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Astrobiologie

Gab es einst selbstzerstörerisches Marsleben?

Theoretisch könnten spezielle Mikroben einst dazu beigetragen haben, dass sich der Mars in einen frostigen Wüstenplaneten verwandelte. © brightstars/iStock

Zumindest theoretisch bot der Mars vor rund vier Milliarden Jahren bestimmten Mikroben günstige Lebensbedingungen, geht aus einer Modellierungsstudie hervor: Einzeller könnten von der Umwandlung von Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan gelebt haben. Durch die speziellen Merkmale der Marsatmosphäre hätte dieser Prozess allerdings zu einer deutlichen Abkühlung des Klimas geführt, geht aus den Simulationen hervor. Falls es sie gegeben hat, könnten die Marsmikroben somit selbst zur Verwandlung ihres Lebensraums in eine zunehmend lebensfeindliche Welt beigetragen haben, sagen die Wissenschaftler.

Extreme Trockenheit, bittere Kälte und dünne Luft: Der Mars scheint heute kaum mehr Existenzmöglichkeiten für Lebewesen zu bieten, wie wir sie kennen. Doch wie mittlerweile aus zahlreichen Hinweisen hervorgeht, war das nicht immer so: Man geht davon aus, dass unser Nachbarplanet vor rund vier Milliarden Jahren noch eine vergleichsweise dichte Atmosphäre mit einem hohen Gehalt an Kohlendioxid und Wasserstoff besaß. Vermutlich ermöglichte der Treibhauseffekt dieser Gase damals ein gemäßigtes Klima. Es gibt verschiedene Hinweise darauf, dass sich dadurch flüssiges Wasser bildete, das die poröse Kruste des Planeten durchtränkte sowie große Gewässer füllte. Im Verlauf seiner weiteren Entwicklung verlor der Mars dann allerdings seine gemäßigten Bedingungen und entwickelte sich zu dem frostigen Wüstenplaneten der heutigen Zeit. Doch Wissenschaftler sind sich weitgehend darüber einig, dass der junge Mars die Grundvoraussetzungen bot, die im Fall der Erde zur Entstehung der ersten mikrobiellen Lebensformen geführt haben.

Leben auf Wasserstoffbasis möglich

Ob es tatsächlich einmal Marsleben gegeben hat – oder in Refugien vielleicht sogar noch immer existiert – gehört zu den spannendsten Fragen der Astrobiologie. Handfeste Hinweise fehlen allerdings bisher. Man kann aber über Wahrscheinlichkeiten nachdenken und „Was-wäre-wenn-Szenarien“ durchspielen, sagen die Wissenschaftler um Boris Sauterey von der University of Arizona in Tucson. Konkret haben sie sich mit der Frage beschäftigt, welche Art von Mikroben auf dem jungen Mars einst gute Lebensbedingungen gefunden haben könnten und wie sich ihre theoretische Existenz auf die Entwicklung des Planeten ausgewirkt hätte.

Wie die Forscher erklären, kommen als hypothetische Marsmikroben am ehesten Organismen infrage, deren Lebensgrundlage auf der Umwandlung von Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan basiert. Dies ist als ein uraltes Konzept von irdischen Mikroben aus der Gruppe der Archaeen bekannt. Auf der Erde kommt Wasserstoff außer in isolierten Umgebungen wie im Gestein oder in hydrothermalen Schloten nur selten ungebunden vor. Sein Reichtum in der Marsatmosphäre könnte jedoch vor etwa vier Milliarden Jahren eine weitreichend verfügbare Energiequelle für methanogene Mikroben dargestellt haben, erklären die Wissenschaftler. Die Gase könnten demnach in ausreichenden Mengen in den Marsboden diffundiert sein, der damals auch lebensfreundliche Feuchte- und Temperaturbedingungen bot.

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Die Plausibilität dieses hypothetischen Szenarios haben die Forscher im Rahmen ihrer Studie durch Modellsimulationen ausgelotet. Sie verknüpften dabei in komplexer Weise Annahmen über die Merkmale der Marskruste sowie der Atmosphäre und des Klimas in der Zeit von vor etwa vier Milliarden Jahren. In die Modellsimulationen flossen zudem biologische Informationen über irdische Mikroben ein, die Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan verstoffwechseln. Wie das Team berichtet, bestätigten die Simulationen dabei grundsätzlich, dass die Marskruste damals einen geeigneten Lebensraum für ein entsprechendes Ökosystem dargestellt haben könnte. Den Ergebnissen zufolge hätten die hypothetischen Marsmikroben sogar erhebliche Mengen Biomasse bilden können.

Mikrobiell verursachter Klimawandel

Anschließend modifizierten die Wissenschaftler ihre Modellsimulationen, um zu untersuchen, zu welchen Folgen die Aktivität der hypothetischen Mikroben geführt hätten. Dabei zeigte sich, dass die Umwandlung des atmosphärischen Wasserstoffs in Methan eine globale Abkühlung und zunehmenden Vereisung des Planeten bewirkt hätte. Wie die Forscher erklären, ist dieser für die stickstoffreiche Erdatmosphäre nicht geltende Effekt an die CO2-dominierte Gashülle des Mars geknüpft: Bei dieser Zusammensetzung entwickelt Wasserstoff letztendlich einen stärkeren Treibhauseffekt als Methan. Den Modellsimulationen zufolge könnte sich dieser Zusammenhang im Fall des Mars deutlich bemerkbar gemacht haben: „Durch den Entzug von Wasserstoff aus der Atmosphäre hätten die Mikroben das Klima des Planeten drastisch abgekühlt“, sagt Sauterey.

Das bedeutet: Eine intensive biologische Aktivität hätte einen Klimawandel verursacht, der dazu beigetragen hätte, dass die Oberfläche des Planeten schon sehr früh lebensfeindlich geworden wäre. Somit hätten sich die Mikroben selbst ihrer Existenzgrundlage beraubt. „Die Temperaturen wären erheblich gesunken, wodurch sie viel tiefer in die Kruste hätten vordringen müssen. Ein weiteres Problem, mit dem diese Mikroben dann konfrontiert gewesen wären, ist, dass die Marsatmosphäre im Grunde genommen verschwunden ist. So wäre ihre Energiequelle versiegt und sie hätten eine alternative Energiequelle finden müssen. Es ist schwierig zu sagen, wie lange der Mars ihnen Lebensmöglichkeiten hätte bieten können“, so Sauterey.

All dies ist natürlich hypothetisch – inwieweit sich diese Szenarien tatsächlich auf dem Mars abgespielt haben, bleibt unklar. Möglicherweise könnte allerdings die intensive Erforschung unseres Nachbarplaneten eines Tages Hinweise darauf geben, ob es dort einst wirklich methanproduzierende Mikroben gegeben hat. Es ist sogar nicht auszuschließen, dass sie noch in irgendwelchen unterirdischen Refugien existieren. Doch wie die Forscher betonen, verdeutlicht ihre Studie zumindest etwas Grundlegendes: „Die Studie verdeutlicht die Möglichkeit, dass Rückkopplungen zwischen Organismen und Umwelt die Lebensfreundlichkeit eines Planeten gefährden können“, schreiben die Wissenschaftler.

Quelle: University of Arizona, Fachartikel: Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-022-01786-w

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