Wissenschaft

Wissenschaftler entdecken mögliche Spuren des tiefsten Lebens unseres Planeten

Ein verstecktes Ökosystem scheint sich etwa 9,5 km unterhalb des Marianengrabens zu befinden und liefert Hinweise zum Aufspüren von Leben im restlichen Sonnensystem. Donnerstag, 9 November

Von Claudia Geib

Auf der Erde war das Leben vor etwa vier Milliarden Jahren hart. Regelmäßige Asteroideneinschläge verwandelten Teile des Planeten in flüssiges Gestein. Nahrung und Lebensräume waren dünn gesät. Wie sollte eine Mikrobe da überleben?

Einige Vertreter sehr frühen Lebens könnten das geschafft haben, indem sie sich in der Tiefe aufhielten – bis zu 9,5 km unterhalb des Meeresbodens.

Darauf deutet jedenfalls die neue Studie hin, die Hinweise auf lebende Mikroben unterhalb des tiefsten Punkts der Erde gefunden hat, der riesigen Unterwasserschlucht namens Marianengraben.

Der Graben ist Teil einer Subduktionszone, wo die Pazifische Platte sich unter die Philippinenseeplatte schiebt. Der umgebende Meeresboden ist von hydrothermalen Spalten und Schlammvulkanen übersät, die Material tief aus dem Inneren der Erde ausstoßen.

In der neuen Studie, die im „Proceedings of the National Academy of Sciences“ erschien, haben Wissenschaftler Proben des mineralreichen Schlamms des South Chamorro Tiefseebergs genommen, einem Schlammvulkan in der Nähe des Marianengrabens, der von der unter ihm liegenden Subduktionszone gespeist wird. Obwohl das Team keine intakten Mikroben gefunden hat, entdeckte es verlockende Spuren organischen Materials, die als Beweis dafür gelten könnten, dass Leben auch in extremsten Umgebungen bestehen kann.

„Das ist ein weiterer Hinweis auf eine große und tiefliegende Biosphäre auf unserem Planeten“, sagt der Studienleiter Oliver Plümper, ein Forscher an der Universität Utrecht in den Niederlanden. „Sie könnte riesig sein oder sehr klein, aber es geht da definitiv etwas vor sich, das wir noch nicht verstehen.“

Leben könnte so tief unten überleben, weil Subduktionszonen relativ kühl sind. Das Magma trifft erst auf die absinkende Kruste, wenn sie einen tieferen Punkt im Erdmantel erreicht hat. Plümper hat daher extrapoliert, dass die bekannte Temperaturobergrenze für Leben – rund 120 °C – erst ab einer Tiefe von mindestens 9,5 km unter dem Meeresboden erreicht würde.

Das könnte diese Mikroben zu den tiefliegendsten bekannten Lebensformen auf unserem Planeten machen, die damit selbst jene Mikroben übertreffen, die in Sedimenten von bis zu 4,8 km Tiefe unter dem Meeresboden gefunden wurden.

„Ich denke, die Quintessenz der Studie ist, dass sie Leben potenziell in einigen der tiefsten Umgebungen unseres Planeten ansiedelt“, sagt Matthew Schrenk, ein Geomikrobiologe an der Michigan State University, der mikrobielle Ökosysteme untersucht, die von Serpentinisierung leben.

„Wenn wir nach der Tiefengrenze der Biosphäre suchen, könnte diese Studie sie um Einiges nach unten verlegen.“

DIE KRAFT DER MINERALE

Plümpers Team hat das organische Material der Serpentine untersucht – einer Mineraliengruppe, die entsteht, wenn das Olivin im oberen Erdmantel mit dem Wasser reagiert, das aus der Subduktionszone gedrückt wird. Diese Kombination produziert Wasserstoff und Methangas, welches Mikroben als Nahrung nutzen können.

Dieser Prozess, der als Serpentinisierung bezeichnet wird, erzeugt schon anderswo Lebensraum für Mikroben, auch an hydrothermalen Spalten.

Das Team glaubt nun, es könnte Stoffwechselabfallprodukte gefunden haben, die von Gas produzierenden Mikroben aus tieferen Schichten stammen. Bei Labortests entdeckte man, dass die Kohlenwasserstoffe und Lipide aus den Schlammvulkanen große Ähnlichkeit zu den Stoffwechselabfallprodukten anderer Bakterien haben. Das Team der Studie räumt jedoch ein, dass aktuell noch nichts feststeht.

„Diese organischen Moleküle deuten definitiv auf Leben hin, aber es sei noch nicht klar, woher genau dieses Leben kommt, wie die Autoren zugeben“, sagt Frieder Klein, ein Forscher, der am Woods Hole Oceanographic Institute die Serpentinisierung untersucht.

Äußere Quellen organischen Materials waren bei der Studie durchaus Gegenstand der Besorgnis. Neben anderen Tests konnte auch kein Karbonat an den Mineralien nachgewiesen werden, das sich bilden würde, wenn näher an der Oberfläche gelegenes Meerwasser mit Wasser aus der Subduktionszone in Kontakt gekommen wäre.

Klein bezeichnete die Funde der Studie als „wirklich außergewöhnlich“, aber fügte an, dass immer noch die Möglichkeit besteht, dass das organische Material von einer anderen Quelle wie zum Beispiel der Kruste selbst stammen könnte.

Es ist auch möglich, dass das organische Material gänzlich ohne biologische Hilfe durch einen natürlich Prozess entstand, der dem ähnelt, mit dessen Hilfe Menschen synthetisches Öl und Kraftstoff herstellen. Allerdings würde laut dem Forscherteam auch diese Alternative aufregend sein.

„Wenn das möglich ist, ist das für sich allein schon erstaunlich“, äußert sich Plümper, der darauf hinweist, dass die Schlammvulkane, in denen sich das Serpentin gebildet hat, schon zu der Zeit existierten, als das Leben auf der Erde gerade begann. „Dann wüssten wir, dass durch geologische Prozesse komplexe organische Moleküle gebildet werden können.“

ALIENS IN DER TIEFE?

Als Wissenschaftler in den 1960ern nach Serpentinisierung zu suchen begannen, fanden sie diese überall – dort, wo die Kontinente aufeinanderstoßen, und an den flüssigen Rändern, an denen sie sich bilden, an hydrothermalen Spalten und selbst in Gebirgszügen, die einst tiefliegendes Gestein und uralter Meeresboden waren.

Angesichts ihrer Verbreitung auf unserem Planeten hat die Serpentinisierung – und ihre potenzielle Förderung extremer Lebensformen – auch die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich gezogen, die auf anderen Welten nach Leben suchen.

„Es gibt eine direkte Verbindung zwischen den Prozessen, die wir auf der Erde erforschen, und den Prozessen, die möglicherweise woanders im Sonnensystem stattfinden“, sagt Klein.

Zwei vielversprechende Kandidaten sind der Jupitermond Europa und der Saturnmond Enceladus. Beide sind von Eis bedeckt, aber man glaubt, dass sich tief unter ihrer Oberfläche salzige, flüssige Ozeane erstrecken.

Enceladus hat auch Anzeichen tektonischer Aktivität gezeigt, die nötig ist, um jene Art von Subduktionszonen zu erzeugen, die Plümper und sein Team untersucht haben, auch wenn diese Spekulationen noch nicht bestätigt wurden.

„Wenn auf einem felsigen Planeten Olivin zu finden ist, tritt dort wahrscheinlich auch Serpentinisierung auf“, erzählt Plümper. „Mit dem Fehlen von Photosynthese könnte sie einige Materialien bereitstellen, um Leben zu ermöglichen.“

Astrobiologen, die auf der Suche nach mikrobiellem Leben andere Planeten zu besuchen hoffen, stünden allerdings vor demselben Problem, das Wissenschaftler wie Plümper hier auf der Erde haben: Da sie nicht in die Tiefen vordringen können, in denen sich dieses Leben vielleicht versteckt, müssen die Wissenschaftler die Hinweise interpretieren, die sie aus Geysiren, Steinen und anderen Proben aus der Tiefe erhalten.

„Ich sehe das als eine Art Flaschenpost an“, sagt Plümper über seine Proben aus Tiefseebohrungen. „Wir holen diesen Behälter hoch, öffnen ihn und versuchen dann herauszufinden, was da vor sich geht.“

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