Archaea wären auf Saturnmond lebensfähig

28. Februar 2018, von Universität Wien / CEN UHH

Foto: S. Rittmann

In diesen Bioreaktoren vermehrten sich die Archaea.

„Auf dem Saturnmond Enceladus wären Mikroorganismen lebensfähig“, sagt Professor Jörn Peckmann vom CEN, „dies zeigen jetzt Experimente, die die dortigen Bedingungen nachempfinden.“ Organismen eines Archaea-Stamms aus der Tiefsee vor Japan vermehrten sich und produzierten Methan, wie jetzt eine Studie im Fachmagazin Nature Communications zeigt. Peckmann und zwei seiner Mitarbeiter sind Co-Autoren der Studie.

WissenschafterInnen um den Biologen Simon Rittmann von der Universität Wien gingen der Frage nach, ob mikrobielles Leben, wie wir es von der Erde her kennen, auch auf anderen Himmelskörpern möglich ist – konkret auf dem Saturnmond Enceladus, der einen unterirdischen Wasserozean hat. Dazu verwendeten sie Mikroorganismen aus der Gruppe der Archaea, da diese Wasserstoff und Kohlendioxid verstoffwechseln sowie hohe Temperaturen und Druck aushalten können, wie sie auf Enceladus vermutet werden. In einer aktuellen Studie in "Nature Communications" konnten sie zeigen, dass insbesondere ein Archaea-Stamm aus der japanischen Tiefsee prinzipiell auch unter den möglichen Eismond-Bedingungen vermehrungsfähig wäre.

Die im September 2017 erfolgreich beendete Cassini-Mission der NASA flog auch einige Mal durch die Wassereisfontänen des Saturnmonds Enceladus. Die unzähligen Geysire dieses Eismondes emittieren Wassereis mehrere Kilometer weit ins All. Die Analyse der Zusammensetzung dieser ergab, dass im Inneren von Enceladus alle wesentlichen Zutaten für Leben vorkommen – nämlich Wasser und die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel. Des Weiteren wurden auch Kohlendioxid (CO₂), Kohlenmonoxid, Methan (CH₄), molekularer Wasserstoff (H₂), Ammoniak und viele weitere Moleküle entdeckt.

Unter der Leitung von Simon Rittmann vom Department für Ökogenomik und Systembiologie der Universität Wien untersuchte ein interdisziplinäres Team von der Johannes Kepler Universität Linz, der Krajete GmbH, der Universität Hamburg und der Universität Bremen, ob mikrobielles Leben auch unter den auf Enceladus herrschenden Bedingungen möglich sein könnte. Dafür verwendeten sie methanogene Mikroorganismen (Methanogene) aus der Gruppe der Archaea.

Da in den Wassereisfontänen größere Mengen von H₂ und CO₂ nachgewiesen wurden, nutzten die ForscherInnen Methanogene, welche H₂ als Energiequelle und CO₂ als Energie- und Kohlenstoffquelle zu CH₄ metabolisieren können. "Insbesondere ein Stamm aus der japanischen Tiefsee, der an sehr hohe Temperaturen und hohen Druck angepasst ist, war besonders geeignet", erklärt Rittmann. In aufwändigen Experimenten stellten die WissenschafterInnen die möglichen Bedingungen nach, wie sie vermutlich auf Enceladus vorherrschen, und untersuchten anschließend die CH₄-Produktivität der Methanogenen.

Neben den biologischen Experimenten, die an den Universitäten Wien und Linz durchgeführt wurden, waren auch die astronomisch-geologischen Modellierungen von den Universitäten Hamburg und Bremen ein wichtiger Teil der Studie, damit die chemisch-physikalischen Bedingungen, wie sie vermutlich unter dem Eismantel von Enceladus vorherrschen, nachgestellt werden konnten.

"Wir haben gezeigt, dass Methanogene unter Enceladus-ähnlichen Bedingungen vermehrungsfähig sind und ein Teil des in den Wassereisfontänen nachgewiesenen CH₄ daher prinzipiell biologischen Ursprungs sein könnte", so Rittmann. "Man muss allerdings berücksichtigen, dass die im Labor nachgestellten Bedingungen nicht zwangsläufig denen des unterirdischen Wasserozeans auf Enceladus entsprechen müssen. Diese basieren auf Extrapolationen, die von den Cassini-Daten abgeleitet wurden und naturgemäß fehlerbehaftet sind", so Christa Schleper, Leiterin der Abteilung für Archaea Biologie und Ökogenomik an der Universität Wien.

Falls es wirklich methanogenes Leben auf Enceladus geben sollte, könnte dies durch typische Biosignaturen wie z.B. Lipide oder bestimmte Isotopenverhältnisse von CO₂ und CH₄ nachgewiesen werden. Die Studie weist aber auch auf einen anderen Aspekt hin. Die Daten zeigen, dass möglicherweise eine Gefahr der Kontamination solcher Eismonde mit irdischen Organismen durch Raumsonden von der Erde besteht.

Nachricht mit freundlicher Erlaubnis der Universität Wien

Publikation in "Nature Communications":
Taubner R.-S., Pappenreiter P., Zwicker J., Smrzka D., Pruckner C., Kolar P. Bernacchi S., Seifert A.H., Krajete A., Bach W., Peckmann J., Paulik C., Firneis M.G., Schleper C., Rittmann S.K.-M.R. (2018): "Biological methane production under putative Enceladus-like conditions". Nature Communications, 9:748

DOI: 10.1038/s41467-018-02876-y

Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Dr. Jörn Peckmann

Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN)
Universität Hamburg
Tel.: +49 40 42838-4996
Email: joern.peckmann"AT"uni-hamburg.de