Mars liefert Bausteine des Lebens, doch der Beweis fehlt
Der Mars liefert komplexe organische Moleküle als mögliche Bausteine des Lebens – doch ob sie biologischen Ursprungs sind, bleibt weiter ungeklärt.
Der Marsrover „Curiosity“ der Nasa hat dieses Selfie an einem Ort aufgenommen, der nach einer englischen Paläontologin aus dem 19. Jahrhundert den Spitznamen „Mary Anning“ trägt. An diesem Ort in der Region Glen Torridon wurde im Rahmen eines chemischen Experiments eine Vielzahl organischer Moleküle auf dem Mars nachgewiesen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die dortigen Bedingungen in der Vergangenheit günstig für das Entstehen von Leben gewesen wären, falls es dort jemals Leben gegeben hat.
Foto: NASA/JPL-Caltech/MSSS, Public Domain Mark 1.0 (CC)
Die Suche nach Spuren von früherem Leben auf dem Mars hat eine neue wissenschaftliche Qualität erreicht. Der Nasa-Rover Curiosity hat im Gale-Krater organische Moleküle nachgewiesen, die in ihrer Komplexität weit über bisherige Funde hinausgehen. Die Daten belegen, dass die Marsoberfläche in der Lage ist, organischen Kohlenstoff über 3,5 Mrd. Jahre hinweg zu konservieren – trotz der harten Strahlung und der oxidierenden Bedingungen an der Oberfläche.
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Die Technik: Nasschemie in der Miniatur-Retorte
Der Erfolg der aktuellen Studie beruht auf einem speziellen Experiment des Instrumentenpakets SAM (Sample Analysis at Mars). Normalerweise erhitzt der Rover Bodenproben in einem kleinen Ofen (Pyrolyse), um die freigesetzten Gase zu analysieren. Das Problem: Viele komplexe organische Moleküle werden bei dieser Hitze zerstört oder reagieren mit Perchloraten im Marsboden zu einfachen Verbindungen wie Chlormethan.
Um das zu umgehen, nutzten die Forschenden das TMAH-Verfahren (Tetramethylammoniumhydroxid). Dabei handelt es sich um eine nasschemische Derivatisierung. Vereinfacht gesagt: Die Probe wird nicht nur erhitzt, sondern mit einer chemischen Substanz versetzt, welche die organischen Moleküle in eine stabilere, flüchtige Form umwandelt. So bleiben auch große, empfindliche Strukturen für das Massenspektrometer sichtbar. Da Curiosity nur neun versiegelte Becher für solche Flüssigexperimente mitführt – davon nur zwei mit TMAH –, war der Einsatz im Gebiet Glen Torridon eine strategische Entscheidung.
Hintergrund: Was ist SAM?
Das Instrumentenpaket „Sample Analysis at Mars“ (SAM) nimmt etwa die Hälfte der wissenschaftlichen Nutzlast des Marsrovers Curiosity ein. Es besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Massenspektrometer, einem Gaschromatographen und einem abstimmbaren Laserspektrometer.
Für die Untersuchung organischer Moleküle nutzt SAM zwei zentrale Verfahren:
- Pyrolyse: Die Probe wird auf bis zu 850 °C erhitzt, um gebundene Gase freizusetzen und analysierbar zu machen.
- Nasschemie (Derivatisierung): Hierbei kommen Chemikalien wie TMAH zum Einsatz. Sie wandeln schwer flüchtige organische Moleküle in Gase um, die schon bei niedrigeren Temperaturen untersucht werden können. Dadurch sinkt das Risiko, dass komplexe Kohlenstoffketten beim Erhitzen zerstört werden.
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Tonmineralien als geologischer Tresor
Die Wahl fiel auf Glen Torridon, da dieser Bereich besonders reich an Tonmineralien ist. Diese entstanden vor Milliarden von Jahren, als der Gale-Krater noch ein Seebecken war. Für die Astrobiologie sind diese Tone entscheidend:
- Oberflächenadsorption: Organische Moleküle lagern sich zwischen die Schichten der Tonminerale ein.
- Schutzfunktion: Diese Struktur schützt die Kohlenstoffverbindungen vor dem Zerfall.
- Indikator für Wasser: Tone belegen eine langanhaltende Interaktion zwischen Gestein und flüssigem Wasser bei moderaten pH-Werten.
Stickstoff und Schwefel im Fokus
Unter den mehr als 20 identifizierten Verbindungen stechen zwei Gruppen hervor. Erstens entdeckte das Team stickstoffhaltige Moleküle, deren Struktur jener von Nukleobasen ähnelt – den Grundbausteinen der DNA. Zweitens identifizierte SAM Benzothiophen, eine doppelringige Schwefelverbindung.
Amy Williams, Professorin für Geowissenschaften an der University of Florida, betont die Bedeutung der Konservierung: „Wir glauben, dass wir organische Substanzen vor uns haben, die seit 3,5 Mrd. Jahren auf dem Mars erhalten geblieben sind. Es ist wirklich nützlich, Beweise dafür zu haben, dass alte organische Substanzen erhalten geblieben sind, denn so lässt sich die Bewohnbarkeit einer Umgebung beurteilen.“
Begriffs-Check: Organische Chemie vs. Biologie
In der Chemie bezeichnet „organisch“ grundsätzlich kohlenstoffhaltige Verbindungen. Diese bilden zwar die Basis allen bekannten Lebens, können aber auch ohne biologische Prozesse entstehen.
- Abiotisch: Entstehung durch geologische Prozesse oder chemische Reaktionen im Weltraum, etwa in Kometen oder Meteoriten.
- Biotisch: Entstehung als direktes Produkt oder Abfallstoff von Stoffwechselprozessen lebender Organismen.
Wichtig: Der Nachweis organischer Moleküle auf dem Mars ist kein Beweis für Leben, sondern zeigt zunächst nur, dass die chemischen Voraussetzungen dafür vorhanden sind.
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Das Dilemma der Herkunft
Trotz der technischen Präzision bleibt eine fundamentale Frage ungeklärt: Woher stammt der Kohlenstoff? Die organische Chemie allein liefert noch kein biologisches Zertifikat.
- Abiotische Synthese: Geologische Prozesse, etwa hydrothermale Reaktionen, können komplexe Kohlenstoffketten ohne biologisches Zutun erzeugen.
- Kosmischer Eintrag: Meteoriten transportieren ständig organisches Material durch das Sonnensystem. „Das gleiche Material, das durch Meteoriten auf den Mars regnete, regnete auch auf die Erde“, so Williams.
- Biologische Reste: Die Moleküle könnten tatsächlich Abfallprodukte eines frühen Metabolismus sein.
Woher kommt der Kohlenstoff?
Um das Rätsel um den Ursprung endgültig zu lösen, müsste das Verhältnis der Isotope von Kohlenstoff und Stickstoff im Detail untersucht werden. Solche Präzisionsanalysen sprengen jedoch die technischen Möglichkeiten eines mobilen Labors auf Rädern. Hier liegt die Hoffnung auf künftigen Missionen wie „Mars Sample Return“: Geplant ist, Marsgestein für detaillierte Untersuchungen direkt in Labore auf der Erde zu transportieren.
Doch schon jetzt steht fest: Die wissenschaftliche Strategie geht auf. Die Funde von Curiosity bestätigen, dass die Suche an den richtigen Stellen ansetzt. Künftige Missionen – etwa der europäische Rover Rosalind Franklin oder die Drohne Dragonfly, die den Saturnmond Titan erkunden soll – werden auf das nun validierte TMAH-Verfahren setzen. Damit geht die Bestandsaufnahme der organischen Bausteine im Sonnensystem in die nächste entscheidende Runde.
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