Mars-Rover Curiosity findet Kohlenstoffverbindungen – ein Zeichen von Leben?

Der Mars-Rover Curiosity der US-Raumfahrtbehörde NASA hat einen faszinierenden Fund auf dem Mars gemacht. In Bodenproben, die vom Rover analysiert wurden, hat man eine große Menge eines Kohlenstoff-Isotops festgestellt. Auf der Erde wäre das Vorhandensein dieses Kohlenstoff-Isotops ein Zeichen von Leben. Gab es eventuell alte Bakterien auf dem Mars, die den Kohlenstoff produziert haben?

Der Mars-Rover Curiosity landete am 6. August 2012 auf dem Planeten Mars. Seitdem forscht der Rover mit seinen Instrumenten des Mars Science Laboratory im Gale Krater und schickt auch Fotos. Am 18. Januar 2022 hat die NASA dann auf dem Twitter-Kanal des Rovers folgende Meldung abgesetzt. Der Text des Tweets lautet:

Kurioser und kurioser! Ich habe Proben mit ungewöhnlichen Kohlenstoffisotopen gefunden, die für das Verständnis der Entwicklung von Planeten von entscheidender Bedeutung sind. Auf der Erde ist dies mit Leben verbunden, aber es kann auch durch die Geologie entstanden sein. Was bedeutet das für den Mars? Ah, das ist das große Rätsel!

Der Hintergrund: Nach der Analyse von pulverförmigen Gesteinsproben, die der NASA-Rover Curiosity von der Marsoberfläche entnommen hat, haben Wissenschaftler bekannt gegeben, dass mehrere der Proben reich an einer Art von Kohlenstoff sind, die auf der Erde mit biologischen Prozessen in Verbindung gebracht wird.

Auf der Erde bedeutet es Leben

Die Lebewesen auf der Erde verwenden das kleinere, leichtere Kohlenstoff-12-Atom für den Stoffwechsel der Nahrung oder die Photosynthese im Gegensatz zum schwereren Kohlenstoff-13-Atom. Wenn also in alten Gesteinen deutlich mehr Kohlenstoff-12 als Kohlenstoff-13 vorhanden ist, deutet dies zusammen mit anderen Anzeichen darauf hin, dass es sich um Signaturen der Chemie des Lebens handelt. Anhand des Verhältnisses dieser beiden Kohlenstoffisotope können Wissenschaftler auf der Erde feststellen, um welche Art von Leben es sich handelt und in welcher Umgebung es gelebt hat.

Auf dem Mars stellten die Curiosity-Forscher fest, dass fast die Hälfte ihrer Proben überraschend große Mengen an Kohlenstoff-12 enthielt, verglichen mit dem, was Wissenschaftler in der Marsatmosphäre und in Meteoriten gemessen haben. Diese Proben stammten von fünf verschiedenen Stellen im Gale-Krater, berichten die Forscher, die möglicherweise damit zusammenhängen, dass alle Stellen gut erhaltene, alte Oberflächen aufweisen.

"Auf der Erde sind die Prozesse, die das Kohlenstoffsignal erzeugen, das wir auf dem Mars entdecken, biologisch", so House. "Wir müssen herausfinden, ob die gleiche Erklärung auch für den Mars gilt oder ob es andere Erklärungen gibt, denn der Mars ist ganz anders.

Der Mars ist einzigartig, weil er vor 4,5 Milliarden Jahren mit einer anderen Mischung von Kohlenstoffisotopen als die Erde begonnen hat. Der Mars ist kleiner, kühler, hat eine geringere Schwerkraft und andere Gase in seiner Atmosphäre. Außerdem könnte sich der Kohlenstoff auf dem Mars im Kreislauf befinden, ohne dass Leben im Spiel ist.

"Es gibt einen großen Teil des Kohlenstoffkreislaufs auf der Erde, an dem Leben beteiligt ist, und wegen des Lebens gibt es einen Teil des Kohlenstoffkreislaufs auf der Erde, den wir nicht verstehen können, denn überall, wo wir hinschauen, gibt es Leben", sagte Andrew Steele, ein Curiosity-Wissenschaftler an der Carnegie Institution for Science in Washington, D.C.

Die Entdeckung ist nicht eindeutig für Leben

Die Entdeckung ist zwar faszinierend, deutet aber nicht zwangsläufig auf uraltes Leben auf dem Mars hin, schreibt die NASA hier. Denn die Wissenschaftler haben bisher noch keine schlüssigen Beweise für frühere oder aktuelle Biologie gefunden. Dies wären z. B. sedimentäre Gesteinsformationen, die von uralten Bakterien erzeugt wurden, oder eine Vielfalt komplexer organischer Moleküle, die von Leben gebildet wurden.

Paul Mahaffy, der bis zu seiner Pensionierung vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, im Dezember 2021 als leitender Forscher des Chemielabors Sample Analysis at Mars (SAM) an Bord von Curiosity tätig war, meint dazu:

Wir finden Dinge auf dem Mars, die äußerst interessant sind, aber wir bräuchten wirklich mehr Beweise, um sagen zu können, dass wir Leben identifiziert haben. Wir untersuchen also, was sonst die Kohlenstoffsignatur, die wir sehen, verursacht haben könnte, wenn nicht Leben.

In einem Bericht über ihre Ergebnisse, der am 18. Januar in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wird, bieten die Wissenschaftler von Curiosity mehrere Erklärungen für die entdeckt ungewöhnlichen Kohlenstoffsignale an. Ihre Hypothesen stützen sich zum Teil auf Kohlenstoffsignaturen auf der Erde, aber die Wissenschaftler warnen, dass die beiden Planeten so unterschiedlich sind, dass sie keine endgültigen Schlussfolgerungen anhand von Beispielen auf der Erde ziehen können.

"Das Schwierigste ist, sich von der Erde zu lösen und unsere Voreingenommenheit loszulassen und wirklich zu versuchen, die Grundlagen der Chemie, der Physik und der Umweltprozesse auf dem Mars zu ergründen", sagte die Goddard-Astrobiologe Jennifer L. Eigenbrode, die an der Kohlenstoffstudie beteiligt war. Zuvor leitete Eigenbrode ein internationales Team von Curiosity-Wissenschaftlern bei der Entdeckung unzähliger organischer Moleküle – die Kohlenstoff enthalten – auf der Marsoberfläche. "Wir müssen unseren Geist öffnen und über den Tellerrand hinausschauen", sagte Eigenbrode, "und genau das tut diese Arbeit."

Die biologische Erklärung, die die Curiosity-Wissenschaftler in ihrer Veröffentlichung präsentieren, ist vom Leben auf der Erde inspiriert. Dabei geht es um uralte Bakterien auf der Oberfläche, die eine einzigartige Kohlenstoffsignatur erzeugt hätten, als sie Methan in die Atmosphäre freisetzten, wo ultraviolettes Licht das Gas in größere, komplexere Moleküle umgewandelt hätte. Diese neuen Moleküle wären auf die Oberfläche herabgeregnet und könnten nun mit ihrer eindeutigen Kohlenstoffsignatur in den Gesteinen des Mars erhalten bleiben.

Zwei andere Hypothesen bieten nicht-biologische Erklärungen. Die eine besagt, dass die Kohlenstoffsignatur durch die Wechselwirkung von ultraviolettem Licht mit Kohlendioxidgas in der Marsatmosphäre entstanden sein könnte, wobei neue kohlenstoffhaltige Moleküle entstanden, die sich an der Oberfläche abgesetzt hätten. Die andere spekuliert, dass der Kohlenstoff von einem seltenen Ereignis vor Hunderten von Millionen Jahren zurückgeblieben sein könnte, als das Sonnensystem eine riesige Molekülwolke durchquerte, die reich an der entdeckten Kohlenstoffart war.

"Alle drei Erklärungen passen zu den Daten", sagte Christopher House, ein Curiosity-Wissenschaftler an der Pennsylvania State University, der die Kohlenstoffstudie leitete. "Wir brauchen einfach mehr Daten, um sie auszuschließen oder zu bestätigen. Der gesamte Text der NASA-Mitteilung ist hier in Englisch nachlesbar. Die Kollegen von heise haben das Thema in diesem deutschsprachigen Beitrag aufgegriffen, und einen weiteren Beitrag gibt es hier.

Um den Kohlenstoff auf der Marsoberfläche zu analysieren, verwendete das Team von House das Tunable Laser Spectrometer (TLS) im SAM-Labor. SAM erhitzte 24 Proben von geologisch unterschiedlichen Orten im Gale-Krater des Planeten auf etwa 1.500 Grad Fahrenheit oder 850 Grad Celsius, um die Gase im Inneren freizusetzen. Anschließend maß das TLS die Isotope eines Teils des reduzierten Kohlenstoffs, der durch den Erhitzungsprozess freigesetzt wurde. Isotope sind Atome eines Elements, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Neutronenzahl unterschiedliche Massen haben. Sie sind wichtig für das Verständnis der chemischen und biologischen Entwicklung von Planeten.

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Die Entdeckung ist nicht eindeutig für Leben

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