Das schwer nachweisbare „Schwimmen“ von Mikroorganismen ist tatsächlich der „neue Schlüssel“ zur Erforschung außerirdischen Lebens?

Autor: Huang Xianghong Duan Yuechu

Im riesigen Universum hat der Mensch nie aufgehört, andere Lebensformen zu erforschen. Diese Erkundung weckt nicht nur die Neugier auf das Unbekannte, sondern beinhaltet auch eine tiefgründige Suche nach dem Wesen und Ursprung des Lebens. Gibt es außerirdisches Leben? In welcher Form existieren sie? In welcher Art von Umgebung werden sie leben? Diese Fragen beschäftigten die Wissenschaftler schon immer und sind zu einer starken Triebkraft für den kontinuierlichen Fortschritt der Astrobiologieforschung geworden. Kürzlich hat uns ein Forschungsergebnis zum „Schwimmen“ von Mikroorganismen neue Hoffnung und die Möglichkeit gegeben, das Geheimnis außerirdischen Lebens zu lüften.

Am 6. Februar veröffentlichte ein Team deutscher Astrobiologen ein äußerst innovatives Forschungsergebnis in der Fachzeitschrift Frontiers in Astronomy and Space Science. Sie schlugen eine neue, einfachere und kostengünstigere Methode zum Nachweis der Aktivität von Mikroorganismen vor, die eine wichtige technische Unterstützung für zukünftige Missionen zur Entdeckung außerirdischen Lebens bieten könnte. Bisher war die Untersuchung der mikrobiellen Dynamik eine schwierige Aufgabe, die nicht nur kostspielig, sondern auch zeit- und arbeitsintensiv war, was ihre Anwendung bei robotergestützten Weltraummissionen erschwerte. Die Forschungsergebnisse des deutschen Astrobiologenteams stellen zweifellos einen großen Durchbruch bei der Lösung dieses schwierigen Problems dar.

In dieser Studie konzentrierten sich die Forscher auf drei spezifische Mikroorganismen – Bacillus subtilis, Pseudoplankton Proteomonas und Volcani-Algen. Diese Mikroorganismen sind „Extremisten“ mit der außergewöhnlichen Fähigkeit, extreme Temperaturen, Drücke oder chemische Bedingungen zu überleben. Ihre Fähigkeit, in einer Vielzahl rauer Umgebungen auf der Erde zu gedeihen, hat Astrobiologen zu der Annahme veranlasst, dass sie wichtige Hinweise bei der Suche nach außerirdischem Leben liefern könnten. Denn wenn diese Mikroben in den extremen Umgebungen der Erde überleben können, dann ist es wahrscheinlich, dass es in scheinbar ähnlichen außerirdischen Umgebungen im Universum ähnliche Lebensformen gibt.

Die Forscher entwarfen ein einfaches, aber geniales Experiment. Sie platzierten einen mit Mikroorganismen gefüllten Wassertropfen auf die eine Trennwand eines Zweikammer-Objektträgers und eine mit L-Serin angereicherte wässrige Lösung auf die andere Seite. L-Serin ist eine Aminosäure, die für die Proteinsynthese und Zellproliferation essentiell ist. In den darauffolgenden drei Stunden getrennter Experimente beobachteten die Forscher ein aufregendes Phänomen: Alle drei Mikroorganismen wurden aktiv und begannen zu wandern. Sie schwammen von der Ausgangskammer zu der Seite, die L-Serin enthielt, und bildeten so einen „Fleck“ mit L-Serin. Diese Tendenz von Organismen, auf bestimmte Chemikalien zuzudriften oder sich von ihnen wegzutreiben, wird als Chemotaxis bezeichnet.

„Bei den in den Experimenten verwendeten Organismen beschreibt das Konzept der Chemotaxis die Fähigkeit von Mikroorganismen, Moleküle zu erkennen und sich auf sie zuzubewegen, die für sie nützlich sein könnten, insbesondere im Hinblick auf den Stoffwechsel“, erklärt Max Rickles, Doktorand an der Technischen Universität Berlin und Hauptautor der Studie. Mit ihrem speziellen Aufbau wollen sie das Studium der visuellen und rechnerischen Aspekte der Chemotaxis deutlich vereinfachen. Dieses innovative experimentelle Design verringert die Schwierigkeiten, die bei früheren Chemotaxis-basierten Methoden bei der Anregung und Überwachung mikrobieller Bewegungen auftreten, erheblich.

Christian Lindensmith, Astrobiologe am Jet Propulsion Laboratory der NASA, wies darauf hin, dass frühere Chemotaxis-basierte Methoden viele Probleme aufwiesen, beispielsweise die Schwierigkeit, zuverlässige, stabile und vorhersagbare chemische Gradienten zu etablieren. Zudem sei es sehr schwierig, die Bewegung von Mikroorganismen zu beobachten, da das Sichtfeld des Mikroskops sehr klein sei und die Bewegung der Mikroorganismen durch externe Faktoren wie thermische Mischung und Trägheitsdrift beeinflusst werden könne, genau wie bei der Verwaltung eines mikroskopischen Zoos. In diesem neuen Experiment spielte die Gelmembran, die die beiden Kammern trennt, eine Schlüsselrolle. Dieses semipermeable Gel fungiert tatsächlich als Einwegbarriere, die den Organismen auf der einen Seite einen relativ schnellen Durchgang ermöglicht, während die Permeation von L-Serin auf der anderen Seite verlangsamt wird, wodurch die Motivation der Mikroorganismen zur Bewegung erhalten bleibt. Jay Nadeau, Astrobiologe und Physikprofessor an der Portland State University, stimmte zu, dass dieser Aufbau eine „gute Wahl“ sei, da er die Identifizierung mikrobieller Aktivität erleichtere, insbesondere weil die Barriere Mikroben zurückhalten könne, wenn sie die L-Serin-Seite betreten.

Sowohl Nadeau als auch Lyndensmith glauben, dass diese technologischen Fortschritte für zukünftige Weltraumerkundungsmissionen von großem Nutzen sein könnten. Eine echte Frage bei der Erforschung einer sehr kalten Welt wie Europa lautet: Was wäre, wenn das außerirdische Leben sehr, sehr langsam schwimmt? In solchen Fällen kann die Verwendung herkömmlicher Methoden eine ständige Überwachung des Systems auf signifikantes mikrobielles Wachstum erfordern, was schwierig und zeitaufwändig ist. Mit dieser neuen Methode müssen die Wissenschaftler lediglich prüfen, ob sich im Nährstofftank Mikroorganismen befinden, um festzustellen, ob Anzeichen von Lebensaktivität vorliegen.

Allerdings muss diese Methode noch viele Herausforderungen meistern, bevor sie wirklich in interplanetaren Astrobiologie-Missionen eingesetzt werden kann. Erstens: Obwohl einheimische Organismen auf der Erde L-Serin und andere ähnliche lebenswichtige Nahrungsmittel mögen, gibt es keine Garantie dafür, dass diese Substanzen fremde Organismen mit anderer Biochemie anziehen. Herauszufinden, was man der anderen Seite als Köder hinlegen könnte, wurde zu einem schwierigen Problem, das gelöst werden musste. Zweitens müsste die Technik, selbst wenn man davon ausgeht, dass der Nährstoffplan des Lebens im gesamten Universum derselbe ist, durch neue und umfangreichere Experimente weiter verfeinert werden, bevor dieser Ansatz auf tatsächliche Messgeräte angewendet werden könnte. Zudem müsste er mit verschiedenen Arten von Mikroorganismen und Aminosäuren entwickelt und getestet werden.

Trotz der Herausforderungen eröffnet diese Forschung zweifellos einen neuen Weg für die Suche nach außerirdischem Leben. Dadurch wird uns das enorme Potenzial von Mikroorganismen in der astrobiologischen Forschung bewusst und wir sind auch gespannter auf die zukünftige Erforschung des Weltraums. Nadeau sagte dazu: „Eines der Ziele der Astrobiologie besteht darin, auf anderen Welten nach Mikroben zu suchen. In der Zwischenzeit können wir hier auf der Erde jedoch eine Menge Dinge tun, die uns viele neue Erkenntnisse liefern.“ Diese neue Methode zum Nachweis von Mikroben ist ein großartiges Beispiel für eine einfache, aber wichtige Arbeit, die künftige Bemühungen zur Suche nach außerirdischem Leben beeinflussen könnte.

Auch Lynden Smith betonte: „Man weiß nicht, was da draußen (im Weltraum) vor sich geht. Daher ist die Diversifizierung der Werkzeuge und Techniken zur Beobachtung des Lebens auf unserem eigenen Planeten ein wichtiger erster Schritt. Wir müssen all diese Dinge auf der Erde tun können, bevor wir sinnvolle Arbeit auf anderen Planeten leisten können.“ Angesichts des kontinuierlichen Fortschritts in Wissenschaft und Technologie haben wir Grund zu der Annahme, dass die Menschheit in naher Zukunft in der Lage sein wird, das Geheimnis außerirdischen Lebens zu lüften und dieses große und anspruchsvolle wissenschaftliche Ziel zu erreichen.

Auf dieser Reise zur Erforschung der Geheimnisse des kosmischen Lebens ist das „Schwimmen“ der Mikroorganismen vielleicht nur ein kleiner Hinweis, aber es könnte uns in eine völlig neue Welt führen, ein neues Feld des kosmischen Lebens voller unendlicher Möglichkeiten. Wir dürfen uns darauf freuen, dass den Wissenschaftlern in der zukünftigen Forschung weitere Durchbrüche gelingen und sie so die Wahrnehmung und das Verständnis des Universums der Menschheit noch weiter überraschen werden.

Referenz: Könnten winzige schwimmende Mikroben uns helfen, die Geheimnisse außerirdischen Lebens zu entschlüsseln? | Grenzen der Astronomie und Weltraumforschung