Der Saturnmond Enceladus gilt aus menschlicher Sicht als unwirtlich: eisige Kälte, kaum Sauerstoff und unter der dicken Eiskruste ein Ozean, dessen Wasser so ätzend ist wie Rohrreiniger. Dennoch gehört er zu den wenigen Orten im Sonnensystem, an denen Bedingungen herrschen könnten, unter denen Leben entstehen kann. Eine Studie unter Leitung des LMU-Geobiologen Professor William Orsi zeigt nun im Experiment, dass und wie bestimmte Mikroorganismen dort überleben könnten.
Orsis Team hat im Labor die Bedingungen am Meeresboden von Enceladus nachgebildet. Dabei stellte sich heraus, dass sich wasserstoffkonsumierende, methanproduzierende Archaeen an diese Umgebung anpassen können. Bisher war angenommen worden, dass sie für solche anaeroben Archaeen tödlich sei. Für den Nachweis arbeiteten Geomikrobiologie, Biochemie, Geochemie und planetare Wissenschaft zusammen. Neben der Ludwig-Maximilians-Universität München waren die Woods Hole Oceanographic Institution, die Universität Regensburg und die Freie Universität Berlin beteiligt. Die Studie ist kürzlich in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen.
„Enceladus gilt als einer der vielversprechendsten Orte für die Suche nach außerirdischem Leben“, sagt Dr. Vanessa Helmbrecht, Erstautorin der Studie. „Unsere Experimente zeigen, dass seine einzigartige Geochemie Bedingungen schaffen könnte, die für mikrobielles Leben noch günstiger sind, als wir bisher angenommen hatten.“
Unter der Eiskruste liegen ein Ozean aus flüssigem Wasser und ein fester Kern. Daten der NASA-Mission Cassini zeigten, dass die Fontänen, die regelmäßig aus dem Eis hervorschießen, molekularen Wasserstoff, Methan und gelöste Minerale enthalten. Das gilt als Hinweis auf hydrothermale Aktivität am Meeresboden und auf geochemische Reaktionen zwischen Wasser und Gestein dort, wo der felsige Kern auf den Ozean trifft.
Die Forschenden nutzten eine anoxische Kammer, um sauerstoffarme Tiefseeumgebungen nachzustellen. Die Sauerstoffkonzentration lag etwa 10.000-mal unter der der Erdatmosphäre. Mit Karbonatsalzen simulierten sie eine extrem salzige Flüssigkeit, die den alkalischen Ozean des Mondes und seinen felsigen Meeresboden nachbildete. Anschließend setzten sie Methanothermococcus okinawensis ein, ein wasserstoffkonsumierendes, methanproduzierendes Archaeon, das auf der Erde in der Nähe hydrothermaler Schlote in der Tiefsee lebt. Sein Stoffwechsel benötigt lediglich die Gase H2 und CO2 und gilt als einer der ursprünglichsten Stoffwechselwege, die heute noch bei Lebewesen auf der Erde vorkommen.
In herkömmlichem Labormedium konnte der Organismus bei einem pH-Wert von 10 oder 11 nicht wachsen. In der Enceladus-Simulation wuchs er weiter und produzierte Methan, wobei er Wasserstoff nutzte, der durch Wasser-Gesteins-Reaktionen entstanden war. Eine der größten Hürden für mögliches Leben auf Enceladus ist die extrem niedrige Kohlendioxidkonzentration, die der hohe pH-Wert des Ozeans verursacht. Das Team wies nach, dass sich Methanothermococcus okinawensis daran anpassen und mit seinem Stoffwechsel die winzigen Mengen an verfügbarem CO2 nutzen konnte, um weiter zu wachsen.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Chemie von Enceladus selbst dazu beitragen kann, diese große Hürde zu überwinden“, sagt William Orsi. „Die Wechselwirkung zwischen Gestein und Wasser erzeugt nicht nur Wasserstoff als Energiequelle, sondern schafft auch Bedingungen, die es Mikroben ermöglichen, weiterhin auf Kohlenstoff zuzugreifen, selbst wenn CO2 extrem knapp ist.“
Die Ergebnisse erweitern das Spektrum der Bedingungen, unter denen Enceladus als möglicherweise lebensfreundlich gilt. „Unsere Studie beweist nicht, dass es Leben auf Enceladus gibt“, so Orsi, „aber sie zeigt, dass wesentliche geochemische Merkmale dort eine der ältesten Stoffwechselformen des Lebens ermöglichen könnten. Damit stärkt sie die wissenschaftlichen Argumente für zukünftige Missionen, bei denen Proben aus den aus dem Mondozean stammenden Fontänen entnommen werden sollen, um darin nach mikrobiellem Leben zu suchen.“ Die ESA hat kürzlich Pläne bekannt gegeben, genau dies mit ihrer nächsten großen Vorzeigemission „L4“ zu tun. Der Start ist derzeit für das Jahr 2042 vorgesehen.
