Wie man Leben auf Enceladus nachweisen könnte

Das Rätsel, ob mikrobielles außerirdisches Leben auf Enceladus existiert, könnte durch eine Raumsonde in einer Umlaufbahn um den Saturnmond gelöst werden, so eine neue Studie unter Leitung von Forschern der University of Arizona. In einer in der Fachzeitschrift The Planetary Science Journal veröffentlichten Arbeit zeigen die Forscher auf, wie eine hypothetische Weltraummission eindeutige Antworten liefern könnte.

Als Enceladus 1980 von der NASA-Raumsonde Voyager 1 erstmals vermessen wurde, sah er aus wie ein kleiner, nicht übermäßig aufregender “Schneeball” am Himmel. Später, zwischen 2005 und 2017, umrundete die NASA-Sonde Cassini das Saturnsystem und untersuchte die komplexen Ringe und Monde des Saturn in noch nie dagewesenem Detail. Die Wissenschaftler waren verblüfft, als Cassini entdeckte, dass sich hinter der dicken Eisschicht von Enceladus ein riesiger, warmer Salzwasserozean verbirgt, aus dem Methan ausgast, ein Gas, das normalerweise von mikrobiellem Leben auf der Erde stammt.

Das Methan und andere organische Moleküle, die die Grundlage des Lebens bilden, wurden entdeckt, als Cassini durch riesige Wasserfahnen flog, die von der Oberfläche des Enceladus ausgingen. Während der winzige Mond den beringten Gasriesen umkreist, wird er durch das gewaltige Schwerefeld des Saturn zusammengedrückt und gezerrt, wodurch sich sein Inneres durch die Reibung aufheizt. Infolgedessen schießen spektakuläre Wasserfahnen aus Rissen und Spalten auf der eisigen Oberfläche von Enceladus ins All.

Im vergangenen Jahr berechnete ein Team von Wissenschaftlern der UArizona und der Université Paris Sciences et Lettres, dass, wenn Leben auf Enceladus entstanden ist, es wahrscheinlich den Grund darstellt, warum der Mond Methan ausstößt. “Um herauszufinden, ob dies der Fall ist, müssen wir nach Enceladus zurückkehren und nachsehen”, sagte Régis Ferrière, Hauptautor der neuen Studie und außerordentlicher Professor an der Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie der UArizona.

In ihrer neuesten Arbeit berichten Ferrière und seine Mitarbeiter, dass die hypothetische Gesamtmasse der lebenden Mikroben im Ozean von Enceladus zwar gering wäre, dass aber ein Besuch einer Raumsonde aus der Umlaufbahn ausreichen würde, um mit Sicherheit festzustellen, ob der Ozean von Enceladus unter seiner Schale von Mikroben bevölkert wird. Das überschüssige Methan, das Cassini in den Abgasen entdeckte, erinnert an außergewöhnliche Ökosysteme, die in den lichtlosen Tiefen der Ozeane der Erde zu finden sind: hydrothermale Schlote. Hier, an den Rändern zweier benachbarter tektonischer Platten, erhitzt heißes Magma unter dem Meeresboden das Meerwasser im porösen Grundgestein und lässt “weiße Raucher” entstehen, Schlote, die glühend heißes, mineralgesättigtes Meerwasser ausspucken. Da die Organismen keinen Zugang zum Sonnenlicht haben, sind sie auf die Energie angewiesen, die in den von den Weißen Rauchern freigesetzten chemischen Verbindungen gespeichert ist.

“Auf unserem Planeten wimmelt es in den hydrothermalen Schloten trotz der Dunkelheit und des wahnsinnigen Drucks von kleinen und großen Lebewesen”, so Ferrière. “Die einfachsten Lebewesen dort sind Mikroben, Methanogene genannt, die sich auch ohne Sonnenlicht mit Energie versorgen.” Methanogene wandeln Dihydrogen und Kohlendioxid zur Energiegewinnung um und setzen dabei Methan als Nebenprodukt frei. Ferrières Forschungsgruppe ging bei ihren Berechnungen von der Hypothese aus, dass es auf Enceladus Methanogene gibt, die ozeanische hydrothermale Schlote bewohnen, die denen auf der Erde ähneln. Auf diese Weise berechneten die Forscher die Gesamtmasse der Methanogenen auf Enceladus sowie die Wahrscheinlichkeit, dass ihre Zellen und andere organische Moleküle durch die Plumes ausgestoßen werden könnten.

“Wir waren überrascht, als wir feststellten, dass die hypothetische Menge an Zellen nur der Biomasse eines einzigen Wals im globalen Ozean von Enceladus entspräche”, so der Erstautor der Studie, Antonin Affholder, Postdoktorand an der UArizona. “Die Biosphäre von Enceladus könnte sehr spärlich sein. Unsere Modelle deuten jedoch darauf hin, dass sie produktiv genug wäre, um die Plumes mit gerade so viel organischen Molekülen oder Zellen zu versorgen, dass sie von Instrumenten an Bord einer zukünftigen Raumsonde erfasst werden könnten. Aber eine solche Mission würde erfordern, dass ein Orbiter den Plume mehrmals durchfliegt, um möglichst viel ozeanisches Material zu sammeln.” Etwa 100 Durchflüge müssten die Anforderung erfüllen.

Das Paper enthält Empfehlungen über die Mindestmenge an Material, die aus den Plumes gesammelt werden muss, um mit Sicherheit sowohl nach mikrobiellen Zellen als auch nach bestimmten organischen Molekülen zu suchen. Gefunde Zellen würden einen direkten Beweis für Leben darstellen. “Die Wahrscheinlichkeit, dass tatsächlich Zellen gefunden werden, dürfte allerdings gering sein”, so Affholder, “denn sie müssten den Ausgasungsprozess überleben, der sie durch die Plumes vom tiefen Ozean in das Vakuum des Weltraums transportiert – eine ziemlich lange Reise für eine winzige Zelle.” Stattdessen schlagen die Autoren vor, dass entdeckte organische Moleküle, wie z.B. bestimmte Aminosäuren, als indirekter Beweis für oder gegen eine lebensreiche Umgebung dienen könnten. “In Anbetracht der Tatsache, dass unseren Berechnungen zufolge jegliches Leben auf Enceladus extrem spärlich wäre, besteht eine gewisses Risiko, dass wir nie genug organische Moleküle in den Abgasen finden werden, um eindeutig auf Leben zu schließen”, so Ferrière. “Wir haben uns also nicht auf die Frage konzentriert, wie viel genug ist, um zu beweisen, dass es Leben gibt, sondern wir haben gefragt: ‘Wie viel organisches Material könnte maximal vorhanden sein, wenn es kein Leben gibt?'”

Künstlerische Darstellung der Cassini-Raumsonde, die durch die vom Südpol des Saturnmondes Enceladus ausgehenden Gasfahnen fliegt. Diese Eisfahnen ähneln Geysiren und stoßen eine Kombination aus Wasserdampf, Eiskörnern, Salzen, Methan und anderen organischen Molekülen aus. (Bild: NASA/JPL-Caltech)

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.