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Mikrobielle Raumfahrt: Potenzial ausgelotet

Von 2015 bis 2018 wurden die Versuche in der Exposed Facility der Internationalen Raumstation durchgeführt. (Bild: JAXA/NASA)

Wie widerstandsfähig ist Leben? Wissenschaftler präsentieren nun neue Erkenntnisse zur Überlebensfähigkeit besonders robuster Bakterienarten im All: In Klumpen zusammengeballt können sie jahrelang die harschen Bedingungen überdauern, geht aus Experimenten an der Außenhülle der Internationalen Raumstation hervor. Somit könnten sie in Form solcher Aggregate auch eine Reise zwischen Erde und Mars überstehen, sagen die Wissenschaftler.

Entwickelt sich Leben unabhängig voneinander oder kann es auch als eine Art Saat von einem Himmelskörper zum anderen gelangen? Die als „Panspermie“ bezeichnete Hypothese besagt, dass mikrobielle Lebensformen durch den Weltraum reisen und nach der Landung auf geeigneten Himmelskörpern eine Evolution auslösen können. Diese Vorstellung impliziert, dass entsprechende Lebensformen über lange Zeiträume hinweg das Vakuum, die Temperaturschwankungen und die Strahlenbelastung im All aushalten können. Die Möglichkeit der Panspermie erforschen bereits seit einiger Zeit Wissenschaftler um Akihiko Yamagishi von der Japanischen Weltraumagentur (JAXA) in Tokio. Im Rahmen des Projekts „Tanpopo“ untersuchen sie dabei die Widerstandskraft bestimmter Organismen unter den Bedingungen des Weltraums.

Aus früheren Untersuchungen ist bereits bekannt, dass einige Lebensformen unter bestimmten Umständen eine gewisse Zeit im All überleben können. Vor allem, wenn Mikroben von schützendem Material wie Gestein umgeben sind, erscheinen lange Überlebensspannen denkbar. Diese Form einer entsprechenden Ausbreitung im All wird als Lithopanspermie bezeichnet. Doch inwieweit ist auch ein Überleben mikrobieller Raumfahrer ohne die steinernen Kapseln möglich?

Expositionsversuche auf der ISS

Am Anfang der aktuellen Studie standen Funde von lebensfähigen Bakterien in den Außenbereichen der irdischen Atmosphäre. Forschungsballons haben diese Vertreter der Deinokokken in einer Höhe von zwölf Kilometern über der Erde aufgesammelt. Ergebnisse von Laborexperimenten legten anschließend nahe, dass diese Mikroben große Widerstandsfähigkeit gegenüber Extrembedingungen aufweisen. Es zeigte sich auch, dass die Deinokokken sogenannte Aggregate bilden – Klumpen von Bakterien, die Größen von über einem Millimeter erreichen können. So stellte sich die Frage, inwieweit die Mikroben in dieser Form den Bedingungen im All widerstehen können. Möglicherweise fungieren die Zellaggregate als eine Art Arche beim interplanetaren Transfer von Mikroben, so die Hypothese.

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Um dies zu testen, führten die Wissenschaftler Langzeitexperimente auf der Internationalen Raumstation (ISS) durch. Dazu wurden Deinokokken-Aggregate unterschiedlicher Größe auf Expositionsplatten außerhalb der Station den Bedingungen des erdnahen Weltraums ausgesetzt. Die Proben wurden nach ein, zwei oder drei Jahren ins Innere der ISS zurückgebracht. Anschließend verdeutlichten Kulturversuche, inwieweit einige der Mikroben noch lebensfähig waren.

Es zeigte sich: In Aggregaten mit einer Dicke von mehr als 0,5 Millimetern hatten die Bakterien noch nach drei Jahren überlebt und konnten erlittene Erbgutschäden reparieren. Die Untersuchungen ergaben allerdings, dass die Bakterien an der Oberfläche der Aggregate abgestorben waren. Wie die Forscher erklären, bildeten diese Toten offenbar eine Schutzschicht für die darunter liegenden Bakterien und ermöglichten so das Überleben der Kolonie. Anhand der Überlebensraten nach ein-, zwei- und dreijähriger Exposition konnten die Forscher auch den zeitlichen Verlauf des Absterbens einschätzen und somit Rückschlüsse auf die maximalen Fähigkeiten ziehen. Demnach könnte ein Aggregat von mehr als 0,5 Millimetern Dicke noch deutlich längere Zeiträume im erdnahen Weltraum überstehen: zwischen 15 und 45 Jahre.

Mögliche Reisen zwischen Erde und Mars

Was die Einschätzungen zur Überlebensfähigkeit bei Reisen durch die interplanetaren Bereiche betrifft, kommen die Wissenschaftler zu folgender Einschätzung: Unter diesen verschärften Bedingungen könnte eine Kolonie mit einem Durchmesser von einem Millimeter immerhin noch bis zu acht Jahre überleben. „Die Ergebnisse deuten somit darauf hin, dass strahlenresistente Deinokokken-Aggregate eine Reise von der Erde zum Mars und umgekehrt überleben könnten, die mehrere Monate oder Jahre beanspruchen würde“, sagt Yamagishi. Während frühere Experimente die Möglichkeit der Lithopanspermie in Gesteinen aufgezeigt hatten, liefert die aktuelle Studie somit nun einen Hinweis auf die Möglichkeit einer sogenannten „Massapanspermie“ durch Aggregate von Mikroben, sagen die Wissenschaftler.

Dennoch bleibt die Übertragung von Leben zwischen Himmelskörpern bisher natürlich eine Hypothese, die es weiter auszuloten gilt, betonen die Wissenschaftler. Denn neben der Überlebensfähigkeit im All ist auch fraglich, wie die Lebensformen Start und Landung überleben könnten. Der Erforschung der Möglichkeit der Panspermie als Ursprung von Leben auf Himmelskörpern werden sich Yamagishi und seine Kollegen nun auch weiter widmen. Dabei reizt den Forscher besonders ein Gedanke: „Wenn Panspermie möglich ist, könnte Leben viel öfter im All existieren, als wir bisher dachten“, so Yamagishi.

Quelle: Frontiers, Frontiers in Microbiology, doi: 10.3389/fmicb.2020.02050

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