LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Auswertungen zu Enceladus zeigen, dass das gefrierende Ozean-Sprühmaterial in der Eiskruste chemisch stärker sortiert und angereichert wird als bislang angenommen. Damit könnten künftige Raumsonden Biosignaturen in einzelnen Eispartikeln leichter nachweisen. Parallel deuten Laborergebnisse darauf hin, dass methanbildende Mikroorganismen unter Enceladus-Bedingungen trotz extrem hoher pH-Werte überleben und Methan produzieren können. Zusammen verschiebt das die Messstrategie von „viel finden“ hin zu „gezielt finden“.
Enceladus gilt seit langem als einer der aussichtsreichsten Kandidaten für die Suche nach Leben außerhalb der Erde. Der Grund ist sein unterirdischer Ozean aus flüssigem Wasser, der durch Risse in der Eiskruste am Südpol in den Weltraum „probenfähig“ entweicht: Die NASA-Sonde Cassini flog diese Fontänen mehrfach an und konnte ihre Zusammensetzung direkt untersuchen. Was nun neu heraussticht, ist weniger die grundsätzliche Lebensfreundlichkeit des Ozeans, sondern der Weg, den die Ozeanbestandteile beim Transport in Richtung Weltall nehmen. Zwei parallel präsentierte Forschungslinien beschreiben, wie sich dabei einzelne Komponenten getrennt voneinander verhalten und wodurch sich Spuren potenzieller Biosignaturen in Eispartikeln möglicherweise besonders gut konzentrieren.
Technisch setzt die erste Studie genau an diesem Transportprozess an. Aus dem Ozean steigen durch platzende Gasblasen an der Oberfläche kleine Tröpfchen auf, die vom Wasserdampf durch Spalten in der Eiskruste Richtung All getragen werden. Anders als man lange annahm, gefrieren sie nicht schlagartig, sondern langsam. In dieser Phase trennen sich Bestandteile, die zuvor gemeinsam im Ozean gelöst waren: Salze und organische Stoffe sammeln sich an unterschiedlichen Stellen innerhalb des gefrierenden Tröpfchens. Sogar innerhalb der Salzchemie kommt es zur Differenzierung, etwa wenn Natriumchlorid (Kochsalz) und Natriumkarbonate nicht einfach als „Mischmasse“ erstarren, sondern getrennte Anteile ausbilden.
Auf dem weiteren Weg nach oben gewinnen die gefrorenen Tröpfchen an Geschwindigkeit und erreichen dabei laut Studie Werte von bis zu 1000 Kilometer pro Stunde. Beim Auftreffen auf die Wände der Eisspalten zerbrechen sie anschließend in Partikel mit nur wenigen Mikrometern Größe. Genau diese Kombination aus langsamer Gefrierphase und anschließender Fragmentierung macht den Mechanismus für Messungen interessant: Viele Eispartikel enthalten dadurch überwiegend eine einzige der zuvor abgetrennten Substanzen, allerdings in stark erhöhter Konzentration. Die Forschenden vergleichen das mit einem chemischen Prozess zur Probenvorbereitung, der normalerweise auf der Erde erheblichen Aufwand erfordert. Prof. Dr. Frank Postberg bringt es auf den Punkt: „Enceladus übernimmt damit gewissermaßen einen Teil der Probenvorbereitung, für die wir in einem chemischen Labor auf der Erde erheblichen Aufwand betreiben würden. Die Bestandteile des Ozeans werden voneinander getrennt und zugleich in einzelnen Eispartikeln stark angereichert.“
Für die Suche nach Leben ist das potenziell ein strategischer Vorteil. Denn wenn im Ozean mikrobielles Material vorhanden wäre, könnte es beim Gefrieren von anderen Komponenten getrennt werden und anschließend nach dem Zerbrechen eher in wenigen Eispartikeln konzentriert auftreten. Solche „reinen“ Partikel wären aus Sicht der Detektion besonders attraktiv, weil Biosignaturen in einer höheren lokalen Konzentration auftreten und Sensoren damit eher Signal von Hintergrundrauschen unterscheiden können. Postberg beschreibt den Nutzen für künftige Missionen entsprechend konkret: „Für die Suche nach Leben ist das eine gute Nachricht.“ Und weiter, bezogen auf Messungen während eines Durchflugs durch die Fontänen: „Künftige Raumsonden müssten zwar beim Durchflug durch Enceladus’ Eisfontänen viele einzelne Eispartikel untersuchen. Träfen sie aber auf eines mit mikrobiellem Material, könnten sich Biosignaturen darin mit bereits verfügbarer Messtechnik besonders gut erkennen lassen.“ Die Logik ist dabei nicht „weniger Proben“, sondern eine bessere Trefferwahrscheinlichkeit pro Partikel.
Die zweite Studie erweitert das Bild um eine Frage, die im öffentlichen Diskurs oft unterschätzt wird: Welche Lebensform müsste überhaupt zu den chemischen Bedingungen passen? Hier geht es um die geochemische Umgebung des Enceladus-Ozeans, die im Labor als nahezu sauerstofffrei und stark alkalisch nachgebildet wurde, mit pH-Werten zwischen 10 und 11, plus einem karbonathaltigen Milieu. Entscheidend ist außerdem, dass die Forscher die hydrothermale Wechselwirkung mit dem Gestein des Ozeanbodens nicht nur als „Kulisse“, sondern als Einfluss auf die verfügbaren Reaktionsprodukte verstanden wissen wollten. Danach setzten sie den Mikroorganismus Methanothermococcus okinawensis den Enceladus-Bedingungen aus. Die Spezies gehört zu den methanbildenden Archaeen, die auf der Erde typischerweise an heißen Tiefseequellen vorkommen und für ihren Energiestoffwechsel Wasserstoff und Kohlendioxid benötigen.
Das Ergebnis klingt auf den ersten Blick gegen intuitive Erwartungen: In einem Nährmedium, das für die Mikroorganismen auf der Erde „normalerweise“ optimal wäre, konnten sie bei den für Enceladus ermittelten hohen pH-Werten nicht überleben, weil gelöstes Kohlendioxid fehlte. Unter den nachgebauten Enceladus-Bedingungen hingegen vermehrten sie sich trotz des hohen pH-Werts weiter. Die Studie führt das darauf zurück, dass der Wasserstoff als Energiequelle durch die Gesteinswechselwirkung auf Enceladus bereitgestellt wird und gleichzeitig trotz geringer Kohlendioxidmengen eine überraschende Anpassung des Stoffwechsels eintritt. Dr. Nozair Khawaja beschreibt genau diese Unerwartetheit: „Damit haben wir wirklich nicht gerechnet.“ Und weiter: „Es war ein Experiment bei dem wir einen solchen Erfolg für unwahrscheinlich gehalten haben.“ Damit liefert die zweite Linie nicht nur „Lebenschancen“, sondern auch eine plausiblere Kopplung zwischen Ozeanchemie und möglicher Energiegewinnung.
Zusammen ergeben die beiden Arbeiten ein konsistentes, mess- und labortaugliches Gesamtbild. Auf der einen Seite sortiert und konzentriert der Transport in die Eisfontänen chemische Bestandteile so, dass einzelne Eispartikel wie kleine, aufgesplittete Träger für spezifische Molekülgruppen wirken können. Auf der anderen Seite zeigen die Labordaten, dass zumindest bestimmte Mikroorganismen unter Enceladus-ähnlichen Bedingungen überleben und Methan produzieren könnten, selbst wenn pH-Werte extrem hoch sind. Wichtig bleibt dabei die sorgfältige Trennlinie: Die Studien belegen nicht das Vorhandensein von Leben, sondern sie verbessern die Wahrscheinlichkeit, dass Messungen in den Fontänen tatsächlich Lebensspuren erkennen, falls solche Spuren existieren. Damit verschiebt sich der Fokus für zukünftige Raumsonden weiter in Richtung gezielter Detektion in einzelnen, charakteristisch zusammengesetzten Eispartikeln – und weniger in Richtung pauschaler Suche nach „irgendwelchen“ Spuren. Die Ergebnisse wurden in zwei Fachartikeln in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
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