Der Curiosity-Rover nimmt eine Bestandsaufnahme der wichtigsten Lebensbestandteile auf dem Mars vor

Wissenschaftler, die Daten des NASA-Rover Curiosity verwenden, haben zum ersten Mal den gesamten organischen Kohlenstoff – eine Schlüsselkomponente in den Molekülen des Lebens – in Marsgestein gemessen.

„Der gesamte organische Kohlenstoff ist eine von mehreren Messungen [or indices] die uns helfen zu verstehen, wie viel Material als Ausgangsmaterial für die präbiotische Chemie und möglicherweise die Biologie verfügbar ist“, sagte Jennifer Stern vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Wir haben mindestens 200 bis 273 Teile pro Million organischen Kohlenstoffs gefunden. Dies ist vergleichbar mit oder sogar mehr als die Menge, die in Gesteinen an Orten mit sehr geringem Leben auf der Erde gefunden wurde, wie etwa in Teilen der Atacama-Wüste in Südamerika, und mehr als in Mars-Meteoriten nachgewiesen wurde.

Organischer Kohlenstoff ist an ein Wasserstoffatom gebundener Kohlenstoff. Es ist die Grundlage für organische Moleküle, die von allen bekannten Lebensformen geschaffen und genutzt werden. Organischer Kohlenstoff auf dem Mars beweist jedoch nicht die Existenz von Leben dort, da er auch aus nicht lebenden Quellen wie Meteoriten und Vulkanen stammen oder durch Oberflächenreaktionen an Ort und Stelle gebildet werden kann. Organischer Kohlenstoff wurde schon früher auf dem Mars gefunden, aber frühere Messungen lieferten nur Informationen zu bestimmten Verbindungen oder stellten Messungen dar, die nur einen Teil des Kohlenstoffs im Gestein erfassten. Die neue Messung gibt die Gesamtmenge an organischem Kohlenstoff in diesen Gesteinen an.

Obwohl die Oberfläche des Mars heute für Leben unwirtlich ist, gibt es Hinweise darauf, dass das Klima vor Milliarden von Jahren erdähnlicher war, mit einer dickeren Atmosphäre und flüssigem Wasser, das in Flüsse und Meere floss. Da flüssiges Wasser für das Leben, wie wir es verstehen, notwendig ist, glauben Wissenschaftler, dass das Leben auf dem Mars, falls es sich jemals entwickelt hätte, durch Schlüsselbestandteile wie organischen Kohlenstoff aufrechterhalten werden könnte, wenn es in ausreichender Menge vorhanden wäre.

Curiosity bringt das Gebiet der Astrobiologie voran, indem es die Bewohnbarkeit des Mars untersucht, sein Klima und seine Geologie untersucht. Der Rover bohrte Proben aus 3,5 Milliarden Jahre alten Tonsteinfelsen in der Yellowknife Bay-Formation des Gale-Kraters, dem Standort eines alten Sees auf dem Mars. Schlammstein im Gale-Krater wurde als sehr feines Sediment (durch physikalische und chemische Verwitterung von Vulkangestein) in Wasser gebildet, das sich auf dem Grund eines Sees abgesetzt und begraben wurde. Organischer Kohlenstoff war Teil dieses Materials und wurde in den Tonstein eingebaut. Neben flüssigem Wasser und organischem Kohlenstoff wies der Gale-Krater andere Bedingungen auf, die dem Leben förderlich waren, wie chemische Energiequellen, geringer Säuregehalt und andere für die Biologie wesentliche Elemente wie Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. „Grundsätzlich hätte dieser Ort eine bewohnbare Umgebung für das Leben geboten, wenn er jemals vorhanden gewesen wäre“, sagte Stern, Hauptautor eines Papiers über diese Forschung, das am 27. Juni in der veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences.

Um die Messung durchzuführen, lieferte Curiosity die Probe an sein Sample Analysis at Mars (SAM)-Instrument, wo ein Ofen das pulverisierte Gestein auf immer höhere Temperaturen erhitzte. Dieses Experiment verwendete Sauerstoff und Wärme, um den organischen Kohlenstoff in Kohlendioxid (CO2) umzuwandeln, dessen Menge gemessen wird, um die Menge an organischem Kohlenstoff im Gestein zu ermitteln. Durch das Hinzufügen von Sauerstoff und Wärme können die Kohlenstoffmoleküle auseinanderbrechen und Kohlenstoff mit Sauerstoff reagieren, um CO2 zu erzeugen. Ein Teil des Kohlenstoffs ist in Mineralien eingeschlossen, sodass der Ofen die Probe auf sehr hohe Temperaturen erhitzt, um diese Mineralien zu zersetzen und den Kohlenstoff freizusetzen, um ihn in CO2 umzuwandeln. Das Experiment wurde 2014 durchgeführt, erforderte jedoch jahrelange Analysen, um die Daten zu verstehen und die Ergebnisse in den Kontext der anderen Entdeckungen der Mission am Krater Gale zu stellen. Das ressourcenintensive Experiment wurde nur einmal während der 10 Jahre von Curiosity auf dem Mars durchgeführt.

Dieser Prozess ermöglichte es SAM auch, die Kohlenstoffisotopenverhältnisse zu messen, die helfen, die Quelle des Kohlenstoffs zu verstehen. Isotope sind Versionen eines Elements mit leicht unterschiedlichen Gewichten (Massen) aufgrund des Vorhandenseins eines oder mehrerer zusätzlicher Neutronen im Zentrum (Kern) ihrer Atome. Zum Beispiel hat Kohlenstoff-12 sechs Neutronen, während der schwerere Kohlenstoff-13 sieben Neutronen hat. Da schwerere Isotope tendenziell etwas langsamer reagieren als leichtere Isotope, ist der Kohlenstoff des Lebens reicher an Kohlenstoff-12. „In diesem Fall kann uns die Isotopenzusammensetzung eigentlich nur sagen, welcher Anteil des Gesamtkohlenstoffs organischer und welcher mineralischer Kohlenstoff ist“, sagt Stern. „Während die Biologie nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, können Isotope auch nicht wirklich verwendet werden, um einen biologischen Ursprung für diesen Kohlenstoff zu unterstützen, da sich das Verbreitungsgebiet mit magmatischem (vulkanischem) Kohlenstoff und meteoritischem organischem Material überschneidet, die höchstwahrscheinlich die Quelle dafür sind organischer Kohlenstoff.“