© NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.
Die stark verwitterte Marsoberfläche (Regolith), hier eine Augnahme des NASA-Marsrovers “Curiosity”, würde Marsmikroben für Jahrmillionen Schutz bieten.
Moskau (Russland) - Anhand einer simulierten Mars-Umgebung zeigen russische Wissenschaftler , dass selbst einige irdische Mikroorganismen die hohe Strahlung und die niedrigen Temperaturen sehr viel länger überleben können als bislang gedacht. Die neuen Daten können nicht nur auf den Mars angewandt, sondern auch auf andere Himmelskörper im Sonnensystem übertragen werden.

Wie das Team um Vladimir S. Cheptsov von der Lomonosov Moscow State University (LMSU) aktuell im Fachjournal Extremophils (DOI: 10.1007/s00792-017-0966-7) berichtet, haben sie sogenannte extremophile Mikroorganismen in Permafrostböden in einer Mars-Klimakammer, in der die Umweltbedingungen des Mars simuliert werden können, starker Gammastrahlung und Niedrigtemperaturen ausgesetzt.

Die Durchschnittstemperatur auf dem Roten Planeten liegt bei -63 Grad, kann aber in den Nächten der Polarregionen sogar bis auf -145 Grad Celsius fallen, während der atmosphärische Druck 100-1000 mal geringer ist als auf der Erde und der Planet aufgrund des kaum vorhandenen Magnetfeldes fortwährend starker ultravioletter und ionisierender Strahlung ausgesetzt ist.

"Bislang war nicht bekannt, bis zu welchem Maß Mikroorganismen derart extremen Umweltfaktoren widerstehen können", berichten die Forscher. "Eine Untersuchung dieser Grenzen erlaubt nicht nur eine Einschätzung bezüglich möglicher Mikroorganismen auf dem heutigen Mars, sondern auch auf anderen Himmelskörpern im Sonnensystem. Damit werden diese Informationen von großer Bedeutung für die Planung zukünftiger Missionen zur Suche nach außerirdischem Leben auf dem Mars und anderswo sein, wenn es darum geht, die entsprechenden Ziele und dortigen interessantesten Regionen vorab zu bestimmen und auch die notwendigen Instrumente zu entwickeln."

Wie die Forscher um Cheptsov schreiben, haben sie in ihrer Klimakammer irdische Permafrostsedimente und Gestein den niedrigen Marstemperaturen und -Druckverhältnissen ausgesetzt, da diese unter Wissenschaftlern als irdisches Gegenstück zum sogenannten Regolith der Marsoberfläche gelten.

Während von einigen irdischen Mikroben bereits bekannt ist, dass sie niedrige Temperaturen gut überdauern können, sehen die russischen Wissenschaftler die zellschädigende Strahlung als Hauptfaktor an, der das Überleben von Mikroorganismen einschränkt. Durch eine Bestimmung der Grenzen der Strahlungstoleranz der irdischen Extremophilen, haben die Forscher nun deren Überlebenschancen in unterschiedlichen Tiefen des simulierten Marsbodens erstmals ermittelt.

"In unseren Experimenten haben wir den Einfluss gleich mehrerer Faktoren (hohe Dosen von Gammastrahlung, niedriger Atmosphärendruck und Niedrigtemperaturen) auf Mikrobenstämme in rund 2 Millionen Jahre altem urzeitlichem arktischem Permafrost untersucht", erläutern die Wissenschaftler.

Während in früheren Experimenten lebende irdische Mikroben lediglich mit bis zu 80 Kilogray (kGy) bestrahlten die Forscher ihre Proben nun mit einer Dosis von 100kGy an Gammastrahlung und haben deren Auswirkung auf die Mikroben anhand unbestrahlter Kontrollproben verglichen. Tatsächlich zeigen die Mikroben eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen die simulierten Mars-Bedingungen.

Eine Zählung nach der ersten Bestrahlung zeigte zahlreiche Unterschiede zwischen den bestrahlten Mikroben und jenen der Kontrollproben: "Während die Gesamtanzahl der prokaryotischen Zellen und jener der stoffwechselnden Bakterienzellen zunächst gleich blieb, zeigt sich bei den bestrahlten Bakterien eine Reduktion um zwei Größenordnungen, während die Anzahl der weiterhin stoffwechselnden Zellen der untersuchten Archaen um das Dreifache zurückging."


Aktinobakterien
Zudem stellten die Wissenschaftler zunächst im Permafrost eine große Artenvielfalt fest, deren Struktur sich jedoch mit bzw. nach der Bestrahlung deutlich verändert hatte. "Populationen von Aktinobakterien wie Arthrobacter, (s. Abb. l.) die in der Kontrollprobe kaum vorhanden waren, wurden durch die Bestrahlung zu einer der vorherrschenden Bakterienarten."

"Bakterien auf dem Mars sind also wesentlich überlebensfähiger als bislang gedacht", schlussfolgern die Forscher. "Unsere Ergebnisse legen die Wahrscheinlichkeit für eine deutlich verlängerte Kryo-Konservierung lebensfähiger Mikroorganismen und besonders im Mars-Regolith nahe".

Hinzu offenbarten die Exprimente eine Abnahme der ionisierenden Strahlung um 0,04-0,076 Grey pro Jahr mit zunehmender Tiefe fest. "Entsprechend wäre es also durchaus denkbar, dass sich im Marsboden ein hypothetisches Mars-Ökosystem in einem anabiotischen Zustand und durch die bedeckende Regolith-Schicht vor der UV-Strahlung geschützt, mindestens 1,3 Millionen Jahre lang erhalten hat. In einer Tiefe von rund zwei Metern für 3,3 Millionen Jahre und in Tiefen von rund fünf Metern sogar bis zu 20 Millionen Jahre."

Die nun gewonnenen Daten können zudem nicht nur auf den Mars, sondern auch auf andere Objekte im Sonnensystem übertragen werden, so die Autoren der Studie abschließend. "Zum ersten Mal haben wir mit unserer Studie gezeigt, dass Prokaryoten die Bestrahlung mit ionisierender Strahlung in Dosen von über 80 kGy überleben können. Die erlangten Daten legen nicht nur nahe, dass wir die Strahlungsresistenz natürlicher mikrobischer Gemeinschaften bislang unterschätzt haben, sondern auch, dass wir das Zusammenspiel von außerirdischen und kosmischen Faktoren auf lebende Organismen und Biomoleküle in astrobiologischen Modellexperimenten weiterhin erkunden müssen."