Gibt es irgendwelche Mängel bei der Entdeckung von Leben auf dem Mars? Neue Forschung enthüllt peinliche Möglichkeiten

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Ma Xiaojun

Hersteller: China Science Expo

Seit dem Start der Viking-Missionen in den 1970er Jahren versuchen Menschen, auf dem Mars Anzeichen von Leben zu finden. Doch trotz der kontinuierlichen Bemühungen verschiedener Länder im Rahmen ihrer Marserkundungsprojekte wurden ein halbes Jahrhundert später nur sehr geringe Mengen einfacher organischer Moleküle auf dem Mars gefunden. Diese Beweise reichen bei weitem nicht aus, um zu behaupten, dass Leben auf dem Mars existiert. Letzte Woche zeigte eine neue Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, dass die begrenzten Fähigkeiten der auf dem Marsrover mitgeführten Erkennungsgeräte der Engpass sein könnten, der die Menschen daran hindert, Beweise für Leben auf dem Mars zu finden. **Um es einfach auszudrücken: Das Ausbleiben von Entdeckungen bedeutet nicht, dass es auf dem Mars kein Leben gibt. Es kann auch sein, dass die Nachweisgeräte nicht leistungsstark genug sind.

Von der Rosetta-Sonde aufgenommene Fotos vom Mars

(Bildnachweis: ESA & MPS für das OSIRIS-Team)

Mars – Schwesterplanet der Erde

Der Mars ist der vierte und zweitkleinste Planet im Sonnensystem und ähnelt der Erde in vielerlei Hinsicht. Obwohl die Durchschnittstemperatur auf dem Mars -63 °C beträgt, kann die Temperatur in manchen Jahreszeiten bis zu 20–35 °C erreichen, was bereits in einem für den Menschen überlebensfähigen Bereich liegt. Dieser rote Planet hat eine Atmosphäre, die hauptsächlich aus Kohlendioxid besteht, aber sehr dünn ist; der Luftdruck beträgt nur 1 % des Luftdrucks der Erde. Darüber hinaus verfügt der Mars über große Mengen fester Wasserressourcen, was ihn auch zu einem vielversprechenden Ort für die zukünftige Einwanderung von Menschen macht. Viele Forschungsergebnisse zeigen, dass es auf dem Mars möglicherweise niedere Lebensformen wie Mikroorganismen gab oder gegeben hat. Dies ist einer der wichtigen Gründe, warum Länder auf der ganzen Welt den Mars so gern erforschen möchten.

Größenvergleich zwischen Erde und Mars

(Bildquelle: Wikipedia)

In den vergangenen Jahrzehnten haben Menschen zahlreiche Marserkundungsmissionen durchgeführt, darunter Umkreisungen, Vorbeiflüge und Landungen. Eine der Kernaufgaben dieser Missionen besteht darin, herauszufinden, ob es Leben auf dem Mars gibt. Die von Menschen gestarteten Sonden können detaillierte Beobachtungen und Analysen der Oberfläche, der Atmosphäre, des Untergrunds und des hydrologischen Systems des Mars durchführen, um herauszufinden, ob auf dem Mars die Bedingungen für die Existenz von Leben oder Hinweise auf Leben vorliegen. Die von ihnen getragenen Lebensdetektoren basieren im Wesentlichen auf den folgenden Prinzipien.

Die relativen Positionen der Landeplätze früherer Marserkundungsmissionen

(Bildquelle: Wikipedia)

Erstens: Erkennung der Oberflächenzusammensetzung . Beispielsweise kann die von Zhurong mitgeführte entsprechende Ausrüstung die Elemente, Mineralien und Gesteinsarten auf der Oberfläche des Mars analysieren und so eine Grundlage für die Beurteilung schaffen, ob der Mars für Leben geeignet ist. Zweitens: Erkennung der atmosphärischen Zusammensetzung . Beispielsweise können Instrumente wie der von Maven mitgeführte Sonnenwind-Ionenanalysator den Einfluss der Sonne auf die Marsatmosphäre beobachten und so ihren möglichen Zusammenhang mit Lebensaktivitäten erforschen. Drittens: Geräte zur Erkennung organischer Stoffe , wie Curiosity und Perseverance. Die mitgeführten Instrumente können nicht nur Mineralien erkennen, sondern auch Hinweise auf die Existenz organischer Stoffe finden.

Ein Foto des Zhurong-Rovers und des Landers auf der Marsoberfläche, aufgenommen mit einer abnehmbaren Kamera, die vom Rover freigegeben wurde

(Fotoquelle: China News Service)

Tatsächlich wird jeder Marsrover mehrere Ortungsgeräte gleichzeitig mitführen. Nehmen Sie Perseverance als Beispiel. Die mitgeführte Detektionsausrüstung ist sehr umfangreich und vielfältig.

Mastcam-Z: Eine Zoom-Panoramakamera auf einem Mast, die hochauflösende Panorama- und Stereobilder erzeugen kann;

MEDA: Eine Miniatur-Wetterstation, die Temperatur, Windgeschwindigkeit, -richtung, -druck, -feuchtigkeit und Staubpartikel messen kann;

MOXIE: Ein experimentelles Instrument, das mithilfe von Kohlendioxid Sauerstoff aus der Marsatmosphäre extrahieren kann;

PIXL: Röntgenfluoreszenzspektrometer, mit dem die chemische Zusammensetzung von Gesteinen und Böden analysiert werden kann;

RIMFAX: Geologisches Radar, das unterirdische Strukturen und Schichten erkennen kann;

SHERLOC: ein Laserbildgebungssystem, das organische Stoffe und Mineralien erkennen kann;

SuperCam: Ein vielseitiges Instrument, das Laser, Infrarotlicht und Schallwellen zur Analyse von Gestein und Erde verwendet.

Verschiedene wissenschaftliche Nutzlasten auf dem Mars Rover Perseverance

(Bildnachweis: NASA)

Also, wie funktionieren diese Geräte? Nehmen wir als Beispiel das Sample Analysis at Mars (SAM)-Instrument auf Curiosity. SAM ist ein Instrument zum Nachweis organischer Stoffe und anderer chemischer Bestandteile in Marsböden und -gesteinen . Das Prinzip besteht darin, die Probe mithilfe eines Mikroofens zu erhitzen und das freigesetzte Gas mittels Massenspektrometrie, Gaschromatographie und Laserspektroskopie zu analysieren. Durch diese Analysen lässt sich mit hoher Präzision feststellen, welche Bestandteile in welcher Form in einer Gesteinsprobe enthalten sind. Enthält es beispielsweise Eisen? Existiert Eisen als einfache Substanz oder als Verbindung? Handelt es sich um Eisenoxid oder Ferroferrioxid? usw.

Probenanalyse auf dem Mars (SAM)

(Bildnachweis: NASA)

Falls auf dem Mars kohlenstoffbasiertes Leben existiert oder existiert hat, hinterlassen dessen Körper, Leichen und andere Überreste sowie verschiedene Substanzen, die im Zuge der Lebensaktivitäten in die Außenwelt freigesetzt werden, Spuren organischer Materie. Wir können dann die Möglichkeit der Existenz von Leben auf der Grundlage dieser organischen Moleküle untersuchen.

Mikroorganismen sind eine Möglichkeit, Methan auf dem Mars zu produzieren

(Bildnachweis: NASA)

Es ist gut, aber nicht perfekt. Ist die Erforschung des Lebens auf dem Mars noch immer auf Labore auf der Erde angewiesen?

Aus der Perspektive der Erforschung der chemischen Zusammensetzung reicht diese Art von Ausrüstung aus, um uns dabei zu helfen, die Eigenschaften des Marsbodens und der Marsgesteine ​​zu verstehen. Wissenschaftler haben jedoch die Wirksamkeit ähnlicher Geräte bei der Erforschung des Lebens in Frage gestellt.

Da es dem Menschen bisher nicht gelungen ist, mit Ausnahme von Meteoriten echte Marsgesteinsproben zu gewinnen, ist es derzeit nicht möglich, das Leben auf dem Mars auf der Erde zu erforschen. In dieser neuesten Studie testeten Wissenschaftler eine Reihe von Proben von der Erde. Bei diesen Proben handelt es sich jedoch nicht um den felsigen Vulkanboden, den wir überall um uns herum sehen. Sie stammen aus einem äußerst trostlosen und geheimnisvollen Ort – der Atacama-Wüste an der zentralen Westküste Südamerikas.

Eine von Perseverance gesammelte Marsgesteinsprobe

(Bildnachweis: NASA)

Hier haben Wissenschaftler ein ideales Forschungsobjekt von einem Ort namens Red Stone gesammelt. Red Stone liegt in der Atacama-Wüste. Die Gesteinsschichten sind reich an Hämatit und Tonstein, die Tonmineralien wie Vermiculit und Montmorillonit enthalten. Daher ist er geologisch dem Mars ähnlich. Sogar sein Name, Red Stone, ist stark mit dem Mars verbunden. Das Beste daran ist, dass die roten Felsen vor 100 bis 160 Millionen Jahren unter extrem trockenen Bedingungen entstanden sind und sehr ähnliche geologische Merkmale wie der Jezero-Krater aufweisen, den Perseverance auf dem Mars hauptsächlich untersucht. Dem gleichzeitig von den Autoren der Studie veröffentlichten Video zufolge ist das Terrain von Red Rock genau dasselbe wie das des Mars.

Redstone

(Bildnachweis: Armando Azua-Bustos)

Zusätzlich zur Verwendung von Methoden zur Analyse der Gesteinszusammensetzung, die denen ähneln, die bei der Marserkundung zum Einsatz kommen, testeten die Wissenschaftler Rhodonitproben auch mit verschiedenen biochemischen Analysemethoden. Mit diesen Techniken kann mikrobielles genetisches Material wie DNA und RNA direkt aus Gesteinsproben extrahiert oder anschließend kultiviert und extrahiert werden. Nach der evolutionären Analyse dieser genetischen Materialfragmente kann die Verwandtschaft dieser mikrobiellen Proben mit bekannten Mikroorganismen ermittelt werden.

Was die Wissenschaftler überraschte, war die große Zahl an Mikroorganismen in den Proben des roten Steins, und das genetische Material dieser Mikroorganismen wies gemischte Merkmale von heute existierenden und alten Mikroorganismen auf. Darüber hinaus wurde der Großteil dieses mikrobiellen genetischen Materials vom Menschen nie erkannt und beschrieben. Vielleicht inspiriert von der „dunklen Materie“ im Universum, die derzeit nicht beobachtet werden kann, nennen Wissenschaftler diese Art von Mikroorganismen „dunkle mikrobielle Gemeinschaften“.

Obwohl es unmöglich ist, auf der Erde exakt die gleiche Analyseausrüstung wie auf dem Marsrover zu finden, verwendeten Wissenschaftler auf Curiosity dennoch eine dem SAM ähnliche Ausrüstung, um auf Redstone-Proben Anzeichen von Leben zu entdecken. Die Ergebnisse zeigten, dass Instrumente wie SAM zwar die Mineralzusammensetzung von Rotgesteinsproben gut erfassen können, sie jedoch die sehr geringe Menge an mikrobieller organischer Substanz in den Proben nicht erkennen können, geschweige denn das genetische Material, das eine entscheidende Beweiskraft hat.

Foto des Jezero-Kraters auf dem Mars

(Bildnachweis: NASA)

Wissenschaftler behaupten daher, dass es mit den Instrumenten und Technologien, die die Marsrover derzeit an Bord haben, schwierig oder sogar unmöglich sei, organische Materie mit ähnlichem Inhalt in Marsgestein zu entdecken, geschweige denn, spezifische Fragmente des genetischen Materials von Mikroorganismen zu entschlüsseln. Kurz gesagt: Wenn wir herausfinden wollen, ob es Leben auf dem Mars gibt, müssen wir weiterhin Proben zur Erde bringen. Denn egal, wie fortschrittlich die Marsrover verschiedener Länder auch sind, die Funktionen der von ihnen transportierten Ausrüstung können niemals mit den verschiedenen Großgeräten in Laboren auf der Erde verglichen werden. Darüber hinaus sind Kompromisse bei der Leistung unvermeidlich, wenn Sie hochmoderne Geräte miniaturisieren, hochzuverlässig, langlebig und wartungsfrei machen möchten. Gleichzeitig ist es schwierig, Mikroorganismen auf Marserkundungsgeräten zu züchten, und es ist die durch die Kultivierung bewirkte Vervielfältigung des genetischen Materials, die den Nachweis erleichtert.

Allerdings sind die Ideale vielfältig und die Realität dürftig. Obwohl die Menschheit eine große Zahl an Mondbodenproben entnommen hat, ist es ihr nicht gelungen, Erde und Gestein vom Mars zu gewinnen. Schließlich ist der Mars im Vergleich zum Mond weit entfernt und ein Raumschiff wird auf dem Weg zum Mars auf zahlreiche Schwierigkeiten und Hindernisse stoßen. Beim Abheben für den Rückweg muss zudem eine Schwerkraft und ein Luftwiderstand überwunden werden, die größer sind als die des Mondes. Dieses Ziel hat der Mensch also noch nicht erreicht. Allerdings haben China, die USA und Europa Pläne, um das Jahr 2030 herum „heißen Boden“ vom Mars zurückzubringen. Bis dahin haben wir möglicherweise die Möglichkeit festzustellen, ob es Leben auf dem Mars gibt.

Der Standort der vulkanischen Bodenproben, die vom Marsrover Perseverance gesammelt wurden und die später von nachfolgenden Sonden zur Erde zurückgebracht werden sollen

(Bildnachweis: NASA)

Quellen:

[1] Welche Herausforderungen sind mit der Entdeckung von Leben auf dem Mars verbunden? Internationale Studie: Derzeit eingesetzte wissenschaftliche Instrumente sind nicht empfindlich genug

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1758537162727420797&wfr=spider&for=pc

[2] Dunkles Mikrobiom und extrem niedrige organische Bestandteile im fossilen Atacama-Delta enthüllen die Grenzen der Mars-Lebensnachweisbarkeit

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36172-1