Enceladus: Cassini findet neue Hinweise auf Leben

Jahrzehntealte Daten, neue Erkenntnisse

Wissenschaftler, die mit archivierten Messdaten der Cassini-Raumsonde der NASA arbeiten, haben chemische Fingerabdrücke in frisch ausgestoßenen Eiskörnern identifiziert, die auf eine aktive organische Chemie im Inneren des Saturnmondes Enceladus hindeuten. Die Analyse brachte Molekülfragmente zum Vorschein – darunter Ester, Ether, zyklische Kohlenwasserstoffe und stickstoff-sauerstoffhaltige Verbindungen – in Material, das direkt aus dem suboberflächigen Ozean des Mondes stammt und nicht aus dem gealterten Staub, der um den Saturn driftet. Diese Zwischenprodukte sind jene Arten von Molekülen, die Chemiker als potenzielle Bausteine für Aminosäuren und andere biologisch relevante Verbindungen betrachten.

Diese Erkenntnis stammt aus einer neuen Studie, die Vorbeiflugdaten von Cassinis Begegnungen mit dem Mond und seinen Fontänen erneut untersucht hat. Da die vom Team analysierten Körner unmittelbar nach ihrem Ausstoß erfasst wurden, enthalten sie eine weit weniger veränderte chemische Signatur als Partikel, die jahrelang im Orbit verblieben sind und durch Weltraumstrahlung beeinflusst wurden. Das Ergebnis bietet einen klareren Einblick in die Ozeanchemie unter der Eiskruste von Enceladus.

Warum frisch ausgestoßene Körner wichtig sind

Wenn Eiskörner aus der Spaltenregion nahe dem Südpol von Enceladus ausgestoßen werden, fallen einige schnell zurück, während andere in den E-Ring des Saturns mitgerissen werden, wo sie jahrhundertelang geladenen Teilchen und ultraviolettem Licht ausgesetzt sein können. Diese Weltraumverwitterung kann empfindliche organische Moleküle abbauen oder verändern und so die ursprüngliche Chemie verschleiern. Durch die Isolierung von Körnern, die sehr bald nach dem Ausbruch gesammelt wurden, reduzierten die Forscher diese Mehrdeutigkeit und fanden Molekülfragmente, die mit einer aktiven, laufenden Synthese im Ozean unter dem Eis übereinstimmen, anstatt Produkte weltraumbedingter Prozesse zu sein.

Spuren aus einer energetischen Tiefsee

Das Erbe von Cassini beinhaltete bereits drei starke Hinweise darauf, dass der Ozean von Enceladus kein stagnierendes Gewässer ist. Die Raumsonde entdeckte mikroskopische Siliziumdioxid-Partikel, deren Größe und Chemie am besten durch Heißwasser-Gesteins-Reaktionen am Meeresboden erklärt werden können – ein Kennzeichen hydrothermaler Quellen auf der Erde – und spätere Messungen zeigten molekularen Wasserstoff in der Fontäne, eine starke chemische Energiequelle für Mikroben. Kurz gesagt: Der Mond bietet flüssiges Wasser, eine freie Energiequelle und nun eine zunehmend komplexe organische Chemie – die grundlegende Checkliste für Bewohnbarkeit nach unserem Verständnis.

Wie diese Moleküle in das Rezept des Lebens passen

Die neu identifizierten Fragmente sind keine intakten Proteine oder DNA; es handelt sich um kleinere chemische Bausteine, die an Reaktionsketten teilnehmen können, welche zu größeren Biomolekülen führen. Auf der Erde können Reaktionsketten, die Ester, Ether und bestimmte zyklische Strukturen hervorbringen, zu Vorläufern von Aminosäuren und Lipidkomponenten führen. Der Nachweis dieser Zwischenprodukte in frischem Fontänenmaterial deutet darauf hin, dass der Ozean von Enceladus eine dynamische organische Chemie beherbergt, die – bei entsprechender Zeit und den richtigen Bedingungen – komplexere Arten hervorbringen könnte. Doch es gibt einen wichtigen Vorbehalt: Abiotische (nicht-biologische) Chemie kann unter hydrothermalen Bedingungen ebenfalls dieselben Zwischenprodukte erzeugen, daher ist ihr Vorhandensein ein Indikator für chemischen Reichtum und für sich genommen noch keine Biosignatur.

Phosphor und andere Zutaten des Lebens

Frühere Forschungen aus der Cassini-Ära hatten bereits andere große Lücken in der Bewohnbarkeitsbilanz von Enceladus geschlossen. Analysen salzreicher Eiskörner enthüllten das Vorhandensein von Phosphat – der Form von Phosphor, die auf der Erde in der DNA, in Zellmembranen und in Energieträgermolekülen verwendet wird – in Konzentrationen, die schätzungsweise um Größenordnungen höher liegen als in typischem Meerwasser. Der Nachweis von Phosphor, kombiniert mit dem neuen Inventar an organischen Zwischenprodukten und Hinweisen auf eine energieliefernde Chemie, zeichnet das Bild eines Ozeans, der die drei allgemeinen Voraussetzungen für Leben erfüllt: Lösungsmittel, Biochemie und eine nutzbare Energiequelle.

Grenzen dessen, was Cassini uns verraten kann

Es ist wichtig, sich darüber im Klaren zu sein, was diese Entdeckungen zeigen und was nicht. Cassini war nicht dafür ausgerüstet, lebende Organismen zu identifizieren oder Arten von Sequenzierungen und Isotopentests durchzuführen, die überzeugende Biosignaturen liefern würden. Die Raumsonde nahm Proben von Gasen aus den Fontänen und mikrometergroßen Eisteilchen; die Instrumente massen Massenfragmente und Elementverhältnisse anstatt intakter Organismen. Die neuen chemischen Nachweise erhöhen die Plausibilität, dass dort Leben existieren könnte, stellen jedoch keinen Beweis dar. Um biologische Produktion von abiotischer Chemie zu unterscheiden, sind gezielte, hochempfindliche Instrumente und Missionsdesigns erforderlich, die speziell auf die Suche nach Leben optimiert sind.

Wie es weitergeht: Missionen und Messungen

Diese Ergebnisse haben die wissenschaftlichen Argumente für eine Rückkehr nach Enceladus mit speziell für die Astrobiologie entwickelter Hardware gestärkt. Roadmaps und Strategieberichte der Fachwelt haben Enceladus in den letzten Jahren als einen der Hauptkandidaten für eine Mission der Flaggschiff-Klasse markiert: Die Konzepte reichen von Orbitern, die wiederholt Proben aus der Fontäne entnehmen, bis hin zu „Orbilander“-Architekturen, die Probenentnahmen aus der Fontäne mit kurzen Oberflächenoperationen kombinieren. Die Entwicklung von Instrumenten, die frisches Fontänenmaterial auffangen, empfindliche organische Stoffe bewahren und zwischen abiotischen und biotischen chemischen Pfaden unterscheiden können, wird im Mittelpunkt jeder zukünftigen Kampagne stehen.

Warum das wichtig ist

Der vielleicht beeindruckendste Aspekt dieser Geschichte ist, wie viel neue Wissenschaft aus bestehenden Daten gewonnen werden kann, wenn frische Analysetechniken und neue wissenschaftliche Fragestellungen angewandt werden. Cassinis Datensätze belohnen weiterhin eine sorgfältige erneute Untersuchung, und die Chemie, die nun auf Enceladus in den Fokus rückt, erhebt den Mond von einer faszinierenden Kuriosität zu einem erstklassigen Labor, um Ideen darüber zu testen, wie Leben in eisigen Ozeanwelten entsteht und überlebt. Sollten zukünftige Missionen bestätigen, dass hydrothermale Systeme auf Enceladus komplexe organische Stoffe in großem Maßstab produzieren, hätten wir einen entscheidenden Schritt zur Beantwortung einer der ältesten Fragen der Menschheit getan: Sind wir allein?

— James Lawson, MSc Science Communication, BSc Physics