Auf dem Mars wurde noch kein Leben gefunden, aber es ist spannend, die Umstände zu erforschen, unter denen dies möglich sein könnte. Ein Team unter Leitung der Technischen Universität Berlin (TU Berlin) mit dem Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) hat die zellulären Prozesse untersucht, die die Anpassung von Mikroorganismen an Perchlorate regulieren. Wenn Mikroorganismen ihre Stressreaktion genetisch an dieses in manchen Wüsten und auf dem Mars vorkommende Salz anpassen könnten, wäre ihr Überleben auf dem Roten Planeten möglich.
Das Papier des Teams, das ihre Studie beschreibt, wird in der Zeitschrift veröffentlicht Umweltmikrobiologie.
Das Leben, wie wir es kennen, erfordert Energie und die Verfügbarkeit von CHNOPS. Dieses Akronym steht für Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel. Auch Spurenelemente und flüssiges Wasser sind unverzichtbar. Vieles davon ist auf dem Mars verfügbar: Energie kann durch Sonnenlicht oder chemische Prozesse bereitgestellt werden, Kohlenstoff ist durch die dünne, aber kohlendioxidreiche Atmosphäre verfügbar, und andere essentielle Elemente sind auf der Planetenoberfläche im sogenannten Regolith reichlich vorhanden.
Flüssiges Wasser ist jedoch aufgrund des niedrigen atmosphärischen Drucks von etwa 6 Millibar (zum Vergleich, der durchschnittliche Luftdruck auf der Erde beträgt etwa 1 bar) und der durchschnittlichen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt eine Herausforderung. Eine der wenigen Möglichkeiten, Wasser in der Nähe der Marsoberfläche zu produzieren, besteht darin, vorübergehend stabile Salzlösungen durch Deliqueszenz zu bilden.
Dabei nimmt ein Salz Wasser aus der Atmosphäre auf und löst sich darin auf. Auf dem Mars gibt es viele hygroskopische Salze, darunter Perchlorate (ClO4-), die leicht Wasser aus der Atmosphäre absorbieren und den Gefrierpunkt von Wasser senken. Auch auf der Erde kommen sie gelegentlich in sehr trockenen Wüsten vor.
Dieses Wasser reicht theoretisch aus, um den Stoffwechsel bestimmter Gruppen von Mikroorganismen aufrechtzuerhalten. Allerdings lösen Perchlorate Stress in der Zelle aus, und auf welche Weise war bisher wenig bekannt.
„Um mögliches mikrobielles Leben auf dem Mars zu verstehen, ist es wichtig herauszufinden, wie Mikroorganismen mit solchen Stressoren umgehen, denn nur wenn sie eine gute Stressreaktion entwickeln, können die Mikroben mit den hohen Salzkonzentrationen fertig werden und die Salze wirklich nutzen, wie z B. Zerfließen und Gefrierpunktserniedrigung“, sagt Erstautor Jacob Heinz von der TU Berlin.
Das Forscherteam analysierte mit einem vom Robert-Koch-Institut (RKI) entwickelten Proteomik-Protokoll die Perchlorat-spezifische Stressantwort der Hefe Debaryomyces hansenii und verglich sie mit allgemein bekannten Anpassungen an Salzstress.
Die Forscher fanden heraus, dass die Stressreaktionen auf Natriumchlorid und Natriumperchlorat viele gemeinsame metabolische Merkmale aufweisen; zum Beispiel gleiche Signalwege, erhöhter Energiestoffwechsel oder die Bildung von Osmolyten.
„Wir haben aber auch mehrere neue Stressreaktionen identifiziert, die spezifisch für Perchlorat sind. Zum Beispiel Glykosylierung von Proteinen und Umbau der Zellwand, vermutlich um Proteinstrukturen und die Zellmembran zu stabilisieren. Auch diese Stressreaktionen wären vermutlich von großer Bedeutung Leben auf dem Mars“, erklärt Co-Autor Hans-Peter Grossart vom IGB.
„Wenn wir nach Leben auf dem Mars suchen, müssen wir aufgeschlossen sein, denn einheimische Marsmikroben – sofern vorhanden – sind sicherlich durch verschiedene biochemische Prozesse an die Umweltbedingungen auf dem Mars angepasst, die auf der Erde möglicherweise nicht vorkommen“, sagte Dirk Schulze-Makuch, Co-Autorin der Studie und Wissenschaftlerin am IGB und der TU Berlin. „Wenn wir aber untersuchen, wie Organismen auf der Erde mit den Stressfaktoren auf dem Mars wie Perchloraten umgehen, haben wir erste Hinweise darauf, wie das Leben auf dem Mars mit den schwierigen Umweltbedingungen fertig werden könnte.“
Mehr Informationen:
Jacob Heinz et al, Perchlorat‐spezifische proteomische Stressreaktionen von Debaryomyces hansenii könnten das Überleben von Mikroben in Marssole ermöglichen, Umweltmikrobiologie (2022). DOI: 10.1111/1462-2920.16152