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Als Wissenschaftler 2025 erstmals Spuren von langkettigen organischen Molekülen in marsianischem Mergelstein bekanntgaben, fiel die Reaktion vorsichtig optimistisch aus. Es wurden geringe Konzentrationen von Alkanen nachgewiesen — Kohlenwasserstoffketten, die auf der Erde oft aus dem Abbau von Fettsäuren stammen. Keine eindeutigen Beweise, nicht dramatisch: nur einige Dutzend Teile pro Milliarde (parts per billion, ppb). Eine neue Analyse unter Leitung von Alexander Pavlov am Goddard Space Flight Center der NASA stellt diese Frage jedoch auf den Kopf: Könnte der Mars einst wesentlich mehr organische Substanz beherbergt haben, als diese niedrigen Messwerte vermuten lassen, und falls ja, ließen sich solche Mengen plausibel durch nicht-biologische Prozesse erklären?
Kurz gesagt: vielleicht nicht. Das Team modellierte, wie ionisierende Strahlung organische Moleküle über geologische Zeiträume langsam zerstört. Strahlung ist auf dem Mars unnachgiebig, weil dem Planeten das schützende Magnetfeld und die dichte Atmosphäre fehlen, die die Erde abschirmen. Gesteine, die nahe der Oberfläche liegen, werden beständig bombardiert. Über Millionen von Jahren erodieren organische Verbindungen chemisch — sie spalten sich, werden oxidiert oder in kleinere Fragmentmoleküle zerlegt. Pavlov und Kollegen nutzten im Labor bestimmte Radiolyse-Raten, um diese Uhr rückwärts zu drehen. Ihre Berechnungen deuten auf eine ursprüngliche Konzentration von langkettigen Alkanen oder Fettsäureresten im Cumberland-Mergelstein hin, die Hunderten bis Tausenden Teilen pro Million (ppm) entsprechen könnte — Größenordnungen höher als die von Curiosity gemessenen 30–50 ppb.
Die Umrechnung von den heute gemessenen ppb-Werten auf potenzielle ursprüngliche ppm-Spiegel erfordert ein robustes Verständnis von Zerfallsraten unter ionisierender Strahlung, Materialdurchmischung und der Dauer der Oberflächenexposition. Pavlovs Team stützte sich auf experimentelle Versuchsreihen, in denen organische Substanzen verschiedenen Strahlungsdosen ausgesetzt wurden, um Abbauraten (Radiolyse-Kinetik) zu quantifizieren. Diese Laborwerte wurden dann auf Marsbedingungen skaliert, wobei typische Strahlungsflüsse durch kosmische Strahlung und Solarpartikel berücksichtigt wurden. Ergebnis: Selbst konservative Annahmen führten zu einer rekonstruierten Spanne, die das gemessene Signal um drei bis fünf Größenordnungen übersteigen könnte.
Wie sie die Hypothese testeten
Eine Abschätzung dessen, was einst vorhanden war, erfordert zwei Hauptkomponenten: ein Modell der Zerstörung und eine Aufzählung plausibler Quellen. Das Zerstörungsmodell beruht auf kontrollierten Experimenten, in denen organische Moleküle gezielt ionisierender Strahlung ausgesetzt werden, während Zerfallskurven und Produktverteilungen gemessen werden. Diese Zerfallskurven lassen sich auf ein Gestein anwenden, das auf dem Mars über einen Zeitraum von ungefähr 80 Millionen Jahren Strahlung ausgesetzt war; daraus ergibt sich die überraschende, rekonstruierte Spanne von etwa 120 bis 7.700 ppm vor dem Einfluss der Strahlung.
Im Anschluss zog das Team bekannte abiotische Pfade in Betracht. Meteoriten und interplanetarer Staub liefern organische Vorläufer zur Marsoberfläche; atmosphärischer Haze kann einfache Kohlenwasserstoffe ablagern; hydrothermale Systeme und Wasser-Gesteins-Reaktionen wie Serpentinisierung können organische Verbindungen in situ synthetisieren. Auch photochemische Prozesse in der Atmosphäre tragen organische Kohlenstoffverbindungen bei. Jede dieser Mechanismen trägt eine gewisse Menge an Kohlenstoff bei, doch zusammengerechnet und unter realistischen Annahmen zu Flussraten und Reaktionsausbeuten blieben die Zahlen weit unter den rekonstruierten Anfangskonzentrationen.
Diese Diskrepanz bedeutet jedoch keineswegs eine direkte Deklaration von Leben. Die Autoren betonen Vorsicht. Modelle können unvollständig sein; es könnten unbekannte chemische Prozesse auf dem Mars stattfinden; und experimentelle Radiolyse-Raten, die auf der Erde gemessen wurden, erfassen möglicherweise nicht alle Nuancen der tatsächlichen marsianischen Mineralkontexte, Porosität oder langwelligen Strahlungsspektren. Dennoch verschiebt dieses Ergebnis die Debatte in eine neue Richtung: Wenn der Cumberland-Mergelstein tatsächlich mit Tausenden ppm an langkettigen organischen Verbindungen begonnen hat, ähnelt diese Dichte eher terrestrischen Ablagerungen, die mit biologischer Produktion assoziiert werden, als bekannten abiotischen Reservoiren.
Welche Schlüsse lassen sich aus dieser Arbeit für die Frage der Bewohnbarkeit ziehen? Es beweist kein vergangenes Leben, doch es definiert klarere Prioritäten für künftige Untersuchungen. Die detektierten Alkane könnten Überreste von langkettigen Fettsäuren sein — Moleküle, die auf der Erde häufig mit biologischen Prozessen verknüpft sind, obwohl es auch abiotische Synthesewege gibt. Die Existenz eines konzentrierten organischen Inventars deutet darauf hin, dass der frühe Mars über chemische Ausgangsstoffe verfügte, die für präbiotische Chemie relevant sein können, und unter bestimmten Umständen möglicherweise auch für Biochemie.
Ein wichtiges Detail ist die chemische Form der überlebenden organischen Fragmente: Sind es gesättigte Alkane, ungesättigte Verbindungen, karboxylierte Reste oder aromatische Überbleibsel? Die Antwort auf diese Frage liefert Hinweise auf Synthesewege und nachfolgende Verarbeitungsprozesse. Pavlovs Arbeit berücksichtigt typische Zerfallsprodukte der Radiolyse — z. B. kürzere Alkane, einfache Sauerstoffhaltige Verbindungen und fragmentierte Fettsäurereste — und prüft, wie deren relativer Anteil sich verändern würde, wenn von hohen ursprünglichen Konzentrationen ausgegangen wird.
Die Methodik verbindet Laborbefunde mit Marsgeologie: Sedimentologische Hinweise aus dem Cumberland-Bereich in Gale Crater, die Schichtung, Porosität und die wahrscheinliche Expositionszeit der Gesteine an der Oberfläche. Diese Parameter beeinflussen, wie tief Strahlung eindringt und wie schnell organisches Material chemisch abgebaut oder in anorganische Produkte umgesetzt wird. Zusätzlich spielten Faktoren wie Bindung an Tonminerale oder Sulfate eine Rolle, da Adsorption und Einschluss in Mineralmatrices den Strahlungsabbau verlangsamen und so organische Moleküle schützen können.
Die bekannte Detektion durch den Marsrover Curiosity — unter Verwendung seiner Instrumente wie SAM (Sample Analysis at Mars) — lieferte die Ausgangsdaten von etwa 30–50 ppb für bestimmte Alkane in der untersuchten Probe. Diese Werte sind niedrig, aber signifikant über dem Hintergrundrauschen der Instrumente. Pavlovs Ansatz fragt nun: Wenn man die erwartete Größe des radiolytischen Verlusts berücksichtigt, wie groß müsste die ursprüngliche Konzentration gewesen sein, um nach 80 Millionen Jahren noch das beobachtete Signal zu hinterlassen? Ihre Antwort ist provokativ: erheblich größer als bisher angenommen.
Welche abiotischen Quellen wurden im Detail betrachtet? Meteoriten- und interplanetarer Staubzufluss bringen organische Makromoleküle und einfache organische Verbindungen auf Mars. Schätzungen für den Kohlenstoffeingang durch außerplanetare Partikel existieren, liegen aber häufig unter den benötigten Werten für Tausende ppm in einem lokalen Sediment. Atmosphärische Photochemie kann kleinere Kohlenwasserstoffe erzeugen, die als Niederschlag oder an Oberflächenlagern akkumulieren, doch die Resultate sind normalerweise diffus und nicht ausreichend konzentriert. Hydrothermale Systeme dagegen — sofern lokal vorhanden — können durch katalytische Prozesse organische Verbindungen effizient synthetisieren; doch klare Hinweise auf aktive oder früher intensiv arbeitende hydrothermale Umgebungen in unmittelbarer Nähe des Cumberland-Mergelsteins fehlen bislang.
Serpentinisierung verdient besondere Aufmerksamkeit: Die Reaktion von ultramafischem Gestein mit Wasser setzt Wasserstoff frei, was reduktive Synthesewege fördern kann, einschließlich Fischer-Tropsch-ähnlicher Prozesse, die einfache Kohlenwasserstoffe aufbauen. Auf der Erde sind solche Systeme mit organischer Produktion assoziiert, teilweise sogar mit Lebensgemeinschaften, die sich von der chemischen Energie ernähren. Auf dem Mars könnte Serpentinisierung daher eine lokal signifikante, abiotische Kohlenstoffquelle darstellen — allerdings zeigen die konservativen Berechnungen des Teams, dass allein dieser Mechanismus die rekonstruierten ppm-Werte wahrscheinlich nicht erklärt.
Die Autoren fordern daher weitere Tests: tiefere Probenahmen, um oberflächenveränderte, strahlungsbearbeitete Schichten zu umgehen; verfeinerte Laborexperimente, die martianische Mineralmatrices, Porosität und tatsächliche Strahlungsspektren besser simulieren; sowie fortlaufende Vergleiche mit meteoritischer und atmosphärischer Zufuhr. Besonders hilfreich wären Messungen an frischem, nicht-oxidiertem Material, idealerweise in situ oder durch eine zukünftige Probenrückführung, die präzise organische Fraktionierung und Isotopie-Analysen ermöglicht.
Darüber hinaus schlagen die Forschenden vor, Radiolyseraten für mineralgebundene Organik und für verschiedene Feuchtigkeitsgrade zu erweitern. Auf der Erde enthalten Tonminerale und Sulfate organische Stoffe oft über lange Zeiträume, weil die Bindung an Oberflächen Schutz bietet. Ähnliche Mechanismen auf dem Mars könnten die Überlebensdauer von Makromolekülen deutlich verlängern und damit die Rekonstruktion der ursprünglichen Konzentration beeinflussen. Laborarbeiten, die solche Interaktionen bei Marsbedingungen untersuchen, würden die Unsicherheit der Modelle reduzieren.
Diese Studie hat auch methodische Auswirkungen für die Planung künftiger Missionen: Bohrtiefe, Probenaufbereitung, Auswahl von Analyseinstrumenten und Zielgeologie sollten so optimiert werden, dass sie die Detektion besserer Signale erlauben. Instrumente, die in der Lage sind, spezifische funktionelle Gruppen (z. B. Carboxyl-, Hydroxyl-, Alkyl-Gruppen) und Isotopensignaturen zu unterscheiden, gewinnen an Bedeutung, weil sie zwischen abiotischen und potentiell biotischen Quellen trennende Hinweise liefern können.
Abschließend bleibt die zentrale Frage, die Pavlovs Arbeit neu stellt: Wo ist der Großteil der früheren organischen Substanz geblieben? Wurde sie vollständig in CO2 oder einfache Oxidationsprodukte umgewandelt, ingasförmige Verbindungen entweichen gelassen, oder sind die Überreste tief unter der Oberfläche konserviert? Die Suche geht weiter — jetzt mit einem klareren Plan, welche Proben und welche analytischen Ansätze nötig sind, um diese Fragen zu beantworten.
Curiosity lieferte einen verlockenden Datenpunkt; die neue Analyse formt daraus ein schärferes Rätsel. Die Ergebnisse fordern eine Kombination aus gezielten geologischen Untersuchungen, verbesserten Laborversuchen und mittelfristig Probenrückführungen, um die Herkunft und Bedeutung der marsianischen Organik endgültig einzuordnen. Bis dahin bietet die Studie wertvolle Hinweise für die Definition von Prioritäten in der Suche nach präbiotischen Materialien und möglichen Lebenszeichen auf dem Roten Planeten.
Die Suche setzt sich mit neuer Zielgerichtetheit und einer klareren Karte der Aspekte fort, auf die unter der rostfarbenen Oberfläche zu achten ist — sei es der Nachweis schützender Mineralmatrices, tieferer organischer Lagerstätten oder isotopischer Signaturen, die die Frage nach Leben oder komplexen abiotischen Prozessen weiter erhellen könnten. Solche Erkenntnisse werden die Diskussionen zur Marsbewohnbarkeit, zur organischen Chemie auf Planeten ohne kräftiges Magnetfeld und zur Interpretation zukünftiger Messungen grundlegend beeinflussen.
Quelle: sciencealert
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