Roboter-Rover erkunden derzeit die Marsoberfläche. Ein Teil der Mission eines Rovers besteht darin, den Planeten nach Lebenszeichen zu durchsuchen. Vielleicht gibt es nichts zu finden – aber was ist, wenn es doch eines gibt und die Rover es einfach nicht „sehen“ können?
Neue Forschungsergebnisse, die heute in veröffentlicht wurden Naturkommunikation deutet darauf hin, dass die derzeitige Ausrüstung der Rover möglicherweise nicht der Aufgabe gewachsen ist, Beweise für Leben zu finden.
Als Mikrobiologe für extreme Umweltbedingungen sind mir die Herausforderungen der Suche nach Leben dort, wo es nahezu unmöglich scheint, vertraut.
In der Astrobiologie untersuchen wir die Vielfalt des Lebens an Orten auf der Erde mit ökologischen oder physikalischen Merkmalen, die Regionen ähneln, die bereits auf dem Mars beschrieben wurden. Wir nennen diese terrestrischen Umgebungen „Mars-Analog“-Standorte.
Nachweisgrenzen
Die neue Forschung unter der Leitung von Armando Azua-Bustos am Zentrum für Astrobiologie in Madrid testete die hochentwickelten Instrumente, die derzeit von den NASA-Rovern Curiosity und Perseverance verwendet werden – sowie einige neuere Laborgeräte, die für zukünftige Analysen geplant sind – im Mars-Analogon des Atacama-Wüste.
Azua-Bustos und Kollegen stellten fest, dass die Testbed-Ausrüstung der Rover – Werkzeuge zur Analyse von Proben im Feld – nur begrenzt in der Lage war, die Spuren von Leben zu erkennen, die wir auf dem Roten Planeten erwarten könnten. Sie konnten die mineralischen Bestandteile der Proben nachweisen, organische Moleküle jedoch nicht immer.
Im Fall meines Teams sind unsere Mars-Analogstandorte die kalten und hypertrockenen Wüsten der Dry Valleys und Windmill Islands in der Antarktis.
Lebensspuren sind in der Atacama-Wüste rar.
An diesen beiden Orten existiert trotz extremer Belastungen Leben. Angesichts der rauen Bedingungen und des Mangels an vorhandenem mikrobiellen Leben ist es schwierig, Beweise für Leben zu finden.
Zunächst müssen wir die biologischen und physikalischen Grenzen des Lebens definieren, das in analogen „extremen“ Umgebungen existiert (und entdeckt wird). Dann müssen wir Werkzeuge entwickeln, um die „Biosignaturen“ des Lebens zu identifizieren. Dazu gehören organische Moleküle wie Lipide, Nukleinsäuren und Proteine. Schließlich bestimmen wir, wie empfindlich Werkzeuge sein müssen, um diese Biosignaturen auf der Erde und auch auf dem Mars zu erkennen. Dies zeigt uns die Grenzen unserer Erkennung.
Die Suche nach einem dunklen Mikrobiom
In meinem Bereich der extremen Mikrobiologie ist „mikrobielle dunkle Materie“, wenn die Mehrheit der mikroskopischen Organismen in einer Probe nicht isoliert und/oder charakterisiert wurde. Um sie zu identifizieren, müssen wir Next-Generation-Sequencing definieren. Das Team von Azua-Bustos geht noch einen Schritt weiter und schlägt ein „dunkles Mikrobiom“ vor, das potenziell ausgestorbene Reliktarten der Erde enthält.
Das Team von Azua-Bustos fand heraus, dass ausgeklügelte Labortechniken ein dunkles Mikrobiom in marsähnlichen, hyperariden Bodenproben der Atacama-Wüste nachweisen könnten. Die aktuelle Ausrüstung der Rover wäre jedoch nicht in der Lage, es auf dem Mars zu erkennen.
In Proben mit solch knapper Biomasse verwenden wir hochempfindliche Labormethoden, um mikrobielles Leben nachzuweisen, einschließlich Gensequenzierung und Visualisierung von Zellen mittels mikroskopischer Analyse. Prototypen für die Genomsequenzierung im Feld werden entwickelt, aber sie haben noch nicht die Empfindlichkeit, die für Proben mit geringer Biomasse erforderlich ist.
Anderer Planet, andere Regeln
Die Suche nach Leben auf anderen Planeten hängt auch von unserem Verständnis ab, was Leben braucht, um zu existieren einfachste Liste Energie, Kohlenstoff und flüssiges Wasser.
Auf der Erde nutzen die meisten Organismen die Photosynthese, um Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen. Dieser Prozess erfordert Wasser, das in trockenen Wüstenumgebungen wie der Antarktis und der Atacama-Wüste – und höchstwahrscheinlich dem Mars – fast nicht verfügbar ist. Wir glauben, dass ein Prozess, den wir „atmosphärische Chemosynthese“ nennen, diese Lücke füllen könnte.
Mein Team entdeckte die atmosphärische Chemosynthese zuerst in den kalten Wüstenböden der Antarktis. Bei diesem übersehenen Stoffwechselprozess werden Bakterien buchstäblich „leben in dünner Luft„durch den Verbrauch von Spuren von Wasserstoff- und Kohlenmonoxidgas aus der Atmosphäre.
Wir glauben, dass trockene Wüstenmikrobiome auf diesen Prozess sowohl für Energie als auch für Wasser angewiesen sein können, das ein Nebenprodukt des Prozesses ist. Ökosysteme wie die, die wir in der Antarktis gefunden haben, bieten jetzt eines der größten Vielversprechende ökologische Modelle auf der Suche nach marsianischem Leben.
Wir glauben jetzt, dass es im eiszementierten Untergrund des Mars Potenzial für Leben gibt. Mein Team – zusammen mit Mitarbeitern der NASA und der University of Pretoria –planen zu untersuchen Dies im University Valley der Antarktis, indem die Umweltgrenzen für Energie, Stoffwechselwasser und Kohlenstoffproduktion durch den Verbrauch von Spurengasen definiert werden.
Wir werden nicht finden, was wir nicht definieren können
Unser neues Wissen über die Biosignaturen von Zielen und die Empfindlichkeit, die zu ihrer Erkennung erforderlich ist, wird entscheidend sein, wenn es darum geht, zukünftige Instrumente zu entwerfen oder zu optimieren, die bei Missionen eingesetzt werden sollen, die darauf abzielen, Leben zu finden.
Das Ziel zukünftiger Missionen zum Mars, einschließlich der Icebreaker-Leben Die für 2026 geplante Mission soll nach Beweisen für Leben suchen. Die Icebreaker Life wird eiszementierten Boden, ähnlich dem trockenen Permafrost in der Antarktis, beproben, und wenn sie Anzeichen von Leben erkennt, wäre eine Mars Sample Return-Mission von hoher Priorität.
Die Rücksendung von Proben zur Laboranalyse auf die Erde ist riskant. Wie wir bei unseren Bodenproben aus der Antarktis festgestellt haben, können Herausforderungen Kontamination, Aufrechterhaltung niedriger Temperaturen während des Transports und die Notwendigkeit spezialisierter Quarantänelabors umfassen, um Proben zu analysieren, ohne sie zu zerstören.
Aber wie Asua-Bustos andeutet, könnte das Bringen von Proben zur Erde für detaillierte Laboranalysen der einzig sichere Weg sein, um die Anwesenheit (oder frühere Anwesenheit) von Leben zu erkennen – oder auszuschließen.
Mehr Informationen:
Armando Azua-Bustos, Dunkles Mikrobiom und extrem niedrige organische Stoffe im fossilen Delta von Atacama enthüllen Nachweisgrenzen für Marsleben, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36172-1. www.nature.com/articles/s41467-023-36172-1
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