Blog

(Bildnachweis: NASA)

Die Suche nach Leben jenseits unseres Planeten fesselt die Menschheit seit Jahrzehnten und treibt Missionen an, die immer tiefer in das Sonnensystem vordringen. Im vergangenen Sommer machte der NASA-Rover Perseverance eine bahnbrechende Entdeckung auf dem Mars: Er entdeckte Moleküle auf Kohlenstoffbasis, sogenannte organische Stoffe, von denen viele Wissenschaftler glauben, dass sie auf das mögliche Vorhandensein von altem außerirdischem Leben hindeuten könnten.

Die Entdeckung hat in der wissenschaftlichen Gemeinschaft für Aufregung und Diskussionen gesorgt, da sie uns der Antwort auf die uralte Frage näher bringt, ob es auf dem Roten Planeten jemals Leben gab – oder vielleicht noch gibt.

Es gibt jedoch einen kleinen Vorbehalt: Die Wissenschaftler können nicht sicher sein, dass die Signale zu 100 % auf organische Moleküle zurückzuführen sind. Obwohl die Möglichkeit für viele wahrscheinlich ist, ist sie nicht die einzige Erklärung, und die Ungewissheit hängt mit den Instrumenten des Rovers zusammen – sie können starke Hinweise liefern und wertvolle Daten sammeln, aber sie sind nicht so umfassend wie Labore auf der Erde.

Hintergrundinformationen: Perseverance machte den Fund mit einem fortschrittlichen Instrument namens SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals), das für die Suche nach organischen Molekülen entwickelt wurde.

„Das SHERLOC-Instrument ist unser wichtigstes Instrument zum Aufspüren organischer Stoffe“, sagte Ken Farley, Projektwissenschaftler für die Perseverance-Rover-Mission, gegenüber kosmischeweiten.de. „Es ist wirklich das einzige Instrument, von dem wir glauben, dass es eine vernünftige Chance hat, organisches Material in den Konzentrationen zu finden, die wahrscheinlich vorhanden sind.“

SHERLOC stützt sich auf zwei Haupttechniken: Lumineszenz im tiefen Ultraviolett und Raman-Spektrometrie. „Der Lumineszenzmodus von SHERLOC erzeugt ein sehr hohes Signal pro Mengeneinheit bestimmter organischer Moleküle, ist aber nicht besonders diagnostisch“, so Farley.

Lumineszenz ist der Prozess, bei dem eine Substanz durch die Absorption von Energie Licht aussendet, ohne dass es zu einer Temperaturerhöhung kommt. Dafür gibt es viele Beispiele, von Neonröhren bis hin zu Feuerfliegen. An Bord des Mars-Rovers macht sich SHERLOC dieses Phänomen zunutze, um das Vorhandensein verschiedener organischer Verbindungen zu erkennen.

Aber es gibt einen Haken: „Viele, viele Dinge leuchten – neben organischen Stoffen gibt es noch andere Dinge, die das tun“, sagt Farley. „Es hängt mit subtilen Eigenschaften der chemischen Zusammensetzung der Materialien zusammen.“

Hier kommt der Raman-Modus von SHERLOC ins Spiel. „Er ist viel weniger empfindlich, aber ein viel besserer Fingerabdruck“, so Farley. Die Raman-Spektroskopie ist eine in den meisten Chemielabors übliche Technik, bei der die Schwingungsmoden von Molekülbindungen gemessen werden können, um Informationen über die chemische Struktur eines Moleküls zu erhalten.

„Es gibt Muster von Peaks in einem Raman-Spektrum, und man kann sie mit bestimmten Arten von organischen Molekülen in Verbindung bringen“, erklärt Farley. „Aber das ist ein Kompromiss.“

Bei beiden Instrumenten besteht nach Farleys Ansicht die Möglichkeit, falsch positive Ergebnisse zu erkennen. „Man könnte eine positive Schlussfolgerung ziehen, ohne zu erkennen, dass es auch andere Interpretationen gibt“, erklärte er.

Hat Percy vielleicht etwas anderes gefunden?

Perseverance wurde mit der Sammlung und Analyse von Proben aus dem Jezero-Krater auf dem Mars beauftragt, der aufgrund seiner Geschichte als alter See mit offenem System vor etwa 3,5 Milliarden Jahren ausgewählt wurde. Auf der Erde zeigen ähnliche Umgebungen oft Anzeichen von altem mikrobiellem Leben, was Jezero zu einem erstklassigen Ziel für die Erforschung möglichen früheren Lebens macht.

Mit seinem SHERLOC-Instrument entdeckte der Rover Lumineszenzsignale, die zunächst auf das Vorhandensein von organischen Molekülen hindeuteten. Ein in der Zeitschrift Nature veröffentlichter Artikel berichtet über diese Ergebnisse, die auf verschiedene aromatische Moleküle auf der Marsoberfläche hindeuten, die trotz der rauen Bedingungen überleben.

Ein Jahr später bot eine Studie in Science Advances eine alternative Erklärung an, die besagt, dass die Signale, die auf organische Stoffe hindeuten, stattdessen von anorganischen Materialien stammen könnten, insbesondere von Cäsium-Ionen (Ce

³⁺

) in Phosphat- und Silikatdefekten aus alten Magmaströmen.

„Mehrere Chemikalien können zu denselben spektralen Merkmalen führen“, erklärt Eva Scheller, Planetenforscherin am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und korrespondierende Autorin der neuen Studie sowie Mitautorin der ursprünglichen Nature-Veröffentlichung. „In der Spektroskopie nennen wir dies eine Entartung, [und es ist] eine sehr häufige Herausforderung bei dem Versuch, Spektren zu interpretieren.“

Die Entartung macht die Interpretation dieser Ergebnisse oft unmöglich, so Scheller, und in weniger kritischen Fällen würden viele Wissenschaftler die Daten normalerweise uninterpretiert lassen. Da für das Perseverance-Team jedoch viel auf dem Spiel steht, wird es trotz der Herausforderungen weiterhin versuchen, die Daten zu interpretieren.

„In früheren Studien wurde festgestellt, dass die Spektren in ihrem Erscheinungsbild mit dem Lumineszenzprofil von 1- und 2-Ring-Aromaten übereinstimmen, das ist richtig“, sagte Scheller und bezog sich dabei auf bestimmte organische Moleküle, die aus einem oder zwei verbundenen Kohlenstoffringen bestehen. Aromatische Moleküle sind einzigartig, weil ihre Strukturen stabile, ringförmige Gebilde mit abwechselnden Einfach- und Doppelbindungen, so genannten konjugierten Bindungen, enthalten. Diese Moleküle sind von Bedeutung, da sie in biologischen Verbindungen wie Aminosäuren und Pigmenten vorkommen können. Der Nachweis solcher Moleküle ist zwar faszinierend, garantiert aber nicht deren biologischen Ursprung. „Und es bedeutet nicht viel, wenn die Daten degeneriert sind“, fügt Scheller hinzu.

Farley und Scheller weisen beide darauf hin, dass dies in der Originalarbeit als Möglichkeit erwähnt wird, und erwähnen auch die Möglichkeit von Ce

³⁺

und anorganische Defekte als alternative Erklärungen. „Sie wurden als Teil eines Menüs möglicher Interpretationen vorgestellt“, so Farley.

Obwohl festgestellt wurde, dass das Vorhandensein von aromatischen organischen Stoffen wahrscheinlicher ist, argumentiert Scheller, dass dies auf die Voreingenommenheit und das Fachgebiet der Wissenschaftler zurückzuführen sein könnte.

Eine Nahaufnahme eines technischen Modells von SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals) (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)

Der Umgang mit Unsicherheit

Auf der Erde können solche unklaren Ergebnisse oft durch verschiedene Analysen geklärt werden, um die Ergebnisse zu bestätigen. Die Durchführung von Experimenten auf dem Mars ist jedoch sehr viel schwieriger.

Es gibt nur begrenzte Kapazitäten, um sperrige Instrumente auf einen Rover zu schicken, der zwischen den Planeten reisen muss. Daher müssen die Geräte miniaturisiert und mobil gemacht werden, während sie gleichzeitig in einer extremen und unvorhersehbaren Umgebung arbeiten. Im Gegensatz zur Erde, wo die Bedingungen kontrolliert werden können und die Instrumente hochempfindlich und zugänglich sind, herrschen auf dem Mars raue Temperaturen, Staubstürme, Strahlung und begrenzte Ressourcen. Diese Faktoren erschweren eine präzise Analyse und führen zu Unsicherheiten, die es schwierig machen, endgültige Schlussfolgerungen aus den Daten zu ziehen.

„Das ist der Sinn des ganzen Vorschlags zur Probenrückführung“, sagte Scheller. Dies würde es den Wissenschaftlern auch ermöglichen, den Ursprung jeglicher organischer Moleküle besser zu verstehen, sollte festgestellt werden, dass sie im Jezero-Krater vorhanden sind.

Aber sowohl Farley als auch Scheller weisen darauf hin, dass selbst wenn organische Moleküle vorhanden sind, dies nicht bedeutet, dass sie ein mögliches Zeichen von Leben sind. „Ich glaube nicht, dass irgendjemand im Team – selbst diejenigen, die einen organischen Ursprung für die Lumineszenzsignale vorschlagen – behaupten würde, dass lumineszierende aromatische organische Stoffe mit 1 oder 2 Ringen ein potenzielles Anzeichen für Leben sein könnten“, so Scheller.

„Um abiotische Arten von organischen Chemikalien [die durch nicht-biologische Prozesse entstanden sind] von Leben unterscheiden zu können, braucht man wirklich ausgefeilte Labortechniken mit sehr detaillierten Charakterisierungsmethoden – und das kann man nicht mit einem Miniatur-Raumfahrzeuginstrument machen, das an extreme Umgebungen angepasst ist“, fügte sie hinzu. „In [unseren Veröffentlichungen] zeigen wir lediglich, dass es uns schwerfällt, das Vorhandensein grundlegender abiotischer organischer Moleküle mit SHERLOC zu bestätigen oder auszuschließen.“

Farley betont, dass das Hin und Her zwar wie Meinungsverschiedenheiten zwischen Wissenschaftlern erscheinen mag, aber in Wirklichkeit ein wichtiger und fester Bestandteil des wissenschaftlichen Prozesses ist.

„Das ist Fehlerkorrektur, und so muss der wissenschaftliche Prozess funktionieren“, sagt er. „Als Wissenschaftler muss man offen sein für die Möglichkeit, dass man sich irren könnte, und sich nicht dagegen wehren.

„Wenn man akzeptiert, dass, wenn man seine Argumente vorbringt und jemand eine bessere Interpretation findet und man sich diese anschaut und zustimmt, dann korrigiert sich die Wissenschaft selbst – das liegt in der Natur der Sache, dass sich das Wissen weiterentwickelt, und das ist eine gute Sache.“