Studie zeigt: Der Untergrund des frühen Mars war lebensfreundlich

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Blick auf den Roten Planeten.
Copyright: NASA / JPL

New York (USA) – Der Untergrund des frühen Mars stellte ausreichend chemische Energie zur Verfügung, um darin Mikroorganismen auf der Grundlage der sogenannte Radiolyse gedeihen zu lassen. Zu dieser Einschätzung kommt eine aktuelle Studie von US-Forschern und vergleichet die Bedingungen des damaligen Marsuntergrund einmal mehr mit heutigen Lebensräumen extremer mikrobischer Lebensformen auf der Erde.

„Aus Sicht grundlegender physikalischer wie chemischer Berechnungen können wir zeigen, dass der frühe Marsuntergrund vermutlich genügend Wasserstoff in sich gelöst hatte, um hier rund um den Marsglobus eine unterirdische Biosphäre aufrecht zu erhalten“, kommentieren Jesse Tarnas, Prof. Jack Mustard und Kollegen von der Brown University das Ergebnis ihrer aktuell im Fachjournal „Earth and Planetary Science Letters“ (DOI: 10.1016/j.epsl.2018.09.001) veröffentlichten Studie.

Auch der Untergrund unserer Erdoberfläche ist die Heimat sogenannter unterirdischer lithoautropher Mikroben-Ökosysteme (subsurface lithotautrophic microbial ecosystems, kurz: SLIMEs). Abgeschnitten von der Energie des Sonnenlichts, beziehen diese unterirdisch gedeihenden Mikroben ihre Lebensenergie von Elektronen der Moleküle in ihrer Umgebung – sog. Radiolyse. Gelöste Wasserstoffmoleküle sind ein idealer Spender solche Energie und bekannt als molekularer Treibstoff irdischer SLIMEs.

In ihrer Studie zeigen die Wissenschaftler um Tarnas, dass im einstigen Marsuntergrund vor rund vier Milliarden Jahren durch die einwirkende Strahlung Wassermoleküle in ausreichender Menge in seine Wasser- und Sauerstoffanteile aufgespalten wurden, um für diesen Vorgang ausreichend Wasserstoff im Marsuntergrund global zur Verfügung zu stellen.

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Zur damaligen Zeit, so haben die Forscher berechnet, entsprach die Wasserstoff-Konzentration in der Marskruste in etwa jener, die heute noch eine Vielzahl von Mikroben unter der Erdoberfläche gedeihen lässt.

Zwar bedeutet das Ergebnis der Studie nicht, dass es damals zwangsläufig auch Leben auf dem Mars gab. Sie zeigt aber, dass für den Fall, dass damals auch auf dem Mars das Leben sein Weg genommen hätte, auch der Marsuntergrund für viele hundert Millionen Jahre lang ausreichen Nährstoffe für ein dortiges Ökosystem zur Verfügung hätte stellen können.

Konkret bedeutet dies, dass jene Orte, an denen heute noch bzw. urzeitlicher Untergrund an die Marsoberfläche tritt – etwa in Form von Aufrücken, Kratern usw. – die Chance zur Entdeckung der Spuren dieses potentiellen urzeitlichen Marslebens am höchsten wären.

Grundlage für die aktuellen Berechnungen sind Daten des Gammastrahlenspektrometers an Bord der NASA-Sonde „Mars Odyssey“, mit der das Vorkommen der radioaktiven Elemente Thorium und Kalium in der Marskruste vermessen und verortet werden konnte. Anhand dieser Verteilung konnten die Forscher dann auch auf das Vorhandensein eines dritten radioaktiven Elements – Uranium – schließen. Der Zerfall dieser drei Elemente offenbart dann jene Strahlung, die die Aufspaltung durch Radiolyse von Wasser ermöglicht. Da alle drei Elemente wiederum mit konstanten Raten zerfallen, war es den Wissenschaftlern auch möglich anhand der aktuellen Werte jene vor rund vier Milliarden Jahren zu berechnen.

In einem nächsten Schritt schätzten die Forscher dann, auf wieviel Wasser die errechnete Strahlung damals einwirken konnte und ermittelten den idealen Ort, an dem Leben in der Marskruste am besten gedeihen hätte können.

Die Kombination der so ermittelten Faktoren zeigte, dass der frühe Mars vor rund vier Milliarden Jahren vermutlich eine lebensfreundliche Zone unterhalb der Planetenoberfläche besaß, die mehrere Kilometer weit hinabreichte. Innerhalb dieser Zone hätte mittels Radiolyse mehrere Millionen Jahre lang also genügend chemische Energie zur Verfügung gestanden, um mikrobisches Leben in ähnlicher Form gedeihen lassen zu können, wie heutige irdische Untergrundbakterien.

Selbst unter den unterschiedlichsten Klimaszenarien des frühen Mars, hielt diese „habitable Zone“ stand und wird sogar stabiler, je kälter das Klimaszenario gezeichnet wird, da hier eine zunehmend dickere Eisschicht über der Marsoberfläche als eine Art isolierende Schicht den Wasserstoff davon abhält, aus dem Untergrund zu entweichen.

„Die meisten Menschen glauben, dass ein früher kalter Mars, eine schlechte Voraussetzung für damalig dortiges Leben gewesen wäre“, kommentiert Tarnas, führt dazu aber korrigierend weiter aus: „Wir zeigen nun aber, dass ein kälteres Marsklima in Wirklichkeit mehr chemische Lebensenergie im Marsuntergrund zur Verfügung gestellt hätte, als wärmere Klimamodelle. (…) Wir denken, dass unser Ergebnis nicht nur die Wahrnehmung vieler Menschen zum Verhältnis zwischen Klima und einstigem Marsleben verändern könnte.“

Für die Forscher weisen die neuen Ergebnisse gerade geologische Ausbrüche an Orten von Meteoriteneinschlägen als ideale Orte zur Suche nach Spuren einstigen Marslebens aus, an denen Einschläge Gesteinsbrocken aus dem Marsuntergrund an dessen Oberfläche befördert haben. „Viele dieser Brocken könnten direkt aus der einst habitablen Untergrundzone des Mars stammen und bis heute nahezu unverändert an der Oberfläche ihrer Erkundung harren.“ Tatsächlich finden sich denn auch solche Aufbrüche in den bereits angedachten Reichweiten des für die 2020er Jahre anvisierten Mars-Rover-Mission der NASA.

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