu derartigen Kohlenstoff-Signalen geführt hätten ausschließlich biologisch“, erläutert der Hauptautor der Studie Christopher House von der Pen State University. „Jetzt müssen wir herausfinden, ob die gleiche Erklärung auch auf den Mars angewendet werden kann, oder ob es noch andere Erklärungen geben könnte, weil der Mars eben auch sehr unterschiedlich sein kann.“

Hintergrund
Der Mars ist für sich einzigartig, weil er vor 4,5 Milliarden Jahren vermutlich mit einer unterschiedlichen Kombination aus Kohlenstoff-Isotopen entstand als die Erde. Der Mars ist zudem kleiner und kühler, hat eine geringere Gravitation und unterschiedliche Gase in der Atmosphäre als die Erde. Zusätzlich kann auf dem Mars ein Kohlenstoffkreislauf existieren, der ohne Leben auskommt. „Auf der Erde hängt ein Großteil dieses Kreislaufs vom hiesigen Leben ab, wegen wir uns mit dem Verständnis eines nicht-biologischen Kohlenstoffkreislaufs auch schwertun, denn hier auf der Erde ist nahezu überall Leben vorhanden“, erläutert der beteiligte Curiosity-Wissenschaftler Andrew Steele von der Carnegie Institution für Science.

Eine Bewertung der jüngsten C-12 Detektion auf dem Mars setzt aber ein möglichst vollständiges Verständnis des dortigen Kohlenstoffkreislaufs voraus, zu dem dann auch eine möglichst gute Kenntnis all jener auf dem Mars möglichen Prozesse gehört, die durch nicht-biologische Vorgänge verursacht werden. „Eine möglichst genaue Beschreibung des Kohlenstoffkreislaufs auf dem Mars ist einer der grundlegenden Schlüssel für ein Verständnis darüber, wie das Leben in diesen Kreislauf passen könnte. Auf der Erde ist uns das schon recht gut gelungen. Auf dem Mars stehen wir dazu erst am Anfang.“

In einem nächsten Schritt hoffen die Curiosity-Wissenschaftler und -Wissenschaftlerinnen nun, ähnliche Signaturen auch an anderen Orten mit altem Gestein auf dem Mars nachweisen zu können. Zudem hoffen sie, die Hypothese von einem biologischen Ursprung zusätzlich durch eine direkte Kohlenstoffanalyse der Methanausgasungen auf dem Mars untersuchen zu können. Tatsächlich kam Curiosity einem solchen Ausstoß 2019 schon sehr nahe – aber es gibt keine Möglichkeit, dieser Ereignisse örtlich wie zeitlich vorherzusagen. Von den neuen Ergebnissen erhofft sich die NASA aber auch Rückschlüsse für den Curiosity-Nachfolger, den Mars-Rover „Perseverance“ der im Jezero-Krater im Einsatz ist und nun auch dort nach ähnlichen Kohlenstoff-Signaturen suchen könnte.

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