Suche nach Bakterien außerhalb der Erde Falls Saturns Eismond Leben ausdünstet, finden wir es

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Gibt es auf Eismonden des Saturns einfache Lebensformen wie Bakterien? Falls ja, würden diese auch in Form von winzigen Eispartikeln ins All geschleudert werden. Auf diese Partikel haben es verschiedene Forschungsmissionen abgesehen. Um zu testen, ob Spuren von Leben überhaupt in solchen Eispartikeln nachweisbar wären, haben Forscher nun ein Simulationsexperiment im Labor durchgeführt – mit positivem Resultat.

Missionsziel: Saturn. Gut eine Stunde dauert es, bis Licht von dort zur Erde gelangt. In dieser Entfernung operierte bis 2017 die Cassini Mission, die in der Nähe des Südpols des eisigen Saturnmondes Enceladus nahezu parallele Risse entdeckt hatte. Aus diesen Rissen strömen Gase und Eispartikel in das Weltall, die von dem unterirdischen Ozean des Mondes stammen. Als nächstes Ziel der Astronomen steht Europa auf dem Plan, ein Eismond von Jupiter. Er wird bald detailliert von Instrumenten auf NASA’s Europa-Clipper-Raumsonde untersucht werden. Start der Mission ist für Oktober 2024 vorgesehen.

Eisschleuder im Vakuum

In Vorbereitung auf diese und andere zukünftige Missionen untersuchen Forschende, was moderne Instrumente auf den Eismonden finden könnten. Aufgrund der hohen relativen Geschwindigkeiten der Eisteilchen zur Raumsonde ist es sehr schwierig, Einschläge von einzelnen Eisteilchen auf Massenspektrometer zu simulieren. Die Forschenden haben stattdessen ein Experiment an der Freien Universität Berlin genutzt. Mit dem Versuchsaufbau haben die Forschenden einen dünnen Wasserstrahl in eine Vakuumkammer injiziert. Der Wasserstrahl zerfällt in winzige Tröpfchen, die dann mit einem Laser beschossen wurden. Die durch den Laserbeschuss entstandenen geladenen Teilchen wurden in einem Massenspektrometer im Labor untersucht, um vorherzusagen, was Instrumente auf Raumsonden detektieren würden.

Die neu veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass Instrumente, die für zukünftige Raumsonden vorgesehen sind, Zellmaterial aufspüren können. Und das funktioniert sogar, wenn das Zellmaterial in nur sehr wenigen einzelnen Eisteilchen vorhanden wäre. Ein Instrument, das diese Fähigkeit besitzt, ist der Surface Dust Analyzer auf Europa Clipper.

Mikroskopie-Blick in Meteoriten

Extraterrestrische Aminosäuren schonend analysiert

Leben in Eispartikeln finden

Für ihre Studie verwendeten die Forschenden Sphingopyxis alaskensis, ein Bakterium, das in Gewässern von Alaska vorkommt. Im Vergleich zu Escherichia coli, einem gängigen Modellorganismus für Studien auf der Erde, leben die viel kleineren S. alaskensis Bakterien in kalter Umgebung und können mit nur wenigen Nährstoffen auskommen. Aufgrund all dieser Eigenschaften ist dieser Organismus womöglich ein geeigneterer Kandidat für potenzielles Leben auf einem Eismond.

„Die Bakterien sind extrem klein, sodass sie theoretisch in die ausgestoßenen Eisteilchen passen“, erläutert Dr. Fabian Klenner, der Leiter der Studie und Postdoc am Department of Earth and Space Sciences der University of Washington. Zuvor forschte er an der Freien Universität Berlin.

Von früheren Studien ist bekannt, dass verschiedene Substanzen in einem unterirdischen Ozean in einzelnen Eisteilchen getrennt ausgestoßen werden. Die neue Studie zeigt, dass die Analyse einzelner Eisteilchen deutlich vorteilhafter ist, um mögliches Leben zu identifizieren, als zuerst Milliarden von Eisteilchen zu sammeln und alle gemeinsam zu analysieren.

Kochende Ozeane schleudern Partikel ins All

In einer weiteren Studie, die von den gleichen Wissenschaftlern angeleitet wurde, wurden kürzlich Phosphate in Enceladus‘ Ozean nachgewiesen. Enceladus hat somit genügend Energie, Wasser, Phosphate und andere Salze, sowie kohlenstoffbasiertes organisches Material, was es zunehmend wahrscheinlicher macht, dass der Saturnmond lebensfreundliche Bedingungen für bakterielle Lebensformen wie wir sie von der Erde kennen aufweist.

Die Forschenden vermuten, dass Bakterien, wenn sie eine Lipidmembran besitzen, eine hauchdünne Schicht auf der Oberfläche des Ozeans bilden würden. Ein Prozess, den man von der Erde kennt. Auf einem Eismond, bei dem der Ozean mit der Oberfläche verbunden ist (z. B. durch Risse in der Eiskruste), bringt der Druckunterschied zum Vakuum des Weltalls den kalten Ozean zum Kochen. Zudem platzen Gasblasen, die im Ozean aufsteigen, an der Wasseroberfläche, wodurch Zellmaterial in sich bildende Eisteilchen eingeschlossen werden könnte. „Wir beschreiben hier ein plausibles Szenario wie Bakterien in Eisteilchen eingeschlossen werden könnten, die sich von flüssigem Wasser auf Enceladus oder Europa bilden und dann in das Weltall ausgestoßen werden“, sagt Klenner.

Fettsäuren als Spuren des Lebens

Der Surface Dust Analyzer auf Europa Clipper hat bessere analytische Fähigkeiten als Instrumente vergangener Missionen. Zudem wird dieses Instrument zum ersten Mal in der Lage sein, negativ geladene Ionen von Einschlägen der Eisteilchen zu detektieren, was vorteilhaft für das Aufspüren möglicher Fettsäuren und Lipide ist. „Ich finde es sogar etwas spannender, nach Lipiden oder Fettsäuren zu suchen als nach den Bestandteilen von DNA, da Fettsäuren etwas stabiler zu sein scheinen“, ergänzt Klenner.

„Mit geeigneten Instrumenten wie dem Surface Dust Analyzer auf NASA’s Europa Clipper Raumsonde könnte es einfacher sein als wir dachten, Spuren von Leben auf einem Eismond zu finden“, erklärt Frank Postberg, Mitautor der Studie und Professor für Planetologie am Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität Berlin. „Die Voraussetzung ist natürlich, dass es dort Leben gibt und die Lebensformen auch in Eisteilchen eingeschlossen werden, die sich z. B. aus flüssigem Wasser unter der Eiskruste bilden.“

Originalpublikation: F. Klenner et al.: How to identify cell material in a single ice grain emitted from Enceladus or Europa, Science Advances, 22 Mar 2024, Vol 10, Issue 12, DOI: 10.1126/sciadv.adl084

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