Ein spektakulärer Nicht-Fund: Im Boden der Antarktis kann kein Leben nachgewiesen werden

Die Bodenproben der Felsgrate im Zentrum der Antarktis sind vollkommen frei von Mikroben – und das ist eine Sensation.

Veröffentlicht am 22. Juni 2021, 10:26 MESZ, Aktualisiert am 2. Juli 2021, 12:51 MESZ
Zwei Mitglieder des Forschungsteams brechen auf, um Bodenproben am Shakleton-Gletscher zu entnehmen.

Zwei Mitglieder des Forschungsteams brechen auf, um Bodenproben am Shakleton-Gletscher zu entnehmen.

Bild Noah Fierer

Erstmals sind Wissenschaftler bei der Untersuchung der Erdoberfläche auf eine Bodenprobe gestoßen, in der keine Spur von Leben enthalten ist. Die Probe stammt von zwei windumtosten Felsgraten im Zentrum der Antarktis, etwas weniger als 500 Kilometer vom Südpol entfernt, wo die Berge aus hunderte Meter dicken Eisschichten ragen.

„Die Annahme war immer, dass Mikroben sehr robust sind und eigentlich überall leben können“, sagt Noah Fierer, Mikroben-Spezialist an der Universität in Boulder, Colorado, dessen Team die Proben untersucht hat. Schließlich wurden auch schon lebende einzellige Organismen in über 90°C-heißen Hydrothermalquellen und unter 800 Meter dickem Eis in der Antarktis gefunden. Sie überleben sogar in der Erdatmosphäre in fast 40.000 Meter Höhe. Doch obwohl sie ein Jahr lang intensiv danach suchten, gelang es Fierer und seinem Doktoranden Nicholas Dragone nicht, in den Erdproben Leben nachzuweisen.

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Fierer und Dragone untersuchten Bodenproben von elf verschiedenen Bergen, um ein breites Merkmal-Spektrum abzudecken. Die Proben, die niedrigeren, weniger kalten Bergen entnommen worden waren, enthielten Bakterien und Pilze – doch in denen, die von den zwei höchsten, trockensten und kältesten Bergen stammten, regte sich nichts.

„Ich würde die Proben nicht unbedingt steril nennen“, sagt Fierer. Mikrobiologen finden in einem Teelöffel Erde normalerweise Millionen Zellen; eine geringe Zahl von ihnen – vielleicht um die 100 Stück – kann auch mal übersehen werden. „Bisher sieht es aber laut unserer Ergebnisse so aus, als wäre gar kein mikrobielles Leben in den Proben.“

Was die Antarktis und der Mars gemeinsam haben

Unabhängig davon, ob die Proben tatsächlich weiterhin als leblos gelten, oder ob sich doch noch ein paar wenige überlebende Zellen darin finden werden, ist diese neue Entdeckung, die in der Zeitschrift „JGR Biogeosciences“ veröffentlicht wurde, für eine andere Mission sehr interessant: die Suche nach Leben auf dem Mars. Die Böden der Antarktis sind dauerhaft gefroren, gesättigt mit giftigen Salzen, und haben seit knapp zwei Millionen Jahren keine nennenswerten Mengen Wasser aufnehmen können – damit haben sie viel gemeinsam mit den Böden des Mars.

Die Bodenproben aus der Antarktis wurden im Januar 2018 im Zuge einer von der amerikanischen National Science Foundation finanzierten Expedition in die abgelegenen Regionen des Transantarktischen Gebirges entnommen. Dieses teilt das Innere des Kontinents in das hochgelegene Polarplateau im Osten und die tieferliegende westliche Eisdecke. Die Wissenschaftler schlugen ihr Camp am Shackleton-Gletscher auf, einem fast hundert Kilometer langem Eis-Förderband, das sich durch die Berge seinen Weg gebrochen hat. Um auch Proben aus höhergelegenen Regionen des Gletschers sammeln zu können, setzte die Expedition einen Hubschrauber ein.

In den Proben der wärmeren, feuchteren Berge am Fuß des Gletschers, keine hundert Meter über dem Meeresspiegel, fanden die Wissenschaftler Erde, die von Tieren bewohnt war, die nicht größer als Sesamsamen sind: mikroskopisch kleine Würmer, Bärtierchen, Rädertierchen und flügellose Insekten namens Springschwänze. In diesen kargen, sandigen Böden fand sich weniger als ein Tausendstel der Bakterien, die einen gut gepflegten Rasen bevölkern – doch sie reichen aus, um die kleinen Tierchen zu ernähren, die unter der Oberfläche leben.

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Je höher aber die Entnahmestellen am Gletscher lagen, desto weniger Leben fand das Team in den entnommenen Proben. Schließlich besuchten sie die zwei höchstgelegenen Berge, Schroeder Hill und das Roberts-Massiv, die sich mehr als 2.000 Meter über dem Meeresspiegel erheben.

Die Expedition zum Schroeder Hill war brutal, erinnert sich Byron Adams, ein Biologe der Brigham Young University in Provo, Utah, der das Projekt geleitet hat. Die Temperatur lag bei -17°C – mitten im Sommer. Der heulende Wind, der den Schnee und das Eis auf den Bergen langsam verweht, und dafür sorgt, dass sie unbedeckt bleiben, drohte ständig, die Schaufel mit sich zu reißen, mit der die Forscher in den Sand graben wollten. Überall auf dem Boden lagen rötliche, vulkanische Steine, löchrig und glattgerieben durch den äonenlangen Einfluss des Winds. 

Auf der Unterseite von Felsbrocken, die die Wissenschaftler anhoben, fanden sie eine weiße Salzkruste – giftige Kristalle aus Perchloraten, Chloraten und Nitraten. Bei Perchlorat und Chlorat handelt es sich um ätzende, reaktive Salze, die in Raketentreibstoff und industrieller Bleiche zum Einsatz kommen – und von denen es auf der Oberfläche des Mars ein großes Vorkommen gibt. Weil es auf den ausgedörrten, antarktischen Bergen kein Wasser gab, das sie hätte wegspülen können, fanden sich die Salze auch hier.

„Es fühlte sich an, als würde man auf dem Mars Proben nehmen“, sagt Adams. Wenn man die Schaufel in die Erde stieß, „war man sich darüber bewusst, dass diese Erde gerade zum ersten Mal seit vielleicht einer Million Jahren einer Einwirkung von außen ausgesetzt war.“

Die Forscher waren davon ausgegangen, dass sie an diesen hochgelegenen, unwirtlichen Orten zumindest ein paar Mikroben finden würden, die sich in der Erde versteckten. Doch diese Annahmen wurden später im Jahr 2018 nach und nach widerlegt, als Dragone mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion versuchte, mikrobielle DNA in den Böden nachzuweisen. Er testete 204 Proben aus allen Winkeln des Gletschers: In denen aus den tieferen, weniger kalten Berglagen fand er große DNA-Mengen. Doch in 20 Prozent der Proben aus größerer Höhe – auch denen, die am Schroder Hill und dem Roberts-Massiv entnommen worden waren – fand Dragone nur eine verschwindend geringe Anzahl Mikroben – oder sogar gar keine.

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„Als er mir die ersten Ergebnisse zeigte, habe ich sofort gesagt, dass da etwas nicht stimmen kann“, erinnert sich Fierer. Er nahm an, dass der Fehler beim Laborequipment oder den Proben selbst liegen musste.

Also führte Dragone eine ganze Reihe weiterer Experimente durch. Er sättigte die Proben mit Glukose, die ein lebendes Wesen in Kohlendioxid umgewandelt hätte. Er suchte in der Probe nach Adenosintriphosphat (ATP), einem Nukleotid, das alles Leben auf der Welt als Energiespeicher nutzt. Außerdem inkubierte er Erdklumpen über Monate in allen möglichen Nährstofflösungen, um so die vielleicht vorhandenen Mikroben dazu zu verleiten, Kolonien zu gründen.

„Nick hat wirklich alles gegeben“, sagt Fierer. Doch trotz all der Tests, die er durchführte, fand er nichts in den Proben. „Das war eine echte Überraschung.“

Vielleicht lebt die antarktische Erde doch

Jacqueline Goordial, eine Umweltmikrobiologin an der Universität von Guelph in Kanada fühlt sich durch die Ergebnisse geradezu „angestachelt“ – insbesondere von Dragones Bemühungen, herauszufinden, welche Faktoren das Vorhandensein von Mikroben beeinflussen. Laut seinen Untersuchungen sind es vor allem extreme Höhenlagen und ein hohes Vorkommen von Chloraten, die darauf hindeuten, dass kein Leben zu finden sein wird. „Das ist eine sehr interessante Entdeckung“, sagt Goordial. „Sie verrät uns viel über die Grenzen, die dem Leben auf der Erde gesetzt sind.“

Sie ist aber nicht hundertprozentig davon überzeugt, dass die Proben wirklich leblos sind – teilweise aufgrund ihrer eigenen Erfahrungen, die sie in einem anderen Teil der Antarktis gemacht hat.

Vor einigen Jahren erforschte sie den Boden in einem vergleichbaren Umfeld im Transantarktischen Gebirge – in einem Seitental namens University Valley, 800 Kilometer nordwestlich vom Shackleton-Gletscher, in dem es vermutlich seit 120.000 Jahren keine nennenswerte Wasserzufuhr oder Temperaturen um den Taupunkt gegeben hat. Die dort entnommenen Proben blieben ebenfalls leblos, als sie sie über die Dauer von zwanzig Monaten bei -5°C inkubierte – einer typischen Sommertemperatur im University Valley. Doch als sie die Proben auf ein paar Grad über den Gefrierpunkt erwärmte, konnte sie in einigen von ihnen Bakterienwachstum beobachten.

Ob ein Boden also ohne Leben ist, kommt auf die Definition an.

Zum Beispiel haben Wissenschaftler Bakterien gefunden, die noch lebten, nachdem sie tausende Jahre im Gletschereis eingeschlossen waren. Während einer solchen Zeit können die Zellen ihren Metabolismus um ein Millionenfaches herunterschrauben. Sie erreichen ein Stadium, in dem sie nicht mehr wachsen, und nichts weiter tun, als die regelmäßigen Schäden an ihrer DNA zu reparieren, die durch die kosmischen Strahlen entstehen, die durch das Eis brechen. Goordial spekuliert, dass es solche „langsamen Überlebenden“ waren, auf die sie damals im University Valley stieß – und sie vermutet, dass Dragone und Fierer sie auch am Roberts-Massiv und am Schroeder Hill finden würden, wenn sie noch zehnmal mehr Proben untersuchen.

Trainingscamp für die nächste Mars-Mission

Brent Christner, der an der University of Florida in Gainesville Antarktische Mikroben studiert, glaubt, dass die Bodenproben aus den hochgelegenen, trockenen Gebieten dabei helfen können, die Suche nach Leben auf dem Mars zu verfeinern.

Er weist darauf hin, dass die Raumsonden Viking I und II, die 1976 auf dem Mars landeten, mit Experimentierpaketen beladen waren, die auch Hinweise auf Leben auf dem Planeten finden sollten – und deren Grundlage die tiefliegenden Böden in der Nähe der antarktischen Küste waren, einer Region mit dem Namen Dry Valleys. Manche dieser Böden werden während des Sommers durch Schmelzwasser etwas feucht. In ihnen findet man nicht nur Mikroben, sondern an manchen Stellen auch kleine Würmer und andere Tiere.

Im Vergleich dazu, böten die trockenen Bodenverhältnisse der Höhenlagen des Roberts-Massivs und Schroeder Hills bessere Testbedingungen für Instrumente, die für die Erforschung des Mars gedacht sind.

„Die Mars-Oberfläche ist schrecklich“, sagt Christner. „Es gibt auf der ganzen Erde keinen Organismus, der dort überleben könnte.“ – zumindest nicht in den obersten Schichten bis 30 oder 60 Zentimeter Tiefe. Jedes Raumfahrzeug, das auf den Mars geschickt wird, um dort nach Leben zu suchen, sollte vorher getestet werden – am besten an diesem lebensfeindlichsten Ort, den diese Erde zu bieten hat.

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

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