Studien bestätigen Bedingungen für Leben im Ozean

Um herauszufinden, ob biologische Prozesse auf Enceladus überhaupt ablaufen können, hat ein Forschungsteam in der ersten der beiden Untersuchungen das unwirtliche Milieu im Labor exakt nachgestellt. Unter der Leitung von Vanessa Helmbrecht von der Ludwig-Maximilians-Universität München waren daran auch Wissenschaftler:innen der Universität Regensburg sowie der Freien Universität Berlin beteiligt.

Überleben im simulierten Enceladus-Ozean

Wie in einer im Fachmagazin Science Advances veröffentlichten Studie zu lesen ist, nutzte das Team für seine Versuche einen auf der Erde heimischen Einzeller. Das Archaeon Methanothermococcus okinawensis stammt aus der irdischen Tiefsee und benötigt zur Energiegewinnung lediglich die Gase Wasserstoff und Kohlendioxid.

Die Simulation reproduzierte den alkalischen Ozean des Saturnmondes mit einem Sauerstoffgehalt, der knapp zehntausendmal geringer ausfällt als in unserer Atmosphäre. In dieser Umgebung wuchs der Organismus weiter und produzierte kontinuierlich Methan unter der Verwendung von Wasserstoff.

Dieser Wasserstoff entsteht auf dem Saturntrabanten vermutlich durch thermale Wasser-Gesteins-Reaktionen am Meeresboden, die dem geologischen Prozess der sogenannten Serpentinisierung auf der Erde ähneln. Das Einsetzen dieser chemischen Abläufe gilt in der Forschung als wichtiger Baustein für den Erhalt möglicher Lebensformen.

Eine Herausforderung für Lebewesen auf Enceladus ist der Mangel an Kohlendioxid, der durch den pH-Wert des Wassers von bis zu elf bedingt wird. Der untersuchte Einzeller passte sich jedoch an und nutzte die verfügbaren Mengen, indem es bestimmte Gene für seinen Stoffwechsel gezielt stärker aktivierte.

Der Geobiologe und Mitautor der Studie, William Orsi, ordnet die Ergebnisse ein und betont, dass die Auswertung keinen direkten Beweis für Leben auf Enceladus liefert. Sie zeige lediglich, dass geochemische Merkmale vor Ort eine der ältesten Stoffwechselformen des Lebens theoretisch ermöglichen.

Die Voraussetzungen für dieses Laborexperiment stützen sich auf Erkenntnisse einer zweiten Untersuchung, die zeitgleich im selben Fachmagazin publiziert wurde. Darin wertete ein Team um den Forscher Frank Postberg, ebenfalls von der Freien Universität Berlin, historische Daten der Raumsonde Cassini aus.

Die Sonde hatte bei früheren Vorbeiflügen Eiskörner analysiert, die aus Spalten am Südpol des Mondes in den Weltraum entweichen. Die Auswertung dieser Messdaten verdeutlicht, dass die Körner verschiedene Salze wie Natriumchlorid, Natriumcarbonat und Phosphate in voneinander getrennter Form transportieren.

Diese Trennung der Stoffe lässt den Schluss zu, dass Wassertropfen aus dem unterirdischen Ozean auf ihrem Weg an die Oberfläche vergleichsweise langsam gefrieren. Die Forscher:innen kalkulieren eine Abkühlungsrate von unter 20 Grad Celsius pro Minute für Wassertropfen, die größer als zehn Mikrometer sind.

Das Wasser entweicht durch schmale Risse im dicken Eispanzer in Richtung Oberfläche. Auf diesem Weg werden die langsam gefrierenden Wassertropfen durch den Druck massiv beschleunigt. Bei Geschwindigkeiten von über 100 Metern pro Sekunde prallen sie gegen die Wände dieser Spalten und zersplittern in exakt jene winzigen Körner, die das Messinstrument erfasst hat. Da die verschiedenen Salze im Tropfen zuvor schon getrennt kristallisiert sind, erklärt dieser Aufprall, warum in den einzelnen Proben meist nur eine einzige Salzart nachgewiesen wurde.

Der Nachweis der geochemischen Prozesse durch die Messdaten bildete das Fundament für die biologischen Experimente auf der Erde. Zusammen liefern die Untersuchungen ein Modell der Verhältnisse unter dem Eispanzer, auch wenn die tatsächliche Existenz von außerirdischen Lebensformen unbewiesen bleibt.

Die Suche nach mikrobiellen Biosignaturen wird voraussichtlich noch Jahrzehnte dauern. Die europäische Raumfahrtagentur plant entsprechende Untersuchungen für das Jahr 2042, womit konkrete Belege auf lange Sicht Gegenstand theoretischer Modelle bleiben.