Seit den 1970er Jahren, als die Voyager Sonden haben Bilder der eisigen Oberfläche Europas aufgenommen. Wissenschaftler haben vermutet, dass Leben in inneren Ozeanen von Monden im äußeren Sonnensystem existieren könnte. Seitdem sind andere Beweise aufgetaucht, die diese Theorie gestützt haben, angefangen von eisigen Federn auf Europa und Enceladus über innere Modelle der hydrothermalen Aktivität bis hin zur bahnbrechenden Entdeckung komplexer organischer Moleküle in den Federn von Enceladus.
An einigen Stellen im äußeren Sonnensystem sind die Bedingungen jedoch sehr kalt und Wasser kann aufgrund des Vorhandenseins giftiger Frostschutzmittel nur in flüssiger Form vorliegen. Laut einer neuen Studie eines internationalen Forscherteams ist es jedoch möglich, dass Bakterien in diesen salzhaltigen Umgebungen überleben. Dies sind gute Nachrichten für diejenigen, die Hinweise auf das Leben in extremen Umgebungen des Sonnensystems finden möchten.
Die Studie mit dem Titel „Verbesserte mikrobielle Überlebensfähigkeit in Solen unter Null“, die ihre Ergebnisse detailliert beschreibt, wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Astrobiologie. Die Studie wurde von Jacob Heinz vom Zentrum für Astronomie und Astrophysik der Technischen Universität Berlin (TUB) durchgeführt und umfasste Mitglieder der Tufts University, des Imperial College London und der Washington State University.
Grundsätzlich wird angenommen, dass auf Körpern wie Ceres, Callisto, Triton und Pluto, die entweder weit von der Sonne entfernt sind oder keine inneren Heizmechanismen haben, innere Ozeane existieren, weil bestimmte Chemikalien und Salze (wie Ammoniak) vorhanden sind. Diese „Frostschutzmittel“ stellen sicher, dass ihre Ozeane niedrigere Gefrierpunkte haben, schaffen jedoch eine Umgebung, die für das Leben, wie wir es kennen, zu kalt und giftig wäre.
Für ihre Studie versuchte das Team herauszufinden, ob Mikroben tatsächlich in diesen Umgebungen überleben können, indem Tests mit durchgeführt wurden Planococcus halocryophilus, ein im arktischen Permafrost gefundenes Bakterium. Anschließend setzten sie diese Bakterien Lösungen von Natrium, Magnesium und Calciumchlorid sowie Perchlorat aus, einer chemischen Verbindung, die vom Phoenix-Lander auf dem Mars gefunden wurde.
Anschließend setzten sie die Lösungen durch mehrere Gefrier- und Auftauzyklen Temperaturen im Bereich von + 25 ° C bis -30 ° C aus. Sie fanden heraus, dass die Überlebensraten der Bakterien von der Lösung und den Temperaturen abhingen. Zum Beispiel hatten Bakterien, die in chloridhaltigen (Salz-) Proben suspendiert waren, bessere Überlebenschancen als solche in perchlorathaltigen Proben - obwohl die Überlebensraten mit zunehmender Temperatursenkung zunahmen.
Zum Beispiel fand das Team heraus, dass Bakterien in einer Natriumchlorid (NaCl) -Lösung innerhalb von zwei Wochen bei Raumtemperatur starben. Als die Temperaturen auf 4 ° C (39 ° F) gesenkt wurden, begann die Überlebensfähigkeit zu steigen und fast alle Bakterien überlebten, bis die Temperaturen -15 ° C (5 ° F) erreichten. Währenddessen hatten Bakterien in den Magnesium- und Calciumchloridlösungen hohe Überlebensraten bei –30 ° C (-22 ° F).
Die Ergebnisse variierten auch für die drei Salzlösungsmittel in Abhängigkeit von der Temperatur. Bakterien in Calciumchlorid (CaCl2) hatten signifikant niedrigere Überlebensraten als solche in Natriumchlorid (NaCl) und Magnesiumchlorid (MgCl2) zwischen 4 und 25 ° C (39 und 77 ° F), aber niedrigere Temperaturen erhöhten das Überleben in allen drei Fällen. Die Überlebensraten in Perchloratlösung waren weitaus niedriger als in anderen Lösungen.
Dies war jedoch im Allgemeinen in Lösungen der Fall, in denen Perchlorat 50% der Masse der Gesamtlösung ausmachte (was erforderlich war, damit das Wasser bei niedrigeren Temperaturen flüssig blieb), was signifikant toxisch wäre. Bei Konzentrationen von 10% konnten Bakterien noch wachsen. Dies ist eine halbwegs gute Nachricht für den Mars, wo der Boden weniger als ein Gewichtsprozent Perchlorat enthält.
Heinz wies jedoch auch darauf hin, dass sich die Salzkonzentrationen im Boden von denen in einer Lösung unterscheiden. Dennoch könnte dies eine gute Nachricht für den Mars sein, da die Temperaturen und Niederschlagsmengen dort Teilen der Erde - der Atacama-Wüste und Teilen der Antarktis - sehr ähnlich sind. Die Tatsache, dass Bakterien solche Umgebungen auf der Erde überleben können, zeigt, dass sie auch auf dem Mars überleben können.
Im Allgemeinen zeigten die Untersuchungen, dass kältere Temperaturen die Überlebensfähigkeit von Mikroben erhöhen, dies hängt jedoch von der Art der Mikrobe und der Zusammensetzung der chemischen Lösung ab. Wie Heinz dem Astrobiology Magazine sagte:
„Alle Reaktionen, einschließlich solcher, die Zellen abtöten, sind bei niedrigeren Temperaturen langsamer. Die Überlebensfähigkeit der Bakterien stieg jedoch bei niedrigeren Temperaturen in der Perchloratlösung nicht wesentlich an, wohingegen niedrigere Temperaturen in Calciumchloridlösungen zu einer deutlichen Erhöhung der Überlebensfähigkeit führten. "
Das Team stellte außerdem fest, dass Bakterien in salzigeren Lösungen beim Einfrieren und Auftauen besser abschneiden. Letztendlich zeigen die Ergebnisse, dass die Überlebensfähigkeit auf ein sorgfältiges Gleichgewicht zurückzuführen ist. Während niedrigere Konzentrationen chemischer Salze bedeuteten, dass Bakterien überleben und sogar wachsen konnten, würden die Temperaturen, bei denen Wasser in flüssigem Zustand bleiben würde, verringert. Es zeigte sich auch, dass salzige Lösungen die Überlebensraten von Bakterien verbessern, wenn es um Gefrier- und Auftauzyklen geht.
Natürlich betonte das Team, dass Bakterien, die unter bestimmten Bedingungen überleben können, nicht bedeuten, dass sie dort gedeihen. Wie Theresa Fisher, Doktorandin an der School of Earth and Space Exploration der Arizona State University und Mitautorin der Studie, erklärte:
„Überleben versus Wachstum ist eine wirklich wichtige Unterscheidung, aber das Leben überrascht uns immer noch. Einige Bakterien können nicht nur bei niedrigen Temperaturen überleben, sondern müssen auch metabolisiert und gedeihen. Wir sollten versuchen, unvoreingenommen anzunehmen, was notwendig ist, damit ein Organismus gedeiht und nicht nur überlebt. "
Aus diesem Grund arbeiten Heinz und seine Kollegen derzeit an einer weiteren Studie, um festzustellen, wie unterschiedliche Salzkonzentrationen bei unterschiedlichen Temperaturen die Bakterienvermehrung beeinflussen. In der Zwischenzeit können diese und ähnliche Studien einen einzigartigen Einblick in die Möglichkeiten des außerirdischen Lebens geben, indem sie die Art der Bedingungen einschränken, unter denen sie überleben und wachsen können.
Diese Studien helfen auch bei der Suche nach außerirdischem Leben, da wir unsere Suchanstrengungen konzentrieren können, wenn wir wissen, wo Leben existieren kann. In den kommenden Jahren werden Missionen nach Europa, Enceladus, Titan und anderen Orten im Sonnensystem nach Biosignaturen suchen, die auf das Vorhandensein von Leben auf oder in diesen Körpern hinweisen. Zu wissen, dass das Leben in kalten, salzigen Umgebungen überleben kann, eröffnet zusätzliche Möglichkeiten.
