Leben braucht für seine Existenz Energie. Je umfangreicher und diverser die Vorräte eines potenziellen Ökosystems sind, desto stabiler können dort entstehende Lebensgemeinschaften sein. Für den Saturnmond Enceladus weist nun eine neue Studie darauf hin, dass im Flüssigwasserozean unter der eisigen Haut des Mondes ein vielfältiges Stoffwechselmenü eine potenziell vielfältige mikrobielle Gemeinschaft  unterstützen könnte.

Anhand von Daten der NASA-Raumsonde Cassini haben Wissenschaftler des Southwest Research Institute (SwRI) die chemischen Prozesse im unterirdischen Ozean des Saturnmondes Enceladus modelliert. Vor seinem Deorbit im September 2017 untersuchte Cassini die Wolke aus Eiskörnern und Wasserdampf, die aus Rissen auf der eisigen Oberfläche von Enceladus austrat, und entdeckte dabei molekularen Wasserstoff, eine potenzielle Nahrungsquelle für Mikroben. Eine neue Arbeit, die in der Fachzeitschrift Icarus veröffentlicht wurde, erforscht weitere mögliche Energiequellen.

“Die Entdeckung von molekularem Wasserstoff (H₂) im Plume deutet darauf hin, dass im Ozean von Enceladus freie Energie zur Verfügung steht”, sagt die Hauptautorin Christine Ray vom SwRI. “Auf der Erde verbrauchen aerobe oder sauerstoffatmende Lebewesen Energie in organischer Materie wie Glukose und Sauerstoff, um Kohlendioxid und Wasser zu erzeugen. Anaerobe Mikroben können Wasserstoff verstoffwechseln, um Methan zu erzeugen. Alles Leben kann auf ähnliche chemische Reaktionen zurückgeführt werden, die mit einem Ungleichgewicht zwischen oxidierenden und reduzierenden Verbindungen verbunden sind.”

Dieses Ungleichgewicht erzeugt ein potentielles Energiegefälle, bei dem die Redoxchemie Elektronen zwischen chemischen Spezies überträgt, wobei meistens eine Spezies oxidiert und eine andere reduziert wird. Diese Prozesse sind für viele grundlegende Funktionen des Lebens unerlässlich, einschließlich Photosynthese und Atmung. Zum Beispiel ist Wasserstoff eine Quelle chemischer Energie, die anaerobe Mikroben unterstützt, die in den Ozeanen der Erde in der Nähe von hydrothermalen Schloten leben. Am Meeresboden der Erde treten hydrothermale Schlote aus heißen, energiereichen, mineralhaltigen Flüssigkeiten aus, die einzigartige Ökosysteme voller ungewöhnlicher Lebewesen gedeihen lassen. Frühere Forschungen fanden vermehrt Hinweise auf hydrothermale Schlote und ein chemisches Ungleichgewicht auf Enceladus, was auf bewohnbare Bedingungen in seinem unterirdischen Ozean hindeutet.

“Wir haben uns gefragt, ob auch andere Arten von Stoffwechselwegen Energiequellen im Ozean von Enceladus liefern könnten”, sagt Ray. “Da dies eine andere Reihe von Oxidantien erfordern würde, die wir bisher nicht im Plume von Enceladus nachgewiesen haben, führten wir chemische Modellierungen durch, um festzustellen, ob die Bedingungen im Ozean und im felsigen Kern diese chemischen Prozesse unterstützen könnten.”

Die Autoren untersuchten zum Beispiel, wie ionisierende Strahlung aus dem Weltraum die Oxidantien O₂ und H₂O₂ erzeugen könnte, und wie die abiotische Geochemie im Ozean und im Gesteinskern zu chemischen Ungleichgewichten beitragen könnte, die Stoffwechselprozesse unterstützen könnten. Das Team überlegte, ob sich diese Oxidationsmittel im Laufe der Zeit anreichern könnten, wenn Reduktionsmittel nicht in nennenswerten Mengen vorhanden sind. Sie überlegten auch, wie wässrige Reduktionsmittel oder Mineralien des Meeresbodens diese Oxidantien in Sulfate und Eisenoxide umwandeln könnten.

“Wir haben unsere Schätzungen der freien Energie mit Ökosystemen auf der Erde verglichen und festgestellt, dass unsere Werte sowohl für den aeroben als auch für den anaeroben Stoffwechsel insgesamt die Mindestanforderungen erfüllen oder übertreffen”, so Ray. “Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Oxidationsmittelproduktion und die Oxidationschemie dazu beitragen könnten, mögliches Leben und eine metabolisch vielfältige mikrobielle Gemeinschaft auf Enceladus zu unterstützen.”

“Nun, da wir potenzielle Nahrungsquellen für Mikroben identifiziert haben, ist die nächste Frage, die wir uns stellen müssen, ‘was ist die Natur der komplexen organischen Stoffe, die aus dem Ozean kommen?'”, sagte SwRI-Programmdirektor Dr. Hunter Waite, ein Koautor des neuen Papiers. Die Erkenntnisse haben auch große Bedeutung für die weitere Erforschung des Mondes.

“Eine zukünftige Raumsonde könnte durch den Plume von Enceladus fliegen, um die Vorhersagen dieser Arbeit über die Häufigkeit von oxidierten Verbindungen im Ozean zu testen”, sagte SwRI Senior Research Scientist Dr. Christopher Glein, ein weiterer Koautor. “Wir müssen vorsichtig sein, aber ich finde es spannend, darüber nachzudenken, ob es seltsame Lebensformen geben könnte, die sich diese Energiequellen zunutze machen, die für die Funktionsweise von Enceladus grundlegend zu sein scheinen.”