Ein neues Ergebnis unter Verwendung von Meteoriten als Forschungsobjekt zeigt, dass typische organische Moleküle, die von Tieren und Pflanzen stammen, in Meteoriten ein Phänomen des „chiralen Gleichgewichts“ aufweisen. Die Ursache könnte mit der Verschmutzung der Erdatmosphäre durch Ölverbrennung zusammenhängen. Diese unerwartete Entdeckung liefert nicht nur eine wichtige Kalibrierungsgrundlage für die bevorstehende Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zur Entdeckung von Leben auf dem Mars, sondern könnte auch den technischen Weg der wissenschaftlichen Gemeinschaft bei der Suche nach antikem Leben auf dem Mars verändern.
Es wird allgemein angenommen, dass der Mars vor Milliarden von Jahren ganz anders war als heute: Er war wärmer und feuchter, mit einer dickeren Atmosphäre, fließendem Wasser auf der Oberfläche und Bedingungen, die einfaches mikrobielles Leben ermöglicht haben könnten. Bisher haben mehrere amerikanische Marsrover organische Moleküle in Marsgesteinen entdeckt. Diese organischen Verbindungen können jedoch aus Lebensaktivitäten stammen oder auf natürliche Weise durch nicht lebende chemische Prozesse erzeugt werden. Daher gibt es keinen direkten Beweis dafür, dass es einst Leben auf dem Mars gab.
Im Jahr 2025 fotografierten Wissenschaftler kleine dunkle Flecken auf einem Felsen im Jezero-Krater auf dem Mars. Ihre Form ähnelte „Leopardenflecken“ und könnte organische oder mikrobielle Eigenschaften haben. Die Forscher sammelten sofort Proben und planten, zur eingehenden Analyse zur Erde zurückzukehren, um zu bestätigen, ob sich darin Spuren antiken Lebens befinden. Aufgrund von Finanzierungsproblemen hat die NASA die Mars-Probenrückführungsmission im Juni 2026 jedoch aus ihrer geplanten Planung gestrichen, sodass das Schicksal dieser potenziell kritischen Probe vorübergehend ungeklärt bleibt.
Das von der ESA geleitete Programm „ExoMars“ hat dagegen einen anderen Weg eingeschlagen. Der geplante Rover „Rosalind Franklin“ soll im Jahr 2030 in der lehmreichen Oxia Planum-Region nahe dem Äquator des Mars eintreffen, wo es vermutlich schon lange fließendes Wasser gab. Eine der wichtigen Aufgaben des Mars-Rover besteht darin, mit dem Mars Organic Molecular Analyzer (MOMA) an Bord nach organischen Molekülen zu suchen, die auf antikes Leben in unter der Erde gebohrten Kernproben hinweisen könnten.
Ein gemeinsames Team bestehend aus dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Deutschland, der Universität Göttingen und der Universität Nizza Côte d'Azur in Frankreich hat kürzlich die MOMA-Messmethode durch die Analyse von Marsmeteoriten getestet und optimiert. MOMA besteht aus einer Kombination aus Gaschromatographie, Massenspektrometrie, einem kleinen Heizofen und einem Laseranregungssystem. Es kann flüchtige Verbindungen trennen und identifizieren, die durch Erhitzen nach dem Bohren von Gesteinsproben auf dem Marsrover freigesetzt werden.
Das Leben auf dem Mars zu charakterisieren ist keine leichte Aufgabe. Wissenschaftler müssen unterscheiden, ob alte organische Moleküle von einst existierenden lebenden Organismen produziert wurden oder ob sie rein aus natürlichen chemischen Prozessen entstanden sind. Zu diesem Zweck richtete das Forschungsteam seine Aufmerksamkeit auf zwei stabile Kohlenwasserstoffe: Pristan (C19H40) und Phytan (C20H42). Auf der Erde stammen diese beiden Moleküle weitgehend aus lebenden Organismen und kommen häufig in Erdöl vor. Sie gelten als klassische molekulare „Fingerabdrücke“ zum Nachweis uralter biologischer Aktivitäten.
„Wenn es einst Leben auf dem Mars gab, sind Moleküle wie Palman und Phytan wahrscheinlich bis heute als wichtige molekulare Biomarker erhalten geblieben.“ Guillaume Leseigneur, einer der ersten Autoren der Forschungsarbeit und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, sagte. Noch wichtiger ist, dass dieser Molekültyp „chirale“ Eigenschaften aufweist, das heißt, es gibt zwei Konfigurationen (Enantiomere), die Spiegelbilder voneinander sind, ähnlich der Beziehung zwischen linker und rechter Hand – die Strukturelemente sind gleich, aber die räumliche Anordnung ist unterschiedlich.
Mitarbeiter Uwe Meierhenrich von der Universität der Côte d'Azur weist darauf hin, dass Chiralität ein besonders wertvolles Werkzeug bei der Suche nach außerirdischem Leben ist. In biologischen Systemen liegen chirale Moleküle meist fast ausschließlich in einer der „chiralen Formen“ vor, die durch biologische Replikation und Stoffwechselmechanismen bestimmt wird; Wenn in einer Probe ein bestimmtes Molekül mit einer offensichtlichen einzelchiralen Tendenz beobachtet wird, ist es wahrscheinlich, dass es mit Lebensprozessen zusammenhängt. Wenn ein Molekül dagegen durch einen nicht-biochemischen Prozess hergestellt wird, existieren seine beiden spiegelbildlichen Formen oft in nahezu gleichen Anteilen nebeneinander, was als Racemat bezeichnet wird.
MOMA auf dem Marsrover Rosalind Franklin nutzt chirale Trennung, um zu identifizieren, ob solche Moleküle Spuren von Leben haben. Der Gaschromatographieteil des Instruments ist mit speziell beschichteten Kapillarröhrchen ausgestattet. Wenn das nach dem Erhitzen der Probe freigesetzte Gas durch diese Kapillarröhrchen strömt, interagieren unterschiedliche chirale Konfigurationen unterschiedlich stark mit der Beschichtung und passieren das Röhrchen daher mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wodurch eine Trennung und Differenzierung der Enantiomere erreicht wird.
In den neuesten Experimenten gelang es den Forschern erstmals, die verschiedenen chiralen Formen von Palmitan und Phytan mithilfe einer Nachbildung einer MOMA-Kapillare erfolgreich zu trennen. Da die chemischen Eigenschaften dieser beiden Moleküle recht stabil und schwer zu zersetzen oder umzuwandeln sind, erfordert die Trennung ihrer chiralen Konfigurationen in komplexen Proben eine extrem hohe Geräteempfindlichkeit und präzise Messbedingungen. „Die Trennung der Enantiomere von Palmitan und Phytan stellt hohe Anforderungen an die Geräteleistung, und unsere Experimente zeigen, dass MOMA dieser Aufgabe gewachsen ist.“ sagte Fatma Yesil Sahan, Mitglied des MOMA-Teams am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.
Um Marsgesteinsproben zu simulieren, wählte das Team den berühmten Murchison-Meteoriten als Forschungsobjekt. Dieser kohlenstoffhaltige Chondrit-Meteorit fiel 1969 in Australien und zerbrach in mehrere Stücke. Es wird angenommen, dass darin extrem „primitive“ Materialien aus dem frühen Sonnensystem erhalten bleiben und außerdem eine Vielzahl organischer Moleküle enthalten sind. Es wird angenommen, dass ein Teil der organischen Substanz aus der Entstehung des Meteoriten selbst stammt, während andere möglicherweise aus einer späteren biologischen Kontamination an der Absturzstelle stammen, beispielsweise biogenen Materialien im Boden und im Oberflächenwasser.
Traditionellen Erwartungen zufolge müssten, wenn Palmitan und Phytan durch biologische Oberflächenverschmutzung in Meteoriten gelangt wären, ihre chiralen Konfigurationen offensichtlich auf eine bestimmte „Hand“ ausgerichtet sein, was mit der gemeinsamen chiralen Einheit in den biologischen Systemen der Erde übereinstimmt. Die Messergebnisse zeigen jedoch, dass im Murchison-Meteoriten die Anteile der chiralen Konfigurationen der beiden Moleküle fast genau gleich sind und einen typischen „Racemisierungs“-Zustand aufweisen. Dieses Ergebnis stimmte nicht mit der einfachen Hypothese der biologischen Kontamination überein und veranlasste das Forschungsteam, den Ursprung dieser Moleküle erneut zu untersuchen.
Nach einer vergleichenden Analyse glauben die Forscher, dass Palmitan und Phytan im Murchison-Meteoriten eher durch moderne industrielle Umweltverschmutzung „gegeben“ wurden, als der Meteorit die Erdatmosphäre durchquerte. Konkret: Wenn der Meteorit mit hoher Geschwindigkeit durch die Atmosphäre fliegt und sich erwärmt, kommt seine Oberfläche mit Luft in Kontakt, die Aerosole enthält, die bei der Verbrennung von Erdöl entstehen. Diese Aerosole aus fossilen Brennstoffen enthalten Palman und Phytan, die durch langfristig hohe Temperaturen und hohen Druck „racemisiert“ wurden und so racemisch gemischte organische Rückstände auf der Oberfläche des Meteoriten bildeten.
Das Forschungsteam untermauerte diese Schlussfolgerung durch die Durchführung von Vergleichsexperimenten mit in Ölschiefer konserviertem Palmitan und Phytan. Ölschiefer ist eine Art Sedimentgestein, das reich an Erdölvorläufern ist. Durch Millionen von Jahren hoher Temperatur und hohem Druck tief in der Formation wird nach und nach Erdöl erzeugt. Durch diesen Prozess wird die ursprünglich durch das Leben verursachte Chiralitätsvoreingenommenheit gelöscht, was dazu führt, dass die Moleküle schließlich in einem racemischen Zustand erscheinen. Wie Co-Autor Manuel Reinhardt von der Universität Göttingen erklärt, verlieren Moleküle, die sich über einen langen Zeitraum in Ölschiefer- und Erdölsystemen entwickeln, die für biologische Systeme einzigartige „Händigkeit“, was in hohem Maße mit der im Murchison-Meteoriten beobachteten Racematverteilung übereinstimmt.
Diese Arbeit beweist nicht nur die Fähigkeit des MOMA, hochstabile chirale organische Moleküle zu trennen und zu messen, sondern liefert auch wichtige Warnungen für die zukünftige Entdeckung von Leben auf dem Mars. Wenn Wissenschaftler organische Materie in Meteoriten und Marsproben interpretieren, müssen sie zunächst den „Beschönigungseffekt“ chiraler Signale, der durch spätere Umweltverschmutzung und langfristige geologische Prozesse verursacht wird, vollständig berücksichtigen. Zweitens könnten die Quellen und chiralen Eigenschaften von organischem Oberflächenmaterial in Meteoritenproben, die in Zukunft auf der Erdatmosphäre landen oder diese durchqueren, mit zunehmender Ölverbrennungsverschmutzung in der Erdatmosphäre immer komplexer werden, was die Identifizierung von Lebenssignalen vor neue Herausforderungen stellt.