Überleben im Extremen Mikroben aus der Wüste zeigen, wie Leben auf dem Mars möglich wäre

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Leben auf dem Mars – eine spannende und für manche vielleicht unheimliche Vorstellung. Wenn es tatsächlich Lebensformen auf unserem Nachbarplaneten gibt, sind das allerdings keine „Marsmenschen“, sondern allenfalls Mikroorganismen. Wie die es unter den harschen Bedingungen aushalten könnten, zeigen nun Forscher mit einer Studie an Wüsten-Mikroben.

Leben, wie wir es kennen, erfordert Energie und die Verfügbarkeit von „CHNOPS“. Das englische Akronym steht für die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel. Auch zusätzliche Spurenelemente und flüssiges Wasser sind unverzichtbar. Viele dieser Voraussetzungen für Leben sind auf dem Mars vorhanden: Energie kann durch Sonnenlicht oder chemische Prozesse bereitgestellt werden, Kohlenstoff ist durch die dünne, aber kohlendioxidreiche Atmosphäre verfügbar, und andere wichtige Elemente sind auf der Oberfläche des Planeten im so genannten Regolith reichlich vorhanden.

Schwierig ist es allerdings beim Thema flüssiges Wasser. Dies ist aufgrund des niedrigen Atmosphärendrucks von etwa 6 Millibar (zum Vergleich: der mittlere Luftdruck auf der Erde beträgt etwa 1 Bar) und durchschnittlichen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt eine Herausforderung.

Eine der wenigen Möglichkeiten, Wasser in der Nähe der Marsoberfläche zu erzeugen, ist die Bildung von vorübergehend stabilen Salzlösungen durch Deliqueszenz. Dabei nimmt ein Salz Wasser aus der Atmosphäre auf und löst sich darin. Auf dem Mars gibt es viele solcher hygroskopischen Salze, zum Beispiel leicht lösliche Perchlorate (ClO₄^-), die Wasser schnell absorbieren und zudem den Gefrierpunkt des Wassers deutlich absenken. Auch auf der Erde kommen sie in sehr trockenen Wüsten gelegentlich vor.

Wasser mit Salz setzt Zellen unter Stress

Dieses über Salze absorbierte Wasser reicht theoretisch aus, um den Stoffwechsel von bestimmten Gruppen von Mikroorganismen anzutreiben. Allerdings lösen Perchlorate in der Zelle Stress aus. Auf welche Art, war bisher wenig bekannt. „Um potenzielles mikrobielles Leben auf dem Mars verstehen zu können, ist es wichtig, herauszufinden wie Mikroorganismen mit solchen Stressfaktoren umgehen“, sagt Jacob Heinz von der TU Berlin. „Denn nur, wenn sie eine gute Stressantwort herausbilden, können die Mikroben mit den hohen Salzkonzentrationen klarkommen und die Vorteile der Salze wie Deliqueszenz und Gefrierpunkterniedrigung wirklich nutzen“, führt der Erstautor der aktuellen Studie über Perchlorat-spezifische Stressreaktionen von Mikroben aus.

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Mikroben trotzen dem Salzstress

Das Forschungsteam analysierte am Robert Koch Institut (RKI) mittels Proteomics die Perchlorat-spezifische Stressreaktion der Hefe Debaryomyces hansenii und verglich sie mit allgemein bekannten Anpassungen an Salzstress.

Die Forscher fanden heraus, dass die Stressreaktionen auf Natriumchlorid und Natriumperchlorat viele gemeinsame Stoffwechselmerkmale aufweisen, zum Beispiel gleiche Signalwege, ein erhöhter Energiestoffwechsel oder die Bildung von Osmolyten. „Wir identifizierten jedoch auch mehrere neue Stressreaktionen, die spezifisch für Perchlorat waren“, erläutert Koautor Hans-Peter Grossart vom IGB. So fanden die Wissenschaftler beispielsweise die Glykosylierung von Proteinen und die Umgestaltung der Zellwand, die laut ihren Vermutungen zur Stabilisierung von Proteinstrukturen und der Zellhülle dient. „Diese Stressreaktionen wären auch für mutmaßliches Leben auf dem Mars von großer Bedeutung“, ergänzt Grossart.

„Wenn wir nach Leben auf dem Mars suchen, müssen wir unvoreingenommen sein, da indigene Marsmikroben – wenn es sie gibt – sicher durch verschiedene, vielleicht auf der Erde nicht vorkommende Adaptationen an die Umweltbedingungen auf dem Mars angepasst sind“, sagt Dirk Schulze-Makuch, Koautor der Studie und Wissenschaftler am IGB und der TU Berlin. „Aber wenn wir erforschen, wie Organismen auf der Erde mit den Stressfaktoren auf dem Mars, wie Perchloraten, umgehen, haben wir erste Anhaltspunkte wie Leben auf dem Mars mit den schwierigen Umweltbedingungen fertig werden könnte.“

Originalpublikation: Jacob Heinz ; Joerg Doellinger ; Deborah Maus ; Andy Schneider ; Peter Lasch ; Hans-Peter Grossart ; Dirk Schulze-Makuch: Perchlorate-specific proteomic stress responses of Debaryomyces hansenii could enable microbial survival in Martian brines, Environmental Microbiology. - 24(2022)11, 5051 - 5065 ; DOI: 10.1111/1462-2920.16152

 (clu)

* N. Neumann, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), 12587 Berlin

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