Wissenschaftler, die auf dem Mars nach Mikrobenfossilien suchen, haben dank des Gipses, der sich bildete, als das Mittelmeer vor über 5 Millionen Jahren austrocknete, eine bessere Vorstellung davon, wonach sie suchen müssen.
Teil des Gediz Vallis auf dem Mars, das hier vom NASA-Rover Curiosity aufgenommen wurde, wurde von einem alten Fluss geformt und enthält Mineralien, die zurückblieben, als das Wasser des Flusses verdunstete.(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/MSSS)
Wissenschaftler, die auf dem Mars nach versteinerten Überresten uralter Mikroben suchen, haben nun eine bessere Vorstellung davon, nach welchen Anzeichen sie suchen sollten, dank einer neuen Studie über irdische mikrobielle Fossilien, die in das Mineral Gips eingebettet sind, das beim Austrocknen des Mittelmeeres vor über 5 Millionen Jahren entstand.
Mars war einst feucht, mit Flüssen und Seen und sogar einem Ozean, der auf dem Roten Planeten vor etwa 4,1 bis 3,7 Milliarden Jahren existierte. Dieses flüssige Wasser ist heute verschwunden, entweder eingefroren in den Polkappen oder als Permafrostboden unter der Oberfläche, oder es ist in die Atmosphäre verdunstet und ins All entschwunden. Wenn Wasser verdunstet, hinterlässt es Sulfatmineralien, die im Wasser gelöst waren – ein einfaches Schulexperiment, bei dem Regenwasser abgekocht wird, zeigt dies.
Eines dieser Minerale ist Gips, der „auf der Marsoberfläche weit verbreitet und für sein außergewöhnliches Fossilisierungspotenzial bekannt ist“, so Youcef Sellam, Doktorand an der Universität Bern, in einer Erklärung. „Er bildet sich schnell, fängt Mikroorganismen ein, bevor die Zersetzung einsetzt, und bewahrt biologische Strukturen und chemische Biosignaturen.“
Sellam reiste zurück in sein Herkunftsland Algerien, um Gipsproben aus einem Steinbruch namens Sidi Boutbal zu entnehmen, der sich in einer Region befindet, die einst unter dem Wasser des Mittelmeeres lag. Vor 5,96 bis 5,33 Millionen Jahren schlossen tektonische Kräfte die heutige Straße von Gibraltar und schnitten das Mittelmeer vorübergehend vom Atlantik ab, so dass das Mittelmeer fast vollständig austrocknete. Dies hinterließ reichlich Salz- und Sulfatablagerungen, darunter auch Gips, in einer Umgebung, die der heutigen Situation in den ausgetrockneten See- und Flussbetten des Mars sehr ähnlich war.
„Diese Ablagerungen sind ein hervorragendes irdisches Analogon zu den Sulfatablagerungen auf dem Mars“, so Sellam.
Um zu analysieren, was in den gipsreichen Proben enthalten war, unterzog Sellam sie einem Miniatur-Laser-Massenspektrometer, das ausgewählt wurde, weil es klein genug ist, um in ein Raumschiff zu passen und daher als Konzeptnachweis für ein solches Instrument dienen könnte, das in Zukunft zum Roten Planeten fliegen könnte.
„Unser Laser-Ablations-Ionisations-Massenspektrometer, ein Prototyp für ein Raumfahrtinstrument, kann effektiv Biosignaturen in Sulfatmineralien nachweisen“, sagte Sellam. „Diese Technologie könnte in künftige Mars-Rover oder -Lander zur In-situ-Analyse integriert werden.
Der Laser, der auf die Probe gefeuert wird, sprengt verkrustetes Material auf der Oberfläche der Probe weg und erhitzt dieses Material so stark, dass es zu einem Plasma verdampft – einer Wolke aus ionisierten Atomen und Molekülen. Ein Mikroskop beobachtet dann dieses Plasma und identifiziert die darin enthaltenen Moleküle.
Sellam fand lange, gewundene, mikroskopische Fäden eines Typs, der zuvor als mikrobielle Fossilien von schwefeloxidierenden Bakterien identifiziert worden war.
Diese fossilen Überreste waren von Tonmineralien sowie Dolomit und Pyrit umgeben. Diese besondere Kombination von Fossilien und Mineralien ist besonders aufschlussreich. Dolomit löst sich in saurem Milieu auf, und es wird angenommen, dass der Mars sehr saures Wasser hatte. Prokaryoten (primitive, einzellige Mikroben ohne eigenen Zellkern und ohne Membran) können jedoch den Alkaligehalt ihrer Umgebung erhöhen. Wenn prokaryotisches Leben auf dem alten Mars existierte, könnte es zur Bildung von Dolomit beigetragen haben. Darüber hinaus können Prokaryoten auch dazu beitragen, dass sich Tone schneller bilden.
Eine „Wüstenrose“, ein aus Gips, Wasser und Sand zusammengesetzter Kristall, der in Wüsten bei der Verdunstung von seichtem Wasser entsteht. (Bildnachweis: intek1/Getty Images)
Sellam hatte den Vorteil, dass er bereits wusste, welche mikrobiellen Fossilreste er in seiner algerischen Gipsprobe erwarten konnte, aber wir können nicht sicher sein, dass wir mikrobielle Fossilien auf dem Mars ohne weiteres identifizieren können – ihre unbekannte, fremdartige Natur könnte es schwierig machen, sie von mikroskopischen Gesteinsformationen zu unterscheiden. Wenn man jedoch Dinge findet, die wie Fossilien aussehen und in Gips eingebettet sind, der von Ton und vor allem Dolomit umgeben ist, wäre das ein starker Hinweis darauf, dass die fossilähnlichen Strukturen biologisch sind, da diese Mineralien mit dem Leben in Verbindung stehen.
„Unsere Ergebnisse bieten einen methodischen Rahmen für den Nachweis von Biosignaturen in Sulfatmineralien auf dem Mars, der künftigen Marserkundungsmissionen als Leitfaden dienen könnte“, so Sellam.
Marsmissionen müssen daher nach Dolomit und Ton in gipsreichen Marsproben suchen, um einen wichtigen Hinweis darauf zu erhalten, wo wir Beweise für altes Leben auf dem Roten Planeten finden könnten. Sellam sagt jedoch, dass es noch viel zu tun gibt, bevor diese Methode zum Auffinden von Mikroben auf dem Mars als wasserdicht angesehen werden kann.
„Obwohl unsere Ergebnisse die Biogenität der fossilen Fäden im Gips stark unterstützen, bleibt die Unterscheidung echter Biosignaturen von abiotischen Mineralformationen eine Herausforderung“, sagte er. „Eine zusätzliche unabhängige Nachweismethode würde das Vertrauen in den Nachweis von Leben erhöhen. Außerdem herrschen auf dem Mars einzigartige Umweltbedingungen, die die Erhaltung von Biosignaturen über geologische Zeiträume hinweg beeinflussen könnten. Weitere Studien sind erforderlich.“
Nichtsdestotrotz ist Sellam stolz darauf, „die erste Astrobiologie-Studie unter Beteiligung von Algerien“ geleitet zu haben, und glaubt, dass seine Ergebnisse ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Nachweis von Leben auf dem Mars sind.
In der Tat könnte dieser Tag bald kommen. Die nächste Rover-Mission zum Roten Planeten wird der Rosalind Franklin Rover der Europäischen Weltraumorganisation sein, der noch vor Ende dieses Jahrzehnts starten soll. Rosalind Franklin wird mit einer Reihe von Massenspektrometern ausgestattet sein, mit denen die Mineralogie des Mars untersucht und nach Beweisen für früheres mikrobielles Leben gesucht werden soll.
Hinzu kommen die vom NASA-Rover Perseverance gesammelten Proben, die noch auf dem Mars gesammelt und zur detaillierten Analyse zur Erde gebracht werden müssen, hoffentlich im nächsten Jahrzehnt.
Sellams Arbeit wurde am 25. Februar in Frontiers in Astronomy and Space Sciences veröffentlicht.
