Marsstaub als Lebensgrundlage? Kein Problem für bestimmte Bakterien

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des ZARM-Wissenschaftlers Dr. Cyprien Verseux hat eine Cyanobakterien-Unterart identifiziert, die sich am besten für den Einsatz in einem biologischen Lebenserhaltungssystem zu eignen scheint, das es Menschen ermöglichen würde, auf dem Mars zu überleben. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Angewandte und Umweltmikrobiologie.

Auf den ersten Blick scheint die unwirtliche Umgebung des Roten Planeten nur wenige nutzbare Ressourcen für ein Lebenserhaltungssystem oder die Nahrungsmittelproduktion bereitzuhalten. Aber die kohlenstoffreiche (95 %), stickstoffhaltige Atmosphäre und der rote Regolithboden, reich an Eisen und einer Fülle anderer Metalle und Mineralien, sind für solche Bioprozesse geeignet – und der Schlüssel dazu sind Cyanobakterien. Während sie auf der Erde oft als lästige Blaualgen in Erscheinung treten und uns das sommerliche Badevergnügen vermiesen, können sie im Kontext des Mars als Überlebenskünstler bezeichnet werden. Gefüttert mit Marsstaub und -atmosphäre und mit der Fähigkeit zur Photosynthese könnten einige Mikroorganismen innerhalb dieses Stammes Sauerstoff produzieren und Biomasse bilden, die verschiedenen Zwecken dienen könnte – einschließlich der Nahrungsmittelproduktion.

„Wenn Menschen zum Mars gehen, müssen wir sie mit großen Mengen an Verbrauchsgütern versorgen: Nahrung, Wasser, Sauerstoff und manchmal Medikamente. Und wenn unsere Präsenz dort nachhaltig sein soll, kann all das nicht von der Erde kommen, die Kosten und Risiken wäre zu hoch“, sagt Dr. Cyprien Verseux, Leiter des Labors für Angewandte Weltraummikrobiologie am Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen.

Was macht das Modellbakterium so besonders?

Der Ansatz, ein auf Cyanobakterien basierendes Lebenserhaltungssystem zu entwickeln, ist in der Weltraumforschung nicht neu, doch der Fortschritt auf diesem Gebiet wurde durch das Fehlen eines gemeinsamen Modellbakteriums verlangsamt – der Stamm der Cyanobakterien zählt Tausende von Arten. Cyprien Verseux und seine Kollegen haben nun den Cyanobakterienstamm Anabaena sp. PCC 7938 als vielversprechend für ein Lebenserhaltungssystem auf dem Mars. Sie schlagen vor, dass es das gemeinsame Modell sein könnte, das das Feld braucht.

Verseux erklärt, wie sie zu den Ergebnissen kamen: „Wir haben zunächst einige Cyanobakterien-Stämme auf der Grundlage bereits vorhandener Erkenntnisse vorselektiert. Wir haben dann nach Erkenntnissen über die genomische DNA dieser Stämme gesucht und sie schließlich durch eine Reihe von Experimenten im Labor verglichen. Kurz gesagt hatten wir zwei Gruppen von Kriterien: Die erste betraf die Fähigkeit der Cyanobakterien, sich von den auf dem Mars verfügbaren Ressourcen zu ernähren, die zweite betraf ihre Fähigkeit, das Wachstum anderer Organismen wie essbarer Pflanzen und anderer Bakterien zu unterstützen, was sehr wertvoll wäre konnte aber die Ressourcen des Mars nicht so direkt nutzen.“

Für den letzteren Punkt gelang es dem Team unter anderem, Wasserlinsen als höhere, nährstoffreiche Pflanze zu kultivieren, wobei Extrakte aus der Cyanobakterien-Biomasse als einziges Ausgangsmaterial verwendet wurden.

„Diese Pflanze wächst extrem schnell und ist vollständig essbar, was sie zu einem erstklassigen Kandidaten für die Landwirtschaft auf dem Mars macht. Als lustige Tatsache haben wir unsere Wasserlinse tatsächlich aus einem Bach im Bremer Landschaftspark isoliert“, sagte Tiago Ramalho, ebenfalls Wissenschaftler am ZARM und Erstautor der Studie.

Mit diesen Erkenntnissen hofft das Wissenschaftsteam, die Forschung zu den sogenannten In-situ-Ressourcennutzungsprozessen für den Mars voranzutreiben – also der Nutzung von Ressourcen, die auf dem Roten Planeten heimisch sind. Für Cyprien Verseux ist die Perspektive klar: „Unsere Arbeit und die von Kollegen auf diesem Gebiet hat vielversprechende Konzeptnachweise erbracht. Es scheint, dass Cyanobakterien tatsächlich aus marsianischen Ressourcen gefüttert und dann dazu verwendet werden könnten, andere Bioprozesse zu füttern Aber zu wissen, dass dieses System überhaupt funktionieren könnte, reicht nicht aus: Wir müssen es verbessern, prüfen, ob es effizient genug sein könnte, um es in Missionen zum Mars zu integrieren, und wenn ja, praktische Lösungen entwickeln – einschließlich Hardware und Prozesse .“

Sie möchten auch die biologischen Mechanismen besser verstehen, die den ausgewählten Stamm von Anabaena sp. PCC 7938 so wertvoll. „Die Dinge fangen gerade erst an, und die Menge der verbleibenden Forschungsarbeit könnte entmutigend sein. Glücklicherweise geht sie in Richtung einer hochgradig kollaborativen Anstrengung: Die Zahl der Teams, die zu Cyanobakterien-basierten Lebenserhaltungssystemen beitragen, nimmt rapide zu“, sagte Verseux. Das ZARM-Team hofft, dass sein Modellstamm es einfacher machen wird, Ergebnisse zu vergleichen und auf der Arbeit der anderen aufzubauen.

Bereitgestellt vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM)