Zusammenfassung:
Zwei aktuelle Studien, die in der internationalen Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurden, weisen darauf hin, dass Saturns Eismond Enceladus bei der Suche nach außerirdischem Leben optimistischere Aussichten aufweist als bisher angenommen. Untersuchungen haben ergeben, dass der Bildungsprozess der Eisstrahlen des Satelliten einem natürlichen Probenvorbereitungssystem ähnelt, das Meeresbestandteile effektiv trennen und konzentrieren kann, wodurch die Schwierigkeit der Erkennung von Biomarkern erheblich verringert wird. Gleichzeitig haben Laborsimulationsexperimente erfolgreich bestätigt, dass methanproduzierende Mikroorganismen in der Tiefsee der Erde in simulierten extrem alkalischen Umgebungen und restriktiven Bedingungen von Enceladus überleben und verstoffwechseln können.
Enceladus verbirgt einen globalen, flüssigen Ozean unter seiner gefrorenen Oberfläche und sprüht Wasserdampfwolken Hunderte von Kilometern durch den antarktischen Graben in den Weltraum, sodass Raumschiffe direkt Meeresproben entnehmen können, ohne kilometerlanges festes Eis durchbohren zu müssen. Frühere Cassini-Missionen haben die Wolke mehrmals durchquert und dabei Salze, organische Moleküle und Hinweise auf hydrothermale Aktivität am Meeresboden entdeckt.
In der ersten Studie unter der Leitung von Frank Postberg, einem Planetenforscher an der Freien Universität Berlin, kombinierte ein internationales Team Cassini-Beobachtungsdaten, experimentelle Physik und theoretische Modelle, um die physikalischen und chemischen Veränderungen der Wolkeneispartikel vor ihrem Abheben wiederherzustellen. Die Studie ergab, dass die winzigen Wassertröpfchen, die durch das Platzen von Blasen auf der Meeresoberfläche entstehen, mit dem Wasserdampf in den Eisspalten aufsteigen, nicht sofort als Ganzes gefrieren. Während des fortschreitenden Gefrierprozesses werden verschiedene ursprünglich im Meerwasser gelöste Substanzen physikalisch getrennt und angereichert, und verschiedene Salze (wie Natriumchlorid und Natriumcarbonat) und organische Komponenten werden in verschiedenen Bereichen der Wassertröpfchen ungleichmäßig verteilt. Diese Wassertröpfchen beschleunigen in den Rissen auf Tausende von Kilometern pro Stunde, kollidieren mit der Eiswand und zerfallen in Partikel von mehreren Mikrometern, was dazu führt, dass einige Eispartikel spezifische Bestandteile tragen, die viel höher sind als die Konzentration des ursprünglichen Meerwassers.
Wissenschaftliche Forscher wiesen darauf hin, dass dieser natürliche Konzentrationsmechanismus für die Suche nach Spuren von Leben von großer Bedeutung ist. Wenn Zelltrümmer oder mikrobielles Material im Meerwasser vorhanden sind, werden diese durch Gefrier- und Aufprallfragmentierungsprozesse ebenfalls getrennt und stark in eine sehr kleine Anzahl von Eispartikeln konzentriert. Dies bedeutet, dass künftige Detektoren keine gleichmäßig gemischte Durchschnittsprobe analysieren müssen, sondern in der Lage sein werden, wichtige biometrische Marker einfacher zu identifizieren, indem sie einzelne Partikel mithilfe vorhandener Erkennungstechnologie direkt scannen. Frühere relevante Bodensimulationstests haben bestätigt, dass spezielle luftgestützte Analyseinstrumente in der Lage sind, in solchen Einzelpartikeln enthaltene mikrobielle Zellebenensubstanzen vollständig zu erkennen.
In einer weiteren experimentellen Studie unter Leitung der Universität München (LMU) haben Wissenschaftler überprüft, ob die Meeresumgebung von Enceladus tatsächlich Lebensfunktionen unterstützt. Es wird angenommen, dass der Ozean von Enceladus durch eine extrem hohe Alkalität (pH-Wert von 10 bis 11), einen extrem niedrigen Sauerstoffgehalt und eine extrem niedrige Konzentration an gelöstem Kohlendioxid gekennzeichnet ist. Die Forscher stellten die spezielle wasserchemische Umgebung und den Wasser-Gesteins-Wechselwirkungsprozess im Labor weitgehend wieder her und führten eine Archaee aus den heißen Tiefseequellen der Erde ein – Methanothermococcus okinawensis. Der Mikroorganismus benötigt kein Sonnenlicht und keinen Sauerstoff und ist auf den Wasserstoff und das Kohlendioxid angewiesen, die bei der Wasser-Gesteins-Reaktion freigesetzt werden, um Methan zur Energiegewinnung zu produzieren.
Die experimentellen Ergebnisse übertrafen die Erwartungen des Forschungsteams. Der Mikroorganismus war zunächst nicht in der Lage, in einem Standardmedium mit extrem hohem pH-Wert und ohne Kohlendioxid zu wachsen. In einer vollständigen Simulation der geochemischen Umgebung von Enceladus (einschließlich eines Wasserstofffreisetzungssystems durch Wasser-Gesteins-Wechselwirkung) passte sich der Stamm jedoch erfolgreich an die extrem kohlendioxidarme Umgebung an, hielt den Stoffwechsel aufrecht und produzierte weiterhin Methan. Das Experiment liefert den direkten Beweis dafür, dass einer der ältesten Stoffwechselwege der Erde in der für Enceladus typischen extrem alkalischen Umgebung voll funktionsfähig ist.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass Enceladus nicht nur über flüssiges Wasser, chemischen Energieeintrag aus der Wasser-Gesteins-Wechselwirkung und reichlich organisches Material verfügt, sondern auch über natürliche Kanäle, die kontinuierlich hochkonzentrierte, angereicherte Proben in den Weltraum transportieren. Diese Ergebnisse bieten klare technische Leitlinien und theoretische Unterstützung für zukünftige Missionen zur Erkennung von Leben im Weltraum auf Enceladus.
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