Die Eroberer des Nichts - wissenschaft.de
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Die Eroberer des Nichts

Der Ort oder die Umstände mögen noch so feindlich gegenüber jeglichem Leben sein: Zähe Pioniere setzen sich trotzdem durch und bahnen der weiteren Besiedlung den Weg.

„Nichts ist unmöglich!“ Dieser Slogan eines Autoherstellers soll grenzenlose Innovationskraft signalisieren – etwas Positives also. Doch in anderen Branchen würde diese Aussage von einem abgrundtiefen Seufzer begleitet.

Vor allem bei den Herstellern pharmazeutischer Produkte, in Kliniken und in der Lebensmittelindustrie: Da hätte man gern den Idealzustand des „Nichts“ – die komplette Abwesenheit von störenden Kleinstlebewesen wie Bakterien, Pilzen und Viren. „ Keimzahl null“ wäre in Nasentropfen, auf chirurgischem Besteck und in abgepackten Hamburgern der Triumph des Homo sapiens über das Gewimmel. Aber das ist in der Praxis – der Slogan passt! – unmöglich.

Wahrscheinlichkeiten müssen aushelfen. Ob man Objekte mit Heißdampf, ionisierender Strahlung oder Chemikalien traktiert: Das Leben ist unglaublich hart im Nehmen. Selbst beim nach allen Regeln der Kunst sterilisierten chirurgischen Skalpell kann im Höchstfall garantiert werden, dass die Wahrscheinlichkeit kleiner ist als eins zu einer Million, einen lebenden Keim zu tragen. Das ist nicht Nichts.

Und keine zuvor mühsam sterilisierte Oberfläche ist vor erneuter Invasion sicher. Wie das abläuft, ist das Forschungsgebiet des Mikrobiologen André Lipski. „Zuerst siedelt sich immer ein so genannter Primär-Organismus an“, erklärt der Privatdozent im Fachbereich Biologie/Chemie der Universität Osnabrück. „Erst wenn der es geschafft hat, können auch andere Organismen ,landen‘.“

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Dann bildet sich ein zunächst nur eine Zellschicht starker Rasen, der im nächsten Schritt mehrschichtig in die dritte Raumrichtung hochwächst. „Biofilm“ heißt am Ende das Ergebnis – eine schleimige Schicht, in die sich Pilze, Algen und einzellige Urtierchen (Protisten) einnisten und an deren Grund sich nun auch Sauerstoff meidende (anaerobe) Bakterien verkriechen können.

Biofilme überziehen nicht nur Regenrinnen und Ausgüsse von Waschbecken, sie machen auch den Bierbrauern zu schaffen. Zwar sind die Innenflächen der Gärtanks und Rohrleitungen in der Regel mikrobiologisch sauber – doch außen an der Abfüllanlage wachsen immer wieder solche Filme. Während des Abfüllvorgangs und auf dem Weg der Flaschen zur Verkorkeranlage können problematische Keime ins Bier gelangen.

Das Brauereipersonal bekämpft die lästigen Untermieter in regelmäßigen Abständen mit Desinfektionsmitteln, Laugen und heißem Wasser – so lange, bis eine Keimzahl von weniger als einer lebenden Zelle pro Quadratzentimeter Anlagenfläche erreicht ist. Nach acht Stunden jedoch haben die Mikroorganismen wieder auf bis zu 10 000 pro Quadratzentimeter zugenommen, und das Spiel geht von vorne los.

Aber es würde überhaupt nicht angefangen haben ohne die Pioniere, die allen Nachfolgern den Weg bereiten. Ihnen gilt das forscherische Interesse von Lipskis Arbeitsgruppe. Die Osnabrücker nahmen Proben aus industriellen Brauanlagen und setzten penibel gereinigte Edelstahlplättchen im Laborversuch den authentischen Isolaten aus. In Abständen von einigen Stunden schauten sie sich den Fortgang der Besiedlung im Rasterelektronen-Mikroskop an.

Lipski macht aus seiner Faszination kein Hehl: „Wir haben überwiegend Pionierbakterien der Gattung Acinetobacter beobachtet – wie die mit einer Doppelstrategie auf dem blanken Stahl Fuß fassen, ist schon erstaunlich.“

Strategie Nummer eins: Ist eine der stäbchenförmigen Acinetobacter-Zellen zufällig auf der Stahloberfläche gelandet, beginnt sie Zellfortsätze auszubilden. Mit diesen Fortsätzen, die im Mikroskopbild an kleine Füßchen erinnern, heftet Acinetobacter sich an das Metall.

Strategie Nummer zwei: Die Pionierzellen scheiden Zuckerpolymere aus – einen zähen Schleim, der nicht nur sie selbst noch besser am Stahl kleben lässt, sondern bald auch die Flächen zwischen den Acinetobacter-Zellen bedeckt. Damit ist weiteren Arten von Mikroorganismen buchstäblich der Boden bereitet – die Straße in Richtung Biofilm ist frei.

In dieser Erkenntnis sieht Lipski eine Chance, den Brauern künftig das Leben leichter zu machen: „Beide Strategien sind offenbar genetisch gesteuerte Prozesse. Sie werden ausgelöst, sobald Acinetobacter gemerkt hat: ,Ich bin auf einer Oberfläche‘. Solch ein Reiz auf der Außenseite der Zellmembran wird üblicherweise im Zellinneren über Signalstoffe bis zur Erbsubstanz DNA weitergeleitet. Wenn man diese Signalkette durch eine geeignete Substanz stören könnte, unterbliebe vielleicht die Anheftungsreaktion“, sinniert der Mikrobiologe. Dann könnten die verhinderten Pioniere relativ einfach von der Oberfläche abgespült werden – und das Braugewerbe hätte ein Hygieneproblem weniger.

Probleme mit bakteriellen Pionieren haben allerdings auch Branchen, bei denen Außenstehende das nie vermutet hätten. André Debus von der französischen Raumfahrtbehörde CNES in Toulouse überraschte Ende 2005 die Weltöffentlichkeit mit der Information, seiner Einschätzung nach gäbe es Leben auf dem Mars – leider.

Seit den Siebzigerjahren seien 36 Mars-Missionen gestartet worden und drei Viertel davon tatsächlich am Roten Planeten angekommen. Daher, so Debus, „ist es eine Tatsache, dass Atmosphäre und Oberfläche mit irdischen Materialien und schlafenden Mikroorganismen kontaminiert sind“. Mit „schlafend“ meint Debus bakterielle Sporen – verkapselte Dauerformen, die auch unter lebensfeindlichsten Bedingungen viele Jahre überleben und erneut auskeimen können, sobald die Umgebungsbedingungen wieder „stimmen“.

Gemäß internationalen Vereinbarungen werden Raumfahrzeuge vor dem Start sterilisiert. Landefahrzeuge heizt man dazu für mehrere Stunden auf mindestens 110 Grad Celsius hoch – mehr würde die empfindliche Bordelektronik nicht vertragen. Nur jeweils höchstens 300 000 Bakteriensporen pro Quadratmeter Oberfläche ließen beispielsweise die NASA-Planer nach der Sterilisation für die beiden Mars-Autos zu, die sie im Januar 2004 auf den Nachbarplaneten hievten. Das ist sehr wenig und die Keimzahl null sowieso nie erreichbar – doch für Debus schon viel zu viel. Mindestens eine Milliarde irdische Bakteriensporen seien bereits auf den Mars eingeschleppt worden, rechnet er vor und fordert effizientere Maßnahmen.

Unter den Fernreisenden befand sich mit großer Sicherheit das allgegenwärtige Bodenbakterium Bacillus subtilis. Diese robusten Bakterien überdauern sibirischen Frost und saharische Hitze in Gesteinsporen, verkapselt als dickwandige Sporen. Angesichts von so viel Überlebenskraft: Muss man annehmen, dass Subtilis sowohl die intensive Weltraumstrahlung während der Reise zum Mars als auch die eisigen Temperaturen der Mars-Nacht – bis zu minus 140 Grad Celsius – überstanden hat und womöglich den Mars kolonisiert?

Die Robustheit von Bacillus subtilis beeindruckt auch Petra Rettberg. Die Biochemikerin am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln leitet die Arbeitsgruppe Astrobiologie am DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. In Weltraum- und Planeten-Simulationsanlagen des DLR nimmt das Team die Überlebensfähigkeit irdischer Mikroorganismen unter die Lupe.

Doch damit nicht genug: Bei ihrem Experiment MARSTOX schickten die DLR-Wissenschaftler im Juni 2005 Bacillus-subtilis-Sporen an Bord einer russischen Soyuz-Rakete in die Erdumlaufbahn. Die Sporen wurden zuvor mit diversen Mineralien vermischt beziehungsweise überschichtet, deren Existenz auf dem Mars bereits nachgewiesen ist – beispielsweise mit dem Eisenmineral Hämatit. Lediglich Spuren von Sauerstoff, nur ein Hundertstel des irdischen Atmosphärendrucks sowie starke, im Vergleich zu irdischen Bedingungen kurzwelligere und daher energiereichere UV-Strahlung – das sind die wesentlichen Faktoren, um die Mars-Oberfläche zu simulieren.

Die Härtetests in der Erdumlaufbahn und danach in den Simulationsanlagen am Boden erbrachten 2006 identische Ergebnisse, die noch unveröffentlicht sind. Petra Rettberg verrät das Wesentliche: „Die Sporen haben die marsähnlichen Bedingungen größtenteils überlebt – am besten, wenn sie von einer dicken Hämatitschicht bedeckt waren.“ Da der eisenhaltige Hämatit in den roten Geröllebenen von Mars sehr häufig vorkommt, lautet die Empfehlung der Kölner Forscherin: „Man sollte auf jeden Fall verhindern, dass dort noch mehr solcher Sporen eingeschleppt werden.“

Einen wuchernden Bakterienrasen rund um die Landepunkte irdischer Raumfahrzeuge schließt Rettberg indes aus: „Die Sporen können zwar, von Partikeln des Mars-Bodens zugedeckt, überleben. Aber ohne flüssiges Wasser, das es zumindest an der Mars-Oberfläche nicht gibt, und ohne Nährstoffe vermehren sie sich nicht – sie verharren im Kälteschlaf.“ Dabei erweisen sie sich als ausgemachte Langschläfer: Biologen vermuten, dass sie Jahrmillionen keimfähig überdauern können.

Bacillus subtilis ist aber keineswegs der König der Überlebenskünstler. Beim Vergleich mit Deinococcus radiodurans muss er sich beschämt in der nächstbesten Gesteinspore verkriechen. Dieses Bakterium verträgt nämlich unbeschadet eine Zeitlang das Weltraumvakuum, extreme Temperaturschwankungen, lange Phasen totaler Trockenheit sowie harte Strahlung. Und das in unglaublichen Dosen: Deinococcus überlebt das 3000-fache der Dosis an radioaktiver Strahlung, die einen Menschen umbringen würde.

Für Robert Richmond, Biologe bei der US-Weltraumbehörde NASA, verkörpert Deinococcus radiodurans den Idealtyp von Mikroorganismus, der den Umweltbedingungen auf dem Mars gewachsen sein müsste. Durch gentechnische Eingriffe, spekuliert Richmond, könnte man dieses Bakterium dazu bringen, für Astronauten und künftige Bewohner von Mars-Stationen in riesigen Kulturanlagen Arzneimittel und andere wertvolle Stoffe zu produzieren.

Mehr noch: Deinococcus radiodurans sei geeignet, meint Richmond, als Pionier-Organismus den Roten Planeten insgesamt für die Besiedlung durch Menschen vorzubereiten. „Terraforming“ nennen das Visionäre. Sie träumen davon, andere Planeten mit zunächst lebensfeindlichen Umweltbedingungen durch „Impfen“ mit Mikroorganismen und weitere Maßnahmen zu lebensfreundlichen Welten umzusteuern, mit atembarer Atmosphäre, Wasser und bewirtschaftbarem Boden. Die NASA hat eigens eine Arbeitsgruppe eingerichtet, die Strategien für das Terraforming ausarbeiten soll.

Die DLR-Wissenschaftlerin Petra Rettberg sieht solche Pläne mit Stirnrunzeln. „Man muss gründlich diskutieren, ob es ethisch vertretbar ist, andere Planeten so zu verändern. Was den Mars betrifft, steht für mich außer Frage: Terraforming nur, wenn eindeutig nachgewiesen ist, dass dort keinerlei eigenständiges Leben existiert.“

Wenn dies eines Tages der Fall sein sollte, wäre jedoch nach Einschätzung Rettbergs Deinococcus radiodurans der falsche Mars-Pionier. „Man braucht zunächst einen widerstandsfähigen Sauerstoff-Erzeuger. Am besten sollte man mit Flechten beginnen.“ Diese anspruchslosen Symbiosewesen aus Pilzen und Algen oder Cyanobakterien brauchen noch weniger Sauerstoff zur Vermehrung als Deinococcus, erläutert sie. Solche Gemeinschaften von Mikroorganismen würden einander helfen, am Leben zu bleiben.

Wenn man – nur als Gedankenspiel – morgen eine Kolonne von Raumfahrzeugen voller Flechten in Richtung Mars schickte: Wann hätten diese Pioniere aus der roten Geröllhalde mit dünner CO2-Atmosphäre eine lebensfreundliche Welt gemacht – noch zu Lebzeiten unserer Enkel?

Petra Rettberg lacht und winkt ab: „So etwas wäre ein 1000-Jahre-Projekt.“ Also wäre wahrlich langer Atem vonnöten – auch Visionen brauchen Geduld. Da hilft nur ein einziger Trost: Nichts ist unmöglich. Thorwald Ewe ■

COMMUNITY Event

Die Kunst und das Nichts:

Ausstellung „Nichts“

Schirn Kunsthalle Frankfurt am Main

(bis 1. Oktober 2006)

Telefon: 069 | 2998820

www.schirn-kunsthalle.de

Katalog:

Martina Weinhart, Max Hollein (Hrsg.)

NICHTS

Hatje Cantz, Ostfildern 2006, € 24,80

Lesen

Zwei spannende Bücher zur Entdeckung und Widerlegung des Nichts in Philosophie und Physik:

Henning Genz

Die Entdeckung des Nichts

Rowohlt, Reinbek 1999, € 12,50

Henning Genz

Nichts als das Nichts

Wiley-VCH, Weinheim 2004, € 24,90

Eine nihilistische Philosophie-Geschichte:

Ludger Lütkehaus

Nichts

Zweitausendeins, Frankfurt am Main 2005, 4. Aufl. (vergriffen)

Warum ist etwas und nicht vielmehr nichts?

Rüdiger Vaas

Das Münchhausentrilemma in der Erkenntnistheorie, Physik und Metaphysik

In: Eric Hilgendorf (Hrsg.):

Wissenschaft, Religion und Recht

Logos Verlag, Berlin 2006, S. 441-474, € 39,–

Bede Rundle

Why There Is Something Rather Than Nothing

Clarendon Press, Oxford 2006, € 24,50

Das Universum aus dem Nichts:

Alex Vilenkin

Many Worlds In One

Hill and Wang, New York 2006, € 20,90

Internet

Philosophische Überlegungen zum Nichts:

plato.stanford.edu/entries/nothingness/

Zum Theodizee-Problem:

www.gkpn.de/theodizee.html

NASA-Pläne, den Mars mit Deinococcus-radiodurans-Bakterien besiedelbar zu machen:

science.nasa.gov/newhome/

headlines/ast14dec99_1.htm

Ohne Titel

• Ein steriles „Nichts“ – die totale Abwesenheit von lebenden Organismen – ist trotz aller Mühen von Hygienikern und Bakteriologen nicht zu verwirklichen.

• Sogar im lebensfeindlichen Weltraum und auf dem Mars überdauern Bakteriensporen im Kälteschlaf.

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pu|trid  auch:  put|rid  〈Adj.; Med.〉 faulig, übelriechend ... mehr

♦ su|pra|na|tu|ral  〈Adj.; Philos.〉 übernatürlich

♦ Die Buchstabenfolge su|pr… kann in Fremdwörtern auch sup|r… getrennt werden.

Nor|mal|pro|fil  〈n. 11; Bauw.〉 als Mindestmaß festgelegte lichte Höhe u. Weite von Brücken, Tunnels u. a. Durchfahrten für Straßen u. Eisenbahnen

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