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Astrobiologie – simuliert im Labor Trockenübungen für die Suche nach Leben im All

| Redakteur: Christian Lüttmann

Sind wir allein im Sonnensystem? Sehr wahrscheinlich. Aber zumindest Spuren von primitivem Leben könnten sich auf beispielsweise auf dem Jupitermond Europa verbergen. Ein Berliner Forscherteam hat nun untersucht, ob es mit massenspektrometrischen Methoden möglich wäre, solchem Leben bei zukünftigen Weltraummissionen auf die Spur zu kommen.

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Die Raumsonde Cassini analysiert beim Durchflug die Eisfontänen des Saturnmondes Enceladus (künstlerische Darstellung).
Die Raumsonde Cassini analysiert beim Durchflug die Eisfontänen des Saturnmondes Enceladus (künstlerische Darstellung).
(Bild: NASA/JPL-Caltech)

Berlin – Der Saturn ist vor allem für seine beeindruckenden Ringe bekannt. Doch er hat auch über 80 Monde zu bieten, von denen mancher so seine Besonderheiten hat. Der Saturnmond Enceladus etwa ist berühmt für seine Gas- und Eisfontänen, die er in das Weltall ausstößt. Das Material dieser Fontänen stammt von dem unterirdischen Ozean des Mondes, der unter einem dicken Eispanzer verborgen liegt.

Ein ähnliches Phänomen wie die Eisfontänen von Enceladus vermuten Forscher auch auf dem Jupitermond Europa. Solche ausgestoßenen Eisteilchen wären eine unschätzbar wertvolle Probe für die Wissenschaft, könnten dort doch Spuren von Leben enthalten sein, z.B. Aminosäuren, Fettsäuren und Peptide. Mit so genannten Einschlagsionisations-Massenspektrometern könnte eine Raumsonde die Eisfontänen auf diese Stoffe hin analysieren und ggf. sogar biologische Prozesse aufspüren.

Biomoleküle lassen sich theoretisch im All nachweisen

Wie im Weltall aufgenommene Massenspektren solcher Eisteilchen aussehen würden, haben nun Wissenschaftler der Freien Universität Berlin in Simulationen detailgetreu nachgestellt. „In unserer ersten Studie haben wir Experimente mit Aminosäuren, Fettsäuren und Peptiden durchgeführt, um das spektrale Erscheinungsbild dieser organischen Moleküle vorherzusagen, die in den Eisteilchen eingeschlossen sein könnten“, sagt Fabian Klenner, Erstautor der Studie. „Unsere Daten zeigen, dass diese potenziellen Biomoleküle sogar in sehr geringen Konzentrationen eindeutig identifizierbar sind.“

Die Ergebnisse aus der ersten Studie führten die Forscher zur nächsten Frage: Wenn man ein modernes Massenspektrometer mittels Raumsonde auf die Reise zu den Jupitermonden schickt – könnte es dann überhaupt biologische Prozesse auf Ozeanwelten aufspüren? „Einfach nur die Biomoleküle zu identifizieren, reicht nicht aus“, sagt der Leiter der Forschungsgruppe Planetologie Prof. Frank Postberg, der zusammen mit Klenner Erstautor der zweiten Studie ist. „Aminosäuren können beispielsweise auch durch chemische Prozesse ohne Mitwirkung von Leben entstehen. Wir müssen also ein bestimmtes spektrales Muster aus verschiedenen Aminosäuren identifizieren, um sicher zu sein, dass biologische Prozesse am Werk sind.“

Unterscheidung zwischen biotischen und abiotischen Signalen

Das Team untersuchte deshalb das Verhalten von Mixturen potenzieller Biomoleküle in einem Szenario, das für Ozeanwelten realistisch ist, wie sie auch auf dem Jupitermond vorkommen könnten. Hierbei fügten die Forscher eine Vielzahl von anderen organischen und anorganischen Substanzen zu ihren Proben hinzu und waren in der Lage, zwischen abiotischen und biotischen „Fingerabdrücken“ in den Massenspektren zu unterscheiden. „Es wäre ein entscheidender Schritt für das Finden von Leben außerhalb der Erde, chemische Prozesse durch das Beproben von ein paar winzigen Eisteilchen aufzuspüren, die auf Leben in einer außerirdischen Wasserwelt hinweisen. Und wir haben gezeigt, dass dies mit einem Massenspektrometer auf einer vorbeifliegenden Raumsonde möglich ist“, sagt Klenner.

Die Ergebnisse dieser Studien kommen rechtzeitig für die Europa Clipper Mission der NASA zu Jupiters Mond Europa, deren Start für 2024 geplant ist. Die Raumsonde wird ein für das Aufspüren von Biomolekülen geeignetes Massenspektrometer mitführen, an dem die Forschungsgruppe Planetologie der Freien Universität Berlin maßgeblich beteiligt ist.

Originalpublikationen:

Fabian Klenner, Frank Postberg, Jon Hillier, Nozair Khawaja, René Reviol, Ferdinand Stolz, Morgan L. Cable, Bernd Abel, and Lenz Nölle: Analog Experiments for the Identification of Trace Biosignatures in Ice Grains from Extraterrestrial Ocean Worlds, Astrobiology 20(2):179–189. DOI: 10.1089/ast.2019.2065

Fabian Klenner, Frank Postberg, Jon Hillier, Nozair Khawaja, Morgan L. Cable, Bernd Abel, Sascha Kempf, Christopher R. Glein, Jonathan I. Lunine, Robert Hodyss, René Reviol, and Ferdinand Stolz: Discriminating Abiotic and Biotic Fingerprints of Amino Acids and Fatty Acids in Ice Grains Relevant to Ocean Worlds, Astrobiology 20:online ahead of print. DOI: 10.1089/ast.2019.2188

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