Studie: Schlüsselelement für die Entstehung von Leben im äußeren Sonnensystem entdeckt

Wissenschaftler der Freien Universität Berlin finden Phosphor im Ozean des Saturnmondes Enceladus
Nr. 137/2023 vom 14.06.2023

Die Suche nach Leben in unserem Sonnensystem bekommt neuen Auftrieb: Ein Team von Wissenschaftlern unter Leitung des Planetologen der Freien Universität Berlin Prof. Dr. Frank Postberg hat nachgewiesen, dass der Ozean unter dem Eispanzer des Saturnmonds Enceladus ein Schlüsselelement für die Entstehung von Leben enthält. Mit Hilfe der Raumsonde „Cassini“ detektierte das internationale Forschungsteam Phosphor in Form von Phosphaten in Eispartikeln, die von Cryo-Vulkanen aus dem Inneren des Ozeanmondes ins All geschleudert werden. Die Studie dazu wurde am Mittwoch im Fachmagazin „Nature“ veröffentlicht (https://www.nature.com/articles/s41586-023-05987-9 ) und ist kostenfrei abrufbar am Institut für Geologische Wissenschaften.

„Die früheren geochemischen Modelle waren gespalten in der Frage, ob Enceladus‘ Ozean überhaupt Phosphate in nennenswerten Mengen enthalten kann,“ sagt Frank Postberg, „die ‚Cassini‘-Daten lassen aber nun keinen Zweifel mehr daran, dass erhebliche Mengen dieser wichtigen Substanz im Ozean vorhanden sind.“ Das Element Phosphor in der Form von gelösten Phosphaten ist im wahrsten Sinne des Wortes lebenswichtig. In jeder bekannten Lebensform ist es unabdingbar für die Bildung der DNA und z.B. von Zellwänden oder ATP (dem universellen Energieträger in Zellen). Leben wie wir es kennen, ist ohne Phosphate einfach nicht möglich.

„Mit den von uns entdeckten leicht verfügbaren Phosphaten in hoher Konzentration erfüllt der Enceladus Ozean nun ein Kriterium, welches üblicherweise die Habitabilität von Himmelskörpern am meisten einschränkt“, betont der junge Wissenschaftler Dr. Fabian Klenner, der seine Karriere seit Kurzem an der University of Washington (Seattle, USA) fortsetzt. „Es ist also höchste Zeit, dass wir zu Enceladus zurückkehren um zu sehen, ob sich aus den guten Ausgangsbedingungen tatsächlich Leben entwickelt hat“, ergänzt Dr. Nozair Khawaja, ein Planetenforscher der, aus Pakistan stammend, sich in den vergangenen Jahren fest an Freien Universität Berlin etabliert hat.

Bereits vor einigen Jahren hatte die von 2004 bis 2017 am Saturn operierende „Cassini“-Raumsonde der NASA und ESA den Ozean unter der Eiskruste des Mondes aufgespürt und die ausgestoßenen Gase und Eispartikel analysiert. In früheren Arbeiten hatte das Team um Frank Postberg bereits herausgefunden, dass der Ozean auf Enceladus ein „Soda-Ozean“, also reich an gelösten Carbonaten, ist und eine breite Palette reaktiver und teils komplexe organische Verbindungen enthält. Darüber hinaus wurden auch Hinweise auf Hydrothermalquellen am Grunde des Ozeans gefunden. Aber erst kürzlich entdeckte das Forschungsteam der Freien Universität Berlin die Signatur von Phosphaten in den Daten. Dabei ist es für die biologische Verfügbarkeit wichtig, dass Phosphat nicht etwa im Gestein gebunden, sondern im Ozean als Salz gelöst ist. Die gemessenen Konzentrationen liegen um das 100- bis 1000-Fache über denen, die in Ozeanen auf der Erde gemessen werden. In Zusammenarbeit mit einem japanisch-amerikanischen Team wurden daher Laborexperimente durchgeführt, die zeigen wie Enceladus es schaffen kann, derart hohe Phosphatkonzentrationen in seinem Ozean zu erzeugen.

„Unsere geochemischen Experimente und die damit verbundene Modellierung zeigen, dass sich die hohen Phosphatkonzentrationen aus einer erhöhten Löslichkeit von Phosphaten ergeben, die nicht nur auf Enceladus, sondern generell unter den speziellen Bedingungen im äußeren Sonnensystem gegeben sein sollten“, erläutert Frank Postberg, „das sind gute Nachrichten, für eine ganze Reihe von Ozeanwelten jenseits des Jupiters“.

Eine der tiefgreifendsten Entdeckungen der Planetenforschung der letzten 25 Jahre ist, dass Himmelskörper mit Ozeanen unter einer Eisoberfläche am äußeren Sonnensystem eine häufige Erscheinung sind. Sie beherbergen erheblich mehr Wasser als alle Ozeane der Erde zusammen. Dazu gehören Eismonde von Jupiter und Saturn wie Europa, Ganymed, Titan und Enceladus, aber wahrscheinlich auch noch weiter entfernte Körper wie der Zwergplanet Pluto. Planeten mit Oberflächenwasser wie die Erde können nur in einem eng begrenzten Abstand zu ihrem Mutterstern existieren – der sogenannten Habitablen Zone - der Temperaturen ermöglicht, in dem das Wasser weder verdampft noch gefriert. Ozeane im Inneren von Himmelskörpern wie der von Enceladus können jedoch in einem viel größerem Bereich existieren und erhöhen damit enorm die Anzahl von möglicherweise habitablen – also lebensfreundlichen - Welten auch um andere Sterne in unserer gesamten Galaxie.

Prof. Dr. Frank Postberg leitet die Fachrichtung Planetologie am Institut für Geologische Wissenschaften und war Leiter der Studie „Detection of Phosphates Originating from Enceladus‘ Ocean“, an der sechs weitere Mitarbeiter der Freien Universität Berlin beteiligt sind. Durch Auswertung der Daten des „Cosmic Dust Analyser“ Instruments auf der Raumsonde „Cassini - Huygens“ fand das Team eindeutige Signaturen von wasserlöslichen Phosphaten (z.B. Na2HPO4) in hohen Konzentrationen in einigen von Enceladus‘ Ozean ausgestoßenen Eispartikeln. Bereits durch frühere Studien wurde der Enceladus Ozean als einer der besten Orte für die Entstehung von extraterrestrisches Leben im Sonnensystem angesehen. Denn er beherbergt, neben einer breiten Palette reaktiver und teils komplexer organische Verbindungen, vermutlich auch durch Gezeitenkräfte mit Energie versorgte Hydrothermalquellen am Grunde des Ozeans. Die Entdeckung von Phosphaten gilt als der letzte fehlende Baustein, um Enceladus Ozean endgültig als habitabel - also lebensfreundlich - bezeichnen zu können. Leben wurde jedoch mit dem begrenzten Instrumentarium der „Cassini“-Sonde noch nicht gefunden. Die Suche danach soll in zukünftigen Missionen fortgesetzt werden.

Quelle: https://www.fu-berlin.de/presse/informationen/fup/2023/fup_23_137-saturnmond-enceladus-ozean-phosphate/index.html