Kan organismer overleve på Mars, og kan vi identificere dem?

Jorden er en meget speciel planet. Det er det eneste himmellegeme i solsystemet, som vi ved, at der findes liv på. Kan der være liv på andre planeter eller måner? Mars er altid den først nævnt i denne sammenhæng; det har mange egenskaber til fælles med Jorden, og i sin geologiske fortid strømmede også vand over dens overflade. I dag, imidlertid, forholdene på Mars er så ekstreme, at det er svært at forestille sig, at organismer som dem, der findes på Jorden, kunne overleve på den kolde og tørre ørkenplanet. Et af formålene med det DLR-koordinerede eksperiment BIOMEX (BIOlogy and Mars EXperiment) på Den Internationale Rumstation (ISS) var at finde ud af, om dette virkelig er muligt. Resultaterne er nu tilgængelige.

Et nøgleresultat er, at faktisk, flere terrestriske biologiske stoffer og strukturer er meget seje. De overlevede meget udfordrende miljøforhold under en 18-måneders stresstest i rummet. Testene involverede prøver af forskellige organismer såsom bakterier, alger, lav og svampe udsættes for vakuum, intens ultraviolet stråling og ekstreme temperaturvariationer på ydersiden af ​​ISS i i alt 533 dage. Astrobiolog Jean-Pierre Paul de Vera fra DLR Institute of Planetary Research i Berlin-Adlershof, den person, der er ansvarlig for den videnskabelige ledelse af BIOMEX, var imponeret. "Nogle af organismerne og biomolekylerne viste enorm modstand mod stråling i det ydre rum og vendte faktisk tilbage til Jorden som 'overlevende' fra rummet, " bemærkede han. "Bl.a. vi studerede archaea, som er encellede mikroorganismer, der har eksisteret på Jorden i over tre og en halv milliard år, lever i salt havvand. Vores 'forsøgspersoner' er deres slægtninge, som er blevet isoleret i den arktiske permafrost. De har overlevet i rumforhold og kan også spores med vores instrumenter. Sådanne encellede organismer kunne være kandidater til livsformer, der kan findes på Mars."

Livet på Mars virker ikke umuligt

Med dette resultat, hovedmålet med eksperimentet blev nået; i princippet, levende ting, der eksisterer på Jorden under ekstreme miljøforhold – såkaldte 'ekstremofiler' – ser også ud til at kunne eksistere på Mars. "Selvfølgelig, det betyder ikke, at der faktisk eksisterer liv på Mars, " de Vera er hurtig til at bemærke. "Men søgen efter liv er mere end nogensinde den stærkeste drivkraft for den næste generation af missioner til Mars."

Eksistensen af ​​i det mindste meget simple livsformer på Mars – enten i de sidste fire og en halv milliard år af planetens historie eller endda nu – er i princippet tænkelig for DLR-astrobiolog de Vera og hans kolleger. Imidlertid, indtil nu, der er ikke fundet beviser for liv på Mars. Kredsløbende rumfartøjer og mobile laboratorier på Mars-overfladen har vist, at vigtige forudsætninger for liv stadig eksisterer i dag – en atmosfære, elementer som kulstof, brint, ilt, nitrogen, svovl og fosfor, og endda vand, i hvert fald i form af is. Men Mars-forskernes detektorer har endnu ikke registreret selve livet eller dets stofskifteprodukter.

BIOMEX-resultaterne forstærker også en hypotese, der har været intensivt diskuteret blandt forskere i årtier og er relevant for spørgsmålet om, hvordan livet kom til Jorden for 3,8 milliarder år siden. Panspermia-teorien antyder, at organismer eksisterede på Mars tidligt i dens historie, og blev kastet fra planeten ved et asteroidenedslag i eller på udstødte sten og transporteret ind i det indre solsystem. der, nogle af klipperne kolliderede med Jorden som meteoritter, hvor de organismer, de indeholdt, fortsatte med at udvikle sig.

Vakuum, ultraviolet stråling, varme, kold – BIOMEX som stresstest for mikroorganismer

Til BIOMEX-eksperimentet, den 18. august 2014, De russiske kosmonauter Alexander Skvortsov og Oleg Artemyev placerede flere hundrede prøver i en eksperimentbeholder på ydersiden af ​​det 'Zvezda' russiske ISS-modul. Containerne, åben for det omgivende rummiljø, holdt primitive terrestriske organismer såsom mosser, lav, svampe, bakterie, archaea ('urbakterier') og alger, samt cellemembraner og pigmenter. Nogle var indlejret i, blandt andet, simuleret Mars-jord med en kunstig Mars-atmosfære. Den 22. oktober 2014, kosmonauterne Maxim Suraev og Aleksandr Samokutyayev fjernede beskyttelsesdækslet. Fra da af, prøverne blev permanent udsat for de barske forhold i rummet – et vakuum med store temperaturvariationer og intens ultraviolet stråling. "Endnu engang, ISS gav ideelle betingelser for et eksperiment, der kun kunne udføres under rumforhold, " forklarede de Vera.

Den 3. februar 2016 dækslet blev sat tilbage på containeren af ​​kosmonauterne Yuri Malenchenko og Sergei Volkov under en tredje rumvandring, og prøverne blev bragt tilbage til rumstationen. Den 18. juni 2016, de blev returneret til Jorden med ESA-astronaut Tim Peake om bord på et Soyuz-rumfartøj. Efterfølgende eksperimentet blev overført fra Baikonur (Kasakhstan) til DLR-stedet i Köln, og BIOMEX-forskere ved 30 forskningsinstitutioner i 12 lande fordelt på tre kontinenter undersøgte de individuelle prøver. Fra 27.-29. marts 2019, DLR i Berlin præsenterer BIOMEX-slutrapporten med alle resultaterne på en videnskabelig konference. Til dato, 42 peer-reviewede artikler er blevet publiceret i fagtidsskrifter. Det anerkendte tidsskrift Astrobiologi dedikerede et særligt nummer til BIOMEX i februar (bind 19, Udgave 2, 2019).

Nye sensorer kunne opdage organismers stofskifteprodukter

Instrumenterne på fremtidige missioner til Mars-overfladen kunne måle de metaboliske produkter eller cellebestanddele produceret af mikroorganismer såsom archaea. Dette repræsenterer opnåelsen af ​​et andet mål med BIOMEX-eksperimentet. Det Berlin-baserede DLR Institute of Optical Sensor Systems, i samarbejde med Institut for Planetforskning, bruger detektionsmetoder, der ikke kræver prøveforberedelse for at identificere de ovennævnte materialer. En af disse metoder er Raman-spektroskopi. "Med Raman-spektroskopi, vi kan undersøge prøver på Mars-overfladen fra en rover både ikke-destruktivt og uden at skulle komme i kontakt med dem, " forklarer Ute Böttger fra DLR Institute of Optical Sensor Systems. "Laserstråler (højenergi, koncentreret lys) får molekyler til at vibrere. Forskellige molekyler har forskellige vibrationsmønstre, der kan bruges som et karakteristisk fingeraftryk til at identificere molekyler og krystalstrukturer."

Resultaterne af BIOMEX er ikke kun et skridt fremad i søgen efter liv på Mars. De tjener også til at definere 'biosignaturer' i rummet og udvide grundlaget for en database til at tjene som grundlag for søgen efter liv i solsystemet. Fremtidige missioner, såsom ExoMars-missionen planlagt af European Space Agency (ESA) for 2020, vil få stor gavn af disse data. De vil være en vigtig hjælp til identifikation og klassificering af signaler observeret af ExoMars 2020, eller dem, der er opnået af rumfartøjer fra andre himmellegemer. For eksempel, spor af metan er blevet opdaget i de iskolde fontæner af Saturns måne Enceladus. Her, såvel som under de iskolde skorper på Jupiters måner Europa og Ganymedes, der vil sandsynligvis være betydelige mængder vand, hvori primitive, encellede organismer kan være opstået.

BIOMEX-eksperimentet

BIOMEX var et af fire eksperimenter med EXPOSE-R2 (R står for den russiske version af eksponeringsplatformen, de 2 for det andet eksperiment af sin art). De andre var BOSS, PSS og IBMP eksperimenter. BIOMEX blev udført i fællesskab af ESA og den russiske rumfartsorganisation Roscosmos. "ISS gav ideelle betingelser for et eksperiment, der skulle udføres under rumforhold, " bemærkede de Vera. Parallelt med BIOMEX-eksperimentet i dets 400 kilometer høje kredsløb, udvalgte forsøg blev udført, ved at bruge identiske eksperimentelle opstillinger som dem i rummet, i Mars-simuleringskammeret på DLR Institute of Planetary Research og i et rumsimuleringskammer på DLR Institute of Aerospace Medicine i Köln. Dermed, 'kontrolprøver' blev lavet til eksperimentet og dets videnskabelige evaluering.

BIOMEX – ESA/Roscosmos 'Biology and Mars Experiment' – fandt sted på ISS fra 2014-2016. Forsøget blev koordineret og ledet af DLR Institut for Planetforskning. DLR Institutes of Aerospace Medicine og Optical Sensor Systems var også involveret. I Tyskland, Robert Koch Instituttet, det tekniske universitet og det naturhistoriske museum i Berlin, University of Applied Sciences i Wildau, Fraunhofer Institut for Celleterapi og Immunologi, GFZ German Research Center for Geosciences i Potsdam og Heinrich-Heine University of Düsseldorf var også involveret i implementering og vurdering.