Marsstaub als Lebensgrundlage? Diese Mikroben könnten Mars-Astronauten ernähren

Anbieter zum Thema

ZARM Universität Bremen

AnalytiChem GmbH

SPT Labtech

LabV Intelligent Solutions GmbH

Ich packe meinen Marskoffer und nehme mit: Cyanobakterien. Forscher haben längst erkannt, dass diese Mikroorganismen eine entscheidende Hilfe sein werden, um Biomasse auf dem roten Planeten zu produzieren. Welche Unterart am besten mit den Marsressourcen umgehen kann, haben nun Forscher aus Bremen gezeigt.

Bremen – Es ist das nächste große Ziel der bemannten Raumfahrt: der Mars. Schon in 20 bis 30 Jahren könnten die ersten Menschen Fuß auf unseren Nachbarplaneten setzen. Wie aber sollen sich die zukünftigen Pioniere dort versorgen? Die karge Umgebung des roten Planeten scheint auf den ersten Blick wenig nutzbare Ressourcen für ein Lebenserhaltungssystem oder die Produktion von Nahrungsmitteln bereitzuhalten. Doch die kohlenstoffreiche (95 %), stickstoffhaltige Atmosphäre und der rote Regolith-Boden – reich an Eisen, anderen Metallen und Mineralien – sind für genau solche Bioprozesse geeignet; und der Schlüssel dazu sind Cyanobakterien: Während sie auf der Erde häufig als lästige Blaualgen in Erscheinung treten und uns das Badevergnügen im Sommer verderben, sind sie mit Blick auf den Mars als wahre Lebenskünstler zu bewerten. Gefüttert mit Marsstaub und Marsatmosphäre und durch ihre Fähigkeit zur Photosynthese, sind Cyanobakterien in der Lage, Sauerstoff zu produzieren und Biomasse zu bilden, was in der astronautischen Exploration verschiedensten Zwecken dienen könnte –zum Beispiel der Herstellung von Nahrungsmitteln.

„Damit Menschen auf dem Mars überleben können, muss ihnen eine große Menge an Versorgungsgütern zur Verfügung stehen: Nahrungsmittel, Wasser, Sauerstoff, aber auch andere Dinge wie Medikamente“, sagt Dr. Cyprien Verseux, Leiter des „Laboratory of Applied Space Microbiology“ am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (Zarm) der Universität Bremen. „Für einen dauerhaften und nachhaltigen Aufenthalt dort kann der lebenswichtige Nachschub jedoch nicht fortlaufend von der Erde kommen, die Transportkosten und -risiken zum Mars sind einfach zu groß.“

Ein Superstar unter den Cyonobakterien

Der Ansatz, auf Basis von Cyanobakterien ein Lebenserhaltungssystem zu konzipieren, ist in der Explorationsforschung nicht neu. Dennoch stockte der Fortschritt auf dem Gebiet bislang durch das Fehlen eines gemeinsamen Modellbakteriums – der Stamm der Cyanobakterien zählt nämlich viele Tausend Arten. Verseux und seinen Wissenschaftskollegen ist es jetzt gelungen, die Cyanobakterien-Art der Anabaena sp. PCC 7938 als vielversprechendste für ein Lebenserhaltungssystem auf dem Mars zu identifizieren. Deshalb schlagen sie diese Unterart auch als allgemeines Modellbakterium für das Forschungsfeld vor.

Lebenserhaltungssysteme für bemannte Marsmissionen

Mit Blaualgen zum roten Planeten

Wie aber haben die Forscher ihr Super-Cyanobakterium gefunden? „Auf Grundlage bereits vorhandener Studien haben wir zunächst eine kleine Vorauswahl von Cyanobakterien-Stämmen getroffen“, sagt Verseux. „Anschließend nahmen wir ihre DNA in den Blick und haben sie anhand von Laborexperimenten verglichen.“ Dabei waren zwei Kriterien entscheidend, wie der Forscher erläutert: Erstens, wie gut die Bakterien auf Basis der Ressourcen gedeihen, die auf dem Mars zu finden sind. Und zweitens, ob die Bakterien als Nährstoffgrundlage für andere Organismen fungieren können und beispielsweise die Anzucht von essbaren Pflanzen oder anderen Bakterien unterstützen, die nicht in der Lage sind, Marsstaub und Marsatmosphäre direkt zu verwerten.

Bezogen auf letzteres ist dem Forschungsteam die erfolgreiche Anzucht von Entengrütze als höheres, nährstoffreiches Pflanzengewächs gelungen. Bestandteile der Biomasse der Anabaena sp. PCC 7938 wurden dabei als einziges Ausgangsmaterial verwendet. „Diese Pflanze wächst extrem schnell und ist vollständig essbar, was sie zu einem erstklassigen Kandidaten für einen ‚landwirtschaftlichen‘ Anbau auf dem Mars macht“, erklärt Tiago Ramalho, ebenfalls Zarm-Wissenschaftler und Erstautor der Studie.

In einem Video erklärt Dr. Cyprien Verseux vom Zarm-Labor für angewandte Weltraum-Mikrobiologie, warum Cyanobakterien vom Stamm Anabaena sp. PCC 7938 so interessant für zukünftige Marsmissionen sind:

Die nächsten Schritte

Das Wissenschaftsteam möchte mit den gewonnenen Erkenntnissen, der Erforschung der so genannten In-Situ-Verfahren für den Mars neue Schubkraft verleihen – also der Nutzbarmachung von vor Ort auf dem roten Planeten vorhanden Ressourcen. Die Perspektive für Laborleiter Verseux ist klar: „Unsere Arbeit und auch die unserer Fachkolleg:innen deuten stark darauf hin, dass das Konzept an sich machbar ist. Es erscheint möglich, dass sich Cyanobakterien von Mars-Ressourcen ernähren können und die Fähigkeit besitzen, andere, wichtige Bioprozesse in Gang zu setzen.“ Doch damit ist die Forschung der Mikrobiologen noch längst nicht am Ziel. „Wir müssen das System verbessern und herausfinden, ob es tatsächlich effizient genug für einen Einsatz bei Marsmissionen ist – und wenn ja, wie würden praktikable Lösungen, einschließlich der Technologie und notwendigen Verfahren, aussehen?“

Auch wollen Verseux und sein Team die biologischen Mechanismen besser verstehen, die den ausgewählten Bakterienstamm der Anabaena sp. PCC 7938 als so gut geeignet erscheinen lassen. „Wir stehen folglich noch ganz am Anfang und der Berg an noch verbleibendender Forschungsarbeit könnte entmutigend sein. Glücklicherweise entwickelt sich das Wissenschaftsfeld insgesamt in Richtung einer intensiven Zusammenarbeit: Die Zahl der Teams, die sich mit Lebenserhaltungssystemen auf der Basis von Cyanobakterien beschäftigen, wächst“, führt Verseux aus. Das Zarm-Team hofft, dass sein entdeckter Modell-Bakterienstamm zu einer besseren Vergleichbarkeit der Ergebnisse beiträgt und sich die Forschungsarbeiten so einfacher und stärker ergänzen können.

Originalpublikation: Tiago P. Ramalho, Guillaume Chopin, Olga M. Pérez-Carrascal, Nicolas Tromas, Cyprien Verseux: Selection of Anabaena sp. PCC 7938 as a Cyanobacterium Model for Biological ISRU on Mars, Applied and Industrial Microbiology, Vol. 88, No. 15, 12 July 2022; DOI: 10.1128/aem.00594-22

(ID:48532465)