Mars: Woher kommt das Methan?

Als der NASA-Marsrover Curiosity im Juni 2018 organische Moleküle auf dem Mars fand, war die Fachwelt begeistert. Es bedeutete, dass Leben auf dem roten Planeten irgend­wann einmal existiert haben oder auch jetzt noch möglich sein könnte. Vor Kurzem ergaben neuere Messungen von Curiosity, dass auch die Konzen­tra­tion des Stoff­wechsel­produkts Methan über das Jahr schwankt. Wer oder was produ­ziert also sporadisch das Methan? Erstmals konnte nun die Arbeits­gruppe des Astro­biologen Dirk Schulze-Makuch an der TU Berlin im Experi­ment nach­weisen, dass bestimmte Mikroben in mars­ähn­lichen, salz­haltigen Böden nicht nur über­leben, sondern auch Stoff­wechsel betreiben können – nur mit Kohlen­dioxid und Wasser­stoff als Energie- und Kraft­stoff­quellen – und nur mit den mini­malen Wasser­mengen, die das salz­haltige Gestein der Atmo­sphäre entzieht. Das Methan könnte also von ihnen stammen – eine weitere wichtige Einsicht auf der Suche nach Leben auf dem Mars.

„Die niedrige Durchschnitts­temperatur und Wasser­aktivität an der Ober­fläche des Mars machen es lebenden Organismen nicht leicht, in dieser Umgebung zu bestehen oder gar sich fort­zu­pflanzen“, so Schulze-Makuch. „Doch die Ergeb­nisse jüngerer Mars­missionen zeigen, dass die Umwelt­bedin­gungen zu bestimmten Zeiten und an bestimmten Orten des roten Planeten durchaus die unteren Grenzen über­schreiten, die Leben möglich machen.“ An der Mars­ober­fläche erlauben die Bedin­gungen das dauer­hafte Vor­handen­sein von flüssigem Wasser zwar nicht, doch es sei möglich, dass an einigen Stellen in Ober­flächen­nähe hygro­sko­pische Salze existieren, die der Umgebung Feuchtig­keit entziehen, zum Beispiel Morgen­fröste, und dass sich das Salz von fest zu flüssig wandelt. Das wurde auch von anderen Forschern bereits ange­nommen, zum Beispiel für die dunklen Streifen, die sporadisch an den steilen Wänden einiger Mars-Krater auftreten und für Fließ­spuren gehalten werden. Aus diesen Salzen könnten unter­irdische, ober­flächen­nah lebende Organismen ihren Wasser­bedarf stillen, so die Vermutung. 

Um solche Hypothesen zu über­prüfen, führt die Forschung Wissen­schaftler immer wieder in sehr abge­legene Regionen, deren Umwelt­bedin­gungen, denen auf dem Mars sehr ähnlich sind, beispiels­weise in die Atacama-Wüste in Chile, die McMurdo Dry Valleys in der Antarktis oder die Larse­mann Hills im Osten der Antarktis. „Die Unter­suchung dieser mars­analogen Umge­bungen und der dort vorhandenen Mikro­biota helfen, die Bewohn­barkeit von marsia­nischen Umgebungen zu bewerten“, so Schulze-Makuch. Diese Gebiete sind extrem trocken, aber gleich­zeitig salz­haltig. Sie sind von Mikro­ben­gemein­schaften besiedelt, die sich ihrer Umgebung so ange­passt haben, dass sie beginnen, Stoff­wechsel zu betreiben, sobald sie durch Deliques­zenz befeuchtet werden. Deliques­zenz ist das spezi­fische Vermögen bestimmter Stoffe, meist Salze, die relative Feuchte ihrer Umgebung zu beein­flussen.

Um zu testen, ob die von der Curiosity auf dem Mars gemessenen schwankenden Methan­konzen­tra­tionen von ober­flächen­nah lebenden Mikroben stammen könnten, entwickelten die Forscher ein geschlossenes Deliqueszenz-System mit in diesen mars­ähn­lichen Gegenden vorhandenen ausge­trockneten mars­analogen Substraten, hygro­sko­pischen Salzen und drei methano­genen Archaeen. Anschlie­ßend konnten sie messen, unter welchen Bedingungen die verschiedenen Mikroben zu Stoff­wechsel­aktivi­täten ange­regt wurden.

Das Ergebnis: Zwei von drei bakterien­ähnlichen Organismen haben reagiert, jeweils in verschie­denen Substraten und bei verschie­denen Tempera­turen. Das ließ die Fachwelt aufhorchen, denn bis heute wurden die Modell­organismen – inklusive methan­produ­zie­rende Mikroben – vor allem Stress­faktoren wie Aus­trocknung, Dürre, Hunger, Gefrier- und Auftau­zyklen, hohem Salz­gehalt, niedrigem Atmo­sphären­druck und erhöhten Strahlen­dosen aus­ge­setzt, um die Bewohn­bar­keit des Mars zu bewerten.

„Nach unserer Kenntnis gibt es jedoch keine Studie, die belegt, dass methano­gene Archaeen in einer ober­flächen­nahen Umgebung existieren können, in der Wasser nur durch Deliqueszenz verfügbar gemacht werden kann“, so Schulze-Makuch. „Wir konnten hier zum ersten Mal zeigen, dass allein das durch die Deliqueszenz bereit­gestellte Wasser ausreicht, um methano­gene Archaeen unter diesen extremen Bedingungen erneut zu hydrieren, quasi wieder zum Leben zu erwecken, und deren Stoff­wechsel in einer Umgebung zu reakti­vieren, wie sie nahe unter der Ober­fläche des Mars existiert.“

TU Berlin / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung:
  D. Maus et al.: Methanogenic Archaea Can Produce Methane in Deliquescence-Driven Mars Analog Environments, Sci. Rep. 10, 6 (2020); DOI: 10.1038/s41598-019-56267-4
• Planetarische Habitabilität and Astrobiologie, Zentrum für Astronomie und Astrophysik, Technische Universität Berlin