Panspermie: Bakterienkolonien überleben im interplanetaren Raum

Deinococcus radiodurans ist ein besonders taffes Bakterium. Es lässt sich weder von Atombombenabwürfen noch vom Terror des leeren Raums irritieren. Könnte es als blinder Passagier von Planet zu Planet reisen? Stellen Sie sich mikroskopisch kleine Lebensformen vor, die durch den Weltraum transportiert werden und auf einem anderen Planeten landen. Die Bakterien, die geeignete Bedingungen für ihr Überleben finden, könnten sich dann wieder vermehren und auf der anderen Seite des Universums Leben hervorbringen. Diese als „Panspermie“ bezeichnete Theorie geht von der Möglichkeit aus, dass Mikroben zwischen Planeten wandern und das Leben im Universum verteilen könnten. Die Panspermie war lange Zeit umstritten, weil sie natürlich voraussetzt, dass Bakterien die lange Reise im Weltraum überleben und dabei dem Vakuum, den Temperaturschwankungen und der Strahlung widerstehen.

„Der Ursprung des Lebens auf der Erde ist das größte Rätsel des Menschen. Wissenschaftler können zu diesem Thema völlig unterschiedliche Standpunkte vertreten. Einige denken, dass Leben sehr selten ist und nur einmal im Universum vorkam, während andere meinen, dass Leben auf jedem geeigneten Planeten geschehen kann. Wenn Panspermie möglich ist, muss Leben viel öfter existieren, als wir bisher dachten“, sagt Dr. Akihiko Yamagishi, Professor an der Universität für Pharmazie und Biowissenschaften in Tokio und Hauptforscher der Weltraummission Tanpopo.

Im Jahr 2018 testeten Dr. Yamagishi und sein Team das Vorhandensein von Mikroben in der Atmosphäre. Mit einem Flugzeug und wissenschaftlichen Ballons fanden die Forscher Deinococcus-Bakterien, die 12 km über der Erde schwebten. Doch während Deinokokken dafür bekannt sind, dass sie große Kolonien bilden (mehr als ein Millimeter) und gegen Umweltrisiken wie UV-Strahlung resistent sind, könnten sie auch im Weltraum lange genug überleben, um die Möglichkeit einer Panspermie zu unterstützen?

Um diese Frage zu beantworten, testeten Dr. Yamagishi und das Tanpopo-Team das Überleben der strahlenresistenten Bakterien im Weltraum. Die Studie, die jetzt in Frontiers in Microbiology veröffentlicht wurde, zeigt, dass dicke Schichten einen ausreichenden Schutz für das Überleben der Bakterien während mehrerer Jahre in der rauen Weltraumumgebung bieten können. Dr. Yamagishi und sein Team kamen zu dieser Schlußfolgerung, indem sie getrocknete Deinokokken-Schichten in Expositionsplatten außerhalb der Internationalen Raumstation (ISS) platzierten. Die unterschiedlich dicken Proben wurden ein, zwei oder drei Jahre lang der Weltraumumgebung ausgesetzt und dann auf ihr Überleben getestet.

Nach drei Jahren stellten die Forscher fest, dass alle Schichten mit einer Dicke von mehr als 0,5 mm unter Weltraumbedingungen zumindest teilweise überlebten. Beobachtungen deuten darauf hin, dass zwar die Bakterien an der Oberfläche abstarben, dadurch jedoch eine Schutzschicht für die Bakterien darunter entstand, die das Überleben der Kolonie sicherte. Anhand der Überlebensdaten bei ein-, zwei- und dreijähriger Exposition schätzen die Forscher, dass ein Pellet mit einer Dicke von mehr als 0,5 mm zwischen 15 und 45 Jahren auf der ISS überlebt hätte. Das Design des Experiments erlaubte es den Forschern, zu extrapolieren und vorherzusagen, dass eine Kolonie mit einem Durchmesser von 1 mm unter Weltraumbedingungen möglicherweise bis zu 8 Jahre überleben könnte.

„Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass strahlenresistente Deinokokken während der Reise von der Erde zum Mars und umgekehrt überleben könnten, was auf der kürzesten Umlaufbahn mehrere Monate oder Jahre benötigt“, sagt Dr. Yamagishi.

Diese Arbeit liefert bis heute die beste Schätzung des bakteriellen Überlebens im Weltraum. Und während frühere Experimente beweisen, dass Bakterien im Weltraum lange überleben könnten, wenn sie von der Abschirmung durch Gestein (d.h. Lithopanspermie) profitieren, ist dies die erste Langzeitstudie im Weltraum, die die Möglichkeit aufzeigt, dass Bakterien im Weltraum in Form von Aggregaten überleben könnten, was das neue Konzept der „Massapanspermie“ hervorbringt. Doch während wir dem Nachweis der Panspermie einen Schritt näher gekommen sind, hängt die tatsächliche Übertragung der Mikroben auch von anderen Prozessen wie dem „Start“ (etwa durch einen Meteoriteneinschlag, der Material bis ins All wirbelt) und der Landung am Ziel ab, bei denen das Überleben der Bakterien noch bewertet werden muss.

Das Bakterienexpositionsexperiment fand von 2015 bis 2018 in der Expositionsanlage auf der Außenseite von Kibo, dem japanischen Experimentiermodul der Internationalen Raumstation, statt. (Bild: JAXA / NASA)
Der japanische Astronaut Yugi baute das Expositionsexperiment-Modul ExHAM auf der Internationalen Raumstation auf (Bild: JAXA / NASA)

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