Der Boden des Felsrückens in der Zentralantarktis enthielt nie Mikroorganismen.
Wissenschaftler haben erstmals entdeckt, dass im Boden der Erdoberfläche offenbar kein Leben vorhanden ist. Der Boden stammt von zwei windgepeitschten Felsrücken im Inneren der Antarktis, 480 Kilometer vom Südpol entfernt, wo Tausende Meter dickes Eis die Berge durchdringt.
„Man hat immer geglaubt, Mikroben seien widerstandsfähig und könnten überall leben“, sagt Noah Firer, ein Mikrobenökologe an der University of Colorado Boulder, dessen Team Boden erforscht. Immerhin wurden Einzeller in hydrothermalen Quellen mit Temperaturen von über 90 Grad Celsius, in Seen unter einer halben Meile Eis in der Antarktis und sogar in 36.500 Metern Höhe über der Stratosphäre der Erde gefunden. Doch nach einem Jahr Arbeit haben Ferrer und sein Doktorand Nicholas Dragon in dem von ihnen gesammelten antarktischen Boden noch immer keine Lebenszeichen gefunden.
Firer und Dragone untersuchten Böden aus elf verschiedenen Gebirgsketten, die ein breites Spektrum an Bedingungen repräsentieren. Böden aus niedrigeren und weniger kalten Gebirgsregionen enthalten Bakterien und Pilze. In einigen Bergen der beiden höchsten, trockensten und kältesten Gebirgsketten gibt es jedoch keinerlei Anzeichen von Leben.
„Wir können nicht sagen, dass sie steril sind“, sagte Ferrer. Mikrobiologen sind es gewohnt, Millionen von Zellen in einem Teelöffel Erde zu finden. Daher könne eine sehr kleine Anzahl (zum Beispiel 100 lebensfähige Zellen) unentdeckt bleiben. „Aber soweit wir wissen, enthalten sie keine Mikroorganismen.“
Unabhängig davon, ob ein Boden tatsächlich leblos ist oder sich später herausstellt, dass er noch lebende Zellen enthält, könnten neue Erkenntnisse, die kürzlich in der Fachzeitschrift JGR Biogeosciences veröffentlicht wurden, bei der Suche nach Leben auf dem Mars hilfreich sein. Antarktische Böden sind dauerhaft gefroren, voller giftiger Salze und weisen seit zwei Millionen Jahren kaum flüssiges Wasser auf – ähnlich wie der Marsboden.
Sie wurden während einer von der National Science Foundation finanzierten Expedition im Januar 2018 in entlegene Gebiete des Transantarktischen Gebirges gesammelt. Das Gebirge verläuft durch das Innere des Kontinents und trennt das hochgelegene Polarplateau im Osten vom tiefliegenden Eis im Westen. Die Wissenschaftler schlugen ihr Lager auf dem Shackleton-Gletscher auf, einem 96 Kilometer langen Förderband aus Eis, das durch eine Schlucht im Gebirge fließt. Mit Hubschraubern flogen sie in große Höhen und sammelten Proben entlang des Gletschers.
In den warmen, feuchten Bergen am Fuße eines Gletschers, nur wenige hundert Meter über dem Meeresspiegel, entdeckten sie, dass der Boden von Tieren bewohnt wurde, die kleiner als ein Sesamkorn waren: mikroskopisch kleine Würmer, achtbeinige Bärtierchen, Rädertierchen und winzige Würmer, sogenannte Springschwänze. Geflügelte Insekten. Diese kahlen, sandigen Böden enthalten weniger als ein Tausendstel der Bakterienmenge eines gepflegten Rasens – genug, um den kleinen Pflanzenfressern, die unter der Oberfläche lauern, Nahrung zu bieten.
Doch diese Lebenszeichen verschwanden allmählich, als das Team höhere Berge tiefer im Gletscherinneren besuchte. Oben auf dem Gletscher besuchten sie zwei Berge – Mount Schroeder und Mount Roberts –, die über 2.130 Meter hoch sind.
Die Besuche am Schroeder Mountain waren brutal, erinnert sich Byron Adams, Biologe an der Brigham Young University in Provo, Utah, der das Projekt leitete. Die Temperatur an diesem Sommertag liegt bei knapp -18 °C. Der heulende Wind ließ Eis und Schnee langsam verdunsten und ließ die Berge kahl zurück – eine ständige Bedrohung für die mitgebrachten Gartenschaufeln, die sie zum Sandgraben mitgebracht hatten. Das Land ist mit rötlichem Vulkangestein bedeckt, das über Hunderte von Millionen Jahren von Wind und Regen erodiert und dadurch narbig und glatt geworden ist.
Als die Wissenschaftler den Stein anhoben, entdeckten sie, dass seine Unterseite mit einer Kruste aus weißen Salzen bedeckt war – giftigen Kristallen aus Perchlorat, Chlorat und Nitrat. Perchlorate und Chlorate, korrosiv reagierende Salze, die in Raketentreibstoff und Industriebleiche verwendet werden, kommen auch auf der Marsoberfläche in großen Mengen vor. Da es kein Wasser gibt, das sie wegspülen könnte, lagert sich das Salz auf diesen trockenen antarktischen Bergen ab.
„Es ist wie Probenentnahme auf dem Mars“, sagte Adams. Wenn man eine Schaufel hineinsteckt, „weiß man, dass man der Erste ist, der den Boden seit Ewigkeiten – vielleicht Millionen von Jahren – aufwühlt.“
Die Forscher gingen davon aus, dass sie selbst in solch großen Höhen und unter härtesten Bedingungen noch lebende Mikroorganismen im Boden finden würden. Doch diese Erwartungen begannen Ende 2018 zu schwinden, als Dragon eine Technik namens Polymerase-Kettenreaktion (PCR) einsetzte, um mikrobielle DNA im Boden nachzuweisen. Dragon untersuchte 204 Proben aus Bergen oberhalb und unterhalb des Gletschers. Proben aus niedrigeren, kühleren Bergen lieferten große Mengen DNA; die meisten Proben (20 %) aus großen Höhen, darunter die meisten vom Mount Schroeder und dem Roberts-Massiv, wurden jedoch nicht getestet, was darauf hindeutet, dass sie nur sehr wenige oder vielleicht gar keine Mikroorganismen enthielten.
„Als er mir die ersten Ergebnisse zeigte, dachte ich: ‚Irgendetwas stimmt nicht‘“, sagte Ferrell. Er dachte, mit der Probe oder der Laborausrüstung müsse etwas nicht stimmen.
Dragon führte anschließend eine Reihe weiterer Experimente durch, um nach Lebenszeichen zu suchen. Er behandelte den Boden mit Glukose, um zu sehen, ob bestimmte Organismen darin diese in Kohlendioxid umwandeln. Er versuchte, eine Chemikalie namens ATP zu entdecken, die allen Lebewesen auf der Erde zur Energiespeicherung dient. Mehrere Monate lang kultivierte er Bodenproben in verschiedenen Nährstoffmischungen und versuchte, vorhandene Mikroorganismen zum Wachstum zu bewegen.
„Nick hat bei diesen Proben alles gegeben“, sagte Ferrell. Trotz all dieser Tests fand er in einigen Böden nichts. „Es ist wirklich erstaunlich.“
Jacqueline Gurdial, Umweltmikrobiologin an der University of Guelph in Kanada, bezeichnet die Ergebnisse als „verlockend“, insbesondere Dragons Bemühungen, herauszufinden, welche Faktoren die Wahrscheinlichkeit beeinflussen, an einem bestimmten Ort Mikroorganismen zu finden. Sie fand heraus, dass große Höhen und hohe Chloratkonzentrationen die stärksten Prädiktoren für das Versagen bei der Entdeckung von Leben sind. „Das ist eine sehr interessante Entdeckung“, sagte Goodyear. „Sie sagt uns viel über die Grenzen des Lebens auf der Erde.“
Sie ist nicht ganz davon überzeugt, dass ihr Boden wirklich leblos ist, was teilweise auf ihre eigenen Erfahrungen in einem anderen Teil der Antarktis zurückzuführen ist.
Vor einigen Jahren untersuchte sie Böden aus einer ähnlichen Umgebung im Transantarktischen Gebirge, einem Gebiet namens University Valley, 800 Kilometer nordwestlich des Shackleton-Gletschers. Dort gab es seit 120.000 Jahren vermutlich weder nennenswerte Feuchtigkeit noch Schmelztemperaturen. Als sie die Proben 20 Monate lang bei -5 °C, einer typischen Sommertemperatur im Tal, inkubierte, zeigte der Boden keinerlei Lebenszeichen. Als sie die Proben jedoch einige Grad über dem Gefrierpunkt erhitzte, zeigten einige davon Bakterienwachstum.
Wissenschaftler haben beispielsweise entdeckt, dass Bakterienzellen selbst nach Tausenden von Jahren in Gletschern überleben. Werden sie eingeschlossen, kann sich ihr Stoffwechsel millionenfach verlangsamen. Sie verfallen in einen Zustand, in dem sie nicht mehr wachsen, sondern nur noch DNA-Schäden reparieren, die durch das Eis eindringende kosmische Strahlung verursacht werden. Goodyear vermutet, dass es sich bei diesen „langsamen Überlebenden“ um diejenigen handeln könnte, die sie im College Valley gefunden hat. Hätten Dragone und Firer zehnmal mehr Boden analysiert, hätten sie sie möglicherweise auch im Roberts Massif oder am Schroeder Mountain gefunden.
Brent Christner, der an der University of Florida in Gainesville antarktische Mikroben erforscht, glaubt, dass diese hochgelegenen, trockenen Böden dazu beitragen könnten, die Suche nach Leben auf dem Mars zu verbessern.
Er wies darauf hin, dass die Raumsonden Viking 1 und Viking 2, die 1976 auf dem Mars landeten, Experimente zur Entdeckung von Leben durchführten, die unter anderem auf Untersuchungen tiefliegender Böden nahe der Küste der Antarktis, einer Region namens „Dry Valleys“, basierten. Einige dieser Böden werden im Sommer durch Schmelzwasser nass. Sie enthalten nicht nur Mikroorganismen, sondern stellenweise auch winzige Würmer und andere Tiere.
Im Gegensatz dazu könnten die höheren, trockenen Böden von Mount Roberts und Mount Schroeder bessere Testgelände für Marsinstrumente bieten.
„Die Oberfläche des Mars ist sehr unwirtlich“, sagte Christner. „Kein Organismus der Erde kann auf dieser Oberfläche überleben“ – zumindest nicht auf den obersten ein bis zwei Zentimetern. Jedes Raumschiff, das dorthin auf der Suche nach Leben fliegt, muss darauf vorbereitet sein, an einigen der unwirtlichsten Orte der Erde zu operieren.
Copyright © 1996–2015 National Geographic Society. Copyright © National Geographic Partners, LLC, 2015–2023. Alle Rechte vorbehalten.