Könnten salzliebende Mikroben das Methan des Mars erklären?

Felsiges und sandiges Gelände mit Bergen im Hintergrund.

Uralte Seesedimente im Gale-Krater auf dem Mars. Der Rover Curiosity hat in dieser Region Methan nachgewiesen, und dies ist die Art von Umgebung, in der methanogene Mikroorganismen des Archaeentyps heute noch überleben könnten, mit Böden, die Salze und Ton enthalten. Bild überNASA/ JPL-Caltech.


Seit es zum ersten Mal entdeckt wurdefrüher in diesem Jahrhundert, Methan in der dünnen Luft des Mars war eines der faszinierendsten Geheimnisse des Roten Planeten.RekordhochMethangehalt – der im vergangenen Juni in der Marsatmosphäre gemeldet wurde – war einer vonDie größten Wissenschaftsgeschichten des Jahres 2019. Entsteht das Methan des Mars durch geologische Prozesse? Oder könnte es ein Lebenszeichen sein? Diese Debatte wurde in den letzten Jahren intensiver geführt. Nun skizziert eine neue Studie von Forschern der Technischen Universität Berlin (TU Berlin) einen möglichen Mechanismus, bei dem mikrobielles Leben die Ergebnisse tatsächlich erklären könnte.

Die Recherche wardiskutiertin einem Artikel vonDirk Schulze-MakuchinLuft & Raumfahrtam 9. Januar 2020 und diepeer-reviewedPapier warveröffentlichtam 8. Januar inWissenschaftliche Berichte. Die Ergebnissewurden auch vorgestelltam 4. September 2019 auf der 19. EANA Astrobiology Conference in Orleans, Frankreich.


Die Studie unter der Leitung von Debbie Maus von der TU Berlin konzentrierte sich darauf, wie Mikroben mit Wasser überleben können, das nur durchZerfließen, wo Salze winzige Mengen Wasser direkt aus der Luft aufnehmen und sich dann in der aufgenommenen Feuchtigkeit auflösen. Dies wäre auf dem Mars unerlässlich, wo auf der trockenen, kalten Oberfläche kein flüssiges Wasser bekannt ist.ExtremophilMikroorganismen auf der Erde können jedoch auf diese Weise überleben, indem sie die winzigen Mengen an Feuchtigkeit nutzen, die vorhanden sind. Könnte das gleiche für den Mars gelten?

Einige irdische Mikroben, die Zerfließen verwenden, setzen auch Methan frei. Und es ist bekannt, dass der Marsboden Salze enthält. KönnteZerfließenauf dem Mars das Methan in der Luft erklären? Obwohl die aktuelle Studie dies nicht beweist, legt die Studie nahe, dass diese Erklärung plausibel ist.

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Glatte graue Zylinder in einem Cluster mit schwarzem Hintergrund.

Ein Cluster vonHalobakterien, eine Art von Archaea-Mikroorganismus auf der Erde. Ähnliche Mikroben könnten möglicherweise das Vorhandensein von Methan auf dem Mars erklären. Bild überWikipedia.




Wie kamen Maus und ihr Team zu diesen Schlussfolgerungen?

Sie verwendeten drei verschiedene Versionen von simuliertem Marsboden, einschließlich der Salze. Diese befanden sich in einer speziellen Kammer, die die Bedingungen auf der Marsoberfläche nachbildete. Die Forscher wollten sehen, ob bestimmte Arten von Mikroben die Salze verwenden würden, um unter diesen simulierten feindlichen Bedingungen mit sehr dünner Atmosphäre, bitterer Kälte und ohne flüssiges Wasser Feuchtigkeit durch Zerfließen zu gewinnen.

Die Forscher testeten drei Arten methanogener Archaeen (Methanogene), einzellige Mikroorganismen, die Bakterien ähnlich sind, die auf der Erde in Umgebungen mit sehr niedrigem Sauerstoffgehalt leben, ähnlich wie der Mars. Alle drei Arten produzieren Methan als Nebenprodukt ihres Stoffwechsels.

Zwei der drei Mikrobenarten produzierten unter den simulierten Marsbedingungen Methan. Bemerkenswert ist, dass dies insbesondere dann zutraf, wenn bei den Tests Salze und Böden verwendet wurden, die denen ähnlich sind, die in alten Seebetten auf dem Mars gefunden wurden und einen hohen Tongehalt aufweisen. Dies ist genau die Art von Gelände, das dieNeugier Roverist gerade dabei inSturmkrater– der vor einigen Milliarden Jahren ein See oder eine Reihe von Seen war – und Curiosity hat Methan jetzt mehr als einmal bestätigt. Curiosity untersucht derzeit tonreiche Böden an den unteren Hängen vonMount Sharpmitten im Krater.


Die neue Studie liefert einen plausiblen Mechanismus für die Freisetzung von Methan in die Marsatmosphäre, obwohl noch nicht sicher ist, ob das Methan das Ergebnis von Biologie oder Geologie ist. Auf der Erde wird der überwiegende Teil des Methans von Organismen produziert, das gleiche könnte auch für den Mars gelten, aber das ist noch lange nicht sicher.

Querschnitt des Untergrunds unter einem Vulkan mit Textanmerkungen.

Illustration, die zeigt, welche Prozesse Methan auf dem Mars erzeugen und zerstören könnten. Das Methan kann von unter der Oberfläche stammen und durch unterirdische Risse in die Atmosphäre freigesetzt werden. Bild überDIES.

Die Forscher fanden heraus, dass die Mikroben selbst dann, wenn sie ausgetrocknet – ausgetrocknet – und ruhend sind, durch Zerfließen wiederbelebt werden und Methan freisetzen können. Von demPapier:

Unsere Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, dass die Rehydratation von MRAs [Mars-Regolith-Analoga] durch Zerfließen den Stoffwechsel von ausgetrockneten methanogenen Archaeen reaktivieren kann. Das Design des CDS sah einen durch Zerfließen bedingten Wassertransport in die Inkubationskammer vor, jedoch nur, wenn ein hygroskopisches Salz vorhanden war. Unsere Daten zeigten auch, dass die Methanproduktion stark von der methanogenen Spezies, der Inkubationstemperatur und der Art von MRA und Salz abhängt, die in den Experimenten verwendet wurden.


Mit dem speziell entwickelten Closed Deliqueszenz System (CDS) haben wir den In-vitro-Prozess der Deliqueszenz simuliert und gezeigt, dassMethanosarcina soligelidiundMethanosarcina barkerikann die Austrocknung in Gegenwart von 30 Gew.-% Natriumchlorid in einem Phyllosilikat enthaltenden Mars-Regolith-Analogon überleben und außerdem metabolisch aktiv werden, nachdem Wasser durch Zerfließen bereitgestellt wird.

Daraus schließen wir, dass methanogene Archaeen in Umgebungen mit vorübergehender Wasserverfügbarkeit leben und mit unterschiedlichen Salzkonzentrationen fertig werden können. Folglich können salzreiche Umgebungen in der Nähe des Untergrunds auf dem Mars einer periodischen Benetzung unterliegen, wie fürRSLs[recurring hang lineae], kann als potenzieller Lebensraum für bestimmte halotolerante methanogene Archaeen angesehen werden und könnte möglicherweise eine biologische Methanquelle in der Marsatmosphäre sein.

Die RSLs oderwiederkehrende Steigung einer Liniesind ein weiteres Merkmal auf dem Mars, dasenthalten hydratisierte Salze. Diese dunklen Streifen an steilen Hängen können das Ergebnis von kurzen salzigen Wasserströmen sein, aber über ihre tatsächliche Ursache wird noch viel diskutiert. Wenn Feuchtigkeit im Spiel ist, können sie ideale Standorte für solche salzliebenden Mikroben sein. Es gibt sogar einige RSLs auf dem Mount Sharp mitten im Gale Crater. Der Curiosity-Rover konnte näher heranfahren, aber seine Controller bei der NASA entschieden sich dagegen; Es bestand die Gefahr einer Kontamination durch den Rover, der noch einige verirrte irdische Mikroben an Bord haben könnte.

Diagramm des Mars mit Text zur Identifizierung von Raumfahrzeugen, Daten und Mengen.

Eine Geschichte wichtiger Methanmessungen auf dem Mars von 1999 bis 2018. Image viaDIES.

Curiosity fand Beweise dafür, dass das Methan zumindest in der Nähe seines Standorts in seiner Variation saisonal ist. Das könnte das Ergebnis sein vonClathrat-Eisoder Böden, die in wärmeren Perioden, anderen geologischen Prozessen oder sogar einer Funktion der Biologie periodisch etwas eingeschlossenes Methan freisetzen.

In einer früheren Studie fanden Wissenschaftler heraus, dass das von Curiosity nachgewiesene Methantägliche Variationensowie saisonale. WieJohn Mooresan der York University in Kanada erklärt:

Diese neueste Arbeit legt nahe, dass sich die Methankonzentration im Tagesverlauf ändert. Wir konnten – zum ersten Mal – eine einzige Zahl für die Versickerungsrate von Methan am Gale-Krater auf dem Mars berechnen, die durchschnittlich 2,8 kg [.7 Gallonen] pro Marstag entspricht.

Das hat auch eine andere frühere Studie gezeigtWinderosion von FelsenEs war unwahrscheinlich, dass die von Curiosity beobachteten Methanschwankungen erklärt wurden.

Methan wurde erstmals 1999 von bodengestützten Teleskopen in der Marsatmosphäre gefunden. Der Ursprung ist jedoch immer noch rätselhaft, obwohl das Gas seitdem auch viele Male mit verschiedenen Orbitern und dem Curiosity-Rover nachgewiesen wurde. Neugierde auch kürzlich entdecktungewöhnliche jahreszeitliche Schwankungen der Sauerstoffmengeim Gale-Krater, aber weitere Tests sind erforderlich, um festzustellen, ob eine Verbindung zu den Methanschwankungen besteht.

Unwegsames felsiges Gelände mit dunklen Streifen, die bergab verlaufen.

Ein Beispiel für Recurring Slope Lineae (RSL) an den Wänden vonNewton-Krater, wie vom Mars Reconnaissance Orbiter am 30. Mai 2011 gesehen. Sie enthalten Salze und möglicherweise Wasser. Bild über NASA/ JPL-Caltech/Universität von Arizona.

Bisher konzentrierte sich die Suche nach Leben auf dem Mars – in Vergangenheit oder Gegenwart – auf diefolge dem WasserSzenario. Aber wenn diese neue Forschung ein Hinweis ist, und wie auf der EANA Astrobiology Conference festgestellt, ist es vielleicht an der Zeit, diesen Ansatz zu ändern:

Während unsere Ergebnisse die Bedeutung des verwendeten Substrats, der Archaeenspezies, des Salzes und der Temperatur betonen, zeigen wir – noch wichtiger – zum ersten Mal, dass allein durch Zerfließen bereitgestelltes Wasser ausreicht, um methanogene Archaeen zu rehydrieren und ihren Stoffwechsel unter ungefähr analogen Bedingungen zu reaktivieren in die nahe unter der Oberfläche liegende Marsumgebung.

Daher schlagen wir vor, dass ein wichtigeres Mantra für die Suche nach Leben auf dem Mars „Folge dem Salz“ und nicht „Folge dem Wasser“ lautet für Astrobiologie.

Fazit: Neue Laborstudien von Forschern der Technischen Universität Berlin legen nahe, dass Mikroben, die methanogenen Archaeen auf der Erde ähnlich sind, das mysteriöse Methan des Mars produzieren könnten.

Quelle: Methanogene Archaea können Methan in deliqueszenzgetriebenen marsanalogen Umgebungen produzieren

Quelle: Der Prozess des Zerfließens könnte es methanogenen Archaeen ermöglichen, auf dem Mars zu metabolisieren