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Die Suche nach Leben auf dem Mars und in Meteoriten

David E. Fisher

Seit einigen Jahren steht die Suche nach außerirdischem Leben im Blickfeld der Öffentlichkeit - nicht zum ersten Mal. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die wechselhafte Geschichte der Suche nach Leben auf dem Mars und in den Meteoriten im 20. Jahrhundert: über Kontroversen, Erwartungen und Enttäuschungen.
Im Jahr 1996 überraschte eine Gruppe von NASA-Wissenschaftlern die Öffentlichkeit mit der Nachricht, sie glaubten, Belege für primitives fossiles Leben auf dem Mars gefunden zu haben (McKay et al. 1996). Präsident Clinton gab kund: „Falls sich diese Entdeckung bestätigt, stellt sie sicherlich eine der erstaunlichsten Einsichten in unser Universum dar, die die Wissenschaft je hervorgebracht hat." Doch für manche war es eher ein Déjà-vu-Erlebnis (Berra 1948). Fast neunzig Jahre zuvor - am 28. 12. 1907 - hatte das Wall Street Journal seine jährliche Sammlung der „außergewöhnlichsten Ereignisse" des Jahres veröffentlicht. In jenem Jahr wählten die Redakteure nicht etwa die Finanzkrise, die unter Anlegern Panik ausgelöst hatte, sondern - zum ersten und einzigen Mal in der Geschichte des Wall Street Journals - eine wissenschaftliche Entdeckung: „Das außergewöhnlichste Ereignis des Jahres ist ... der Beweis, erbracht durch astronomische Beobachtungen, ... dass bewusstes, intelligentes menschliches Leben auf dem Planeten Mars existiert."

Wasserbau-Ingenieure auf dem Mars?

Es war nicht nur - wie 1996 - ein fossiler Beleg für Mikroben, sondern „bewusstes, intelligentes menschliches Leben", das die Wall Street so begeisterte. Der „Beweis" war die Mitteilung von Percival Lowell, dass es den Mitarbeiter seines neuen Observatoriums in Arizona zum ersten Mal gelungen war, die Kanäle auf dem Mars zu fotografieren. Bis dahin hatten Planetenbeobachter nur Zeichnungen angefertigt von dem, was sie sahen oder zu sehen behaupteten. Aber mit dieser Mitteilung waren jene unsicheren Zeiten vorüber: Die Kamera lüge nicht, verkündete Lowell, und alle Zweifel seien nun ausgeräumt.

Auch wenn das Wall Street Journal von der Ankündigung alleine bereits begeistert war: Als die Fotos schließlich veröffentlicht waren, erwiesen sich die Kanäle nach wie vor als flüchtiges Phänomen. Die Bilder waren winzig - weniger als ein Zentimeter im Durchmesser (siehe Crowe 1986 für eine detaillierte Beschreibung) - und konnten nicht ohne Qualitätsverlust kopiert oder vergrößert werden. Die Situation war unverändert: Diejenigen, die an die Kanäle glaubten, sahen sie auf den Fotos, und die, die nicht daran glaubten, sahen nichts. In einem später veröffentlichten Übersichtsartikel sind auf den Fotos keine Kanäle erkennbar, und es wird entschuldigend angemerkt: „Vieles, das die Originalbilder zeigen, ist nicht erkennbar aufgrund der Bearbeitung, die nötig war, um sie hier abzubilden" (Slipher 1924).

Einer derjenigen, die nichts Kanalähnliches sahen, war Alfred Russell Wallace. Als er gebeten wurde, eine Besprechung zu Lowells neuem Buch „Mars and its Canals" („Der Mars und seine Kanäle") abzugeben, schrieb er sich so in Rage, dass seine „Besprechung" zu einem eigenen Buch in voller Länge wurde. Unter dem Titel „Is Mars Habitable?" („Ist der Mars bewohnbar?") beantwortet es diese Frage mit einem ausdrücklichen „Nein". Lowell meinte, dass die Kanäle dazu dienten, Wasser über Tausende von Kilometern von den polaren Eiskappen durch Wüstengebiete zu jenen Oasen zu bringen, in denen Marsbewohner lebten. Aber auf einem Planeten, von dem man wusste, dass er trocken war und einen extrem geringen Atmosphärendruck aufwies, würde flüssiges Wasser verdunsten und im Weltraum verschwinden. Es war einfach unmöglich, dass das Wasser flüssig blieb, wenn es über so große Entfernungen durch die angeblichen Kanäle floss. Marsmenschen, die intelligent genug waren, um solche gigantischen Ingenieurleistungen zu vollbringen, wären sicherlich auch intelligent genug, um den Unsinn des Unterfangens zu bemerken: Die Kanäle können kein Wasser transportiert haben, und der Beleg für die intelligenten Marsingenieure brach in sich zusammen.

Doch Wallace machte damit nicht Halt: „Nicht nur ist der Mars nicht von intelligenten Wesen bewohnt, wie es Mr. Lowell behauptet, sondern er ist auch absolut unbewohnbar." Wallace gab zu, dass genügend viele Astronomen die Kanäle gesehen hatten und damit ein guter Beleg vorhanden sei, dass sie wirklich existieren. Doch diese vermuteten Bauwerke könnten genauso gut natürliche Spalten sein, die sich beim Abkühlen der Kruste gebildet hatten, und nichts mit Wasser oder Marsmenschen zu tun haben. Aus dem Abstand von der Sonne konnte er berechnen, dass der Mars eine Oberflächentemperatur von -37°C hat, sodass alles Wasser auf der Oberfläche gefroren sein musste. Falls der Planet gelegentlich wärmer wurde, was er zwar nicht glaubte, aber auch nicht ausschließen konnte, könnte man das Wasser nicht in Kanäle leiten, vielmehr würde es schnell verdunsten und der schwachen Gravitation entkommen. Nirgendwo auf dem Planeten, meinte er, gäbe es flüssiges Wasser. Die Eiskappen bestünden aus gefrorenem Kohlendioxid. Evans und Maunder (1903) fanden bald darauf psychologische Argumente dafür, dass die Sichtung der Kanäle eine einfache Sinnestäuschung sei.

Radiokontakt

Trotz dieser Gegenargumente hielt der Glaube an intelligente Marsbewohner an, selbst unter intelligenten Erdbewohnern. Die Betonung lag nun auf einem tatsächlichen Kontakt mit den Marsianern. Im Jahr 1919 sagte Guglielmo Marconi, dass er oft starke Signale aus dem Äther empfange, die anscheinend von irgendwo außerhalb der Erde kämen und die möglicherweise von den Sternen zu uns gelangten (New York Times, 20. 1. 1919). 1921 war er noch sicherer, sowohl über die Nachricht als auch ihren Ursprung: „Marconi ist sicher: Mars sendet Botschaft", berichtete die New York Times am 2. 9. „Marconi ist nun überzeugt, dass er Radio-Botschaften vom Mars empfangen hat", hieß es weiter. „Was Signor Marconi überzeugte, war ... die Wellenlänge ... und ihre Regelmäßigkeit ... und der Buchstabe V des internationalen Codes, der ständig wiederholt wurde, ganz wie Stationsrufe oder Testsignale, die von Radiosendern ausgesandt werden."

Für Nicola Tesla war das ein alter Hut. Er hätte ähnliche Signale bereits 1901 empfangen, erzählte er der New York Evening Post, und er war überhaupt nicht überrascht, dass die Marsianer fähig waren, sie zu senden. „Mit einer Gravitationskraft von nur zwei Fünftel derjenigen der Erde müssen alle mechanischen Probleme viel leichter lösbar sein", erklärte er. „Da der Planet kleiner ist, muss der Kontakt zwischen Individuen und der gegenseitige Ideenaustausch viel schneller gewesen sein", so Tesla, und deshalb „sollte das intellektuelle Leben auf diesem Planeten eine phänomenale Entwicklung durchgemacht haben" (NN 1919).

Es sollte betont werden, dass diese Argumente zwar die Fantasie der Öffentlichkeit anregten, aber nicht den Konsens unter Wissenschaftlern wiedergaben. Lowells Argumente waren von der Wissenschaft schon längst als „hoffnungslose Spekulationen" (Newcomb 1897) bezeichnet worden, und der Direktor des Lick-Observatoriums nannte sie „missverständliche und unglückliche ... Halbwahrheiten" (Crowe 1986). Aber die Idee, dass es intelligente Marsbewohner gab, war nicht auszurotten.

Der August 1924 war für David Todd, Astronom in Amherst, der Höhepunkt eines seit 15 Jahren verfolgten persönlichen Interesses: Er konnte die Armee und die Marine der Vereinigten Staaten überzeugen, zwei Tage lang während der größten Annäherung des Mars vollständige Funkstille zu wahren, sodass er nach Radiosignalen lauschen konnte. William F. Friedman, der Dechiffrier-Experte der Armee (der später, eineinhalb Jahre vor Pearl Harbour, den japanischen Code knackte), stand bereit, um alle empfangenen Nachrichten zu entschlüsseln. Leider wurden seine Dienste nicht gebraucht: Die Marsianer hielten mit strengerer Disziplin Funkstille, als es die Japaner 17 Jahre später taten. Nichts war zu hören, und am dritten Tag ging die Marine wieder auf Sendung. Doch hieß das nicht, dass es da oben niemanden gab: „Vielleicht haben es die Marsmenschen früher versucht, zur Zeit der Iganodone und Dinosaurier, und haben jetzt keine Lust mehr", meinte der französischen Astronom Camille Flammarion (Jackson und Hohmann 1962, Wilford 1990, Dick 1996, Fisher und Fisher 1998).

Mikroben in Meteoriten

1932 schwenkte der Blick von intelligenten Aliens auf Mikroben und vom Mars auf Meteoriten, als der Fund „einiger überlebender Bakterien" in verschiedenen Chondriten berichtet wurde (Lipman, 1932). Roy (1935, 1937) meinte, dass die Bakterien Verunreinigungen von der Erde seien. Zwar wies Lipman (1936) dies erbost zurück, doch seine Argumente waren eher persönlich als wissenschaftlich, und Fall der Meteoriten-Bakterien war erledigt. Aber nicht für immer: Der Fall wurde wieder aufgenommen, als Nagy et al. (1961) Kohlenwasserstoffe aus dem kohligen Chondriten von Orgueil untersuchten. Sie fanden Moleküle, die denjenigen ähnelten, die man in lebenden Organismen findet; insbesondere sah eines ganz wie Cholesterin aus. Ein paar Monate später schrieben sie einen Fachartikel (Claus und Nagy 1961) mit dem unauffälligen Titel „Eine mikrobiologische Untersuchung einiger kohliger Chondriten", der so begann: „Wir haben mikroskopisch kleine Partikel gefunden, die fossilen Algen ähneln ..." Was sie unter dem Mikroskop sahen, waren fünf verschiedene Arten von „organisierten Elementen", die Lebensformen von der Erde ähnelten. Sie fanden kleine, runde Formen, einige mit Stacheln besetzt, andere waren schildförmig, wieder andere waren zylindrisch, und ein Typ war hexagonal mit haarförmigen Fortsätzen und „vakuolen-ähnlichen Körpern im Inneren".

Und schon ging es los! Die New Yorker Wissenschaftsakademie hielt ein Sondertreffen an der Ostküste, der Flugzeughersteller North American Aviation ein anderes an der Westküste ab; Nature und Science, die Times aus London und die New York Times berichteten von allen Diskussionen und Theorien und Meinungen, bis schließlich - hauptsächlich dank der Arbeit von Anders und seinen Mitarbeitern (z. B. Fitch und Anders 1963) - das Trara langsam nachließ. Die Parteien konnten sich jedoch nicht darauf einigen, dass die Indizien für Leben in kohligen Chondriten nicht stichhaltig waren - bis am Sonntag, dem 28. 9. 1969, der kohlige Chondrit von Murchison fiel. Er wurde schnell eingesammelt, Museumskuratoren übergeben und in eine sterile Umgebung verbracht, sodass die Gefahr einer Verschmutzung auf der Erde gering war. Als er untersucht wurde, fand sich keine Spur von biogenen Molekülen oder „organisierten Elementen". Das Fehlen von positiven Belegen wurde immer deutlicher, und die Argumente von Anders und seinen Mitstreitern fanden zunehmend Gehör, bis sich schließlich ein Konsens herausgebildet hatte, der in seiner Struktur der Kritik George Bernard Shaws an einem zeitgenössischen Musikstück ähnelte: „In diesem Werk gibt es viel Originelles und Interessantes. Unglücklicherweise ist das, was interessant ist, nicht originell, und das, was originell ist, nicht interessant." Man ersetzte „originell" durch „aus dem All", und „interessant" durch „biogen": Was wie Leben aussah, stammte wohl nicht vom Meteoriten, und was vom Meteoriten stammte, war wohl kein Leben.

In einem Übersichtsartikel zehn Jahre später begann Anders: „Die intensive Kontroverse ... hat sich beruhigt. Die meisten Autoren sind sich nun einig, dass dieses Material primitive präbiotische Materie darstellt, nicht Überreste außerirdischen Lebens" (Anders 1973). Ein Artikel im Scientific American macht sich nicht einmal die Mühe, die Arbeit Nagys und seiner Gruppe zu erwähnen (Lawless et al. 1972). Als Nagy selbst später ein umfassendes Buch über kohlige Chondrite schrieb, sah er es als unwahrscheinlich an, dass er tatsächlich außerirdische Lebensformen in ihnen entdeckt hatte (Nagy 1975).

Die Mariner-Raumfahrtmissionen

Aber der Fall war nicht abgeschlossen, die Frage nach Leben auf dem Mars noch offen. Frühere Arbeiten hatten gezeigt, dass sich einige Gebiete auf dem Mars jahreszeitlich verdunkelten, möglicherweise ein Zeichen für wachsende Vegetation. 1961 schloss ein Expertengremium über Planetenatmosphären der Nationalen Wissenschaftsakademie, dass „die Belege, insgesamt betrachtet, Leben auf dem Mars vermuten lassen... (aber) die begrenzten Belege, die wir haben, sind direkt nur für die Anwesenheit von Mikroorganismen relevant" (Kellogg und Sagan 1961). Diese Folgerung basierte vor allem auf der Arbeit von Sinton (1957, 1959), der starke Absorptionsbanden in den dunklen, aber nicht den hellen Gebieten nachgewiesen hatte, die offensichtlich von Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen herrührten. Shirk et al. (1965) zeigten später, dass diese Banden von dem Molekül HDO stammten, und Rea et al. (1965) fanden heraus, dass sich das HDO in der Atmosphäre der Erde und nicht des Mars befand. Um 1963 hatten erdbasierte Beobachtungen eindeutig gezeigt, dass der Atmosphärendruck auf dem Mars zu gering war, um flüssiges Wasser auf der Oberfläche zuzulassen, und das Pendel der Meinungen war weit auf eine Seite geschwungen, nämlich dass es praktisch keine Chance für Leben auf dem Mars gab. Es waren einige Mariner-Raumfahrtmissionen zum Mars geplant, aber biologische Aufgabenstellungen kam auf der Prioritätenliste nicht vor. Zwar gab es in den anfänglichen Planungsstadien auch einen Vorschlag für eine Experiment zum Nachweis von Leben, aber es wurde abgelehnt, denn der Platz an Bord war beschränkt und wurde dringend für andere, erfolgversprechendere Experimente gebraucht.

Dennoch hielten sich Lowells Argumente für die Existenz von Kanälen bis in die 60er-Jahre. Fred Whipple schrieb 1954, „niemand weiß, was die Kanäle wirklich sind - oder ob sie überhaupt existieren" (Whipple 1954). Ein NASA-Buch über Raumwissenschaften von 1965 schloss, dass „die meisten Astronomen sich vermutlich einig sind, dass es offensichtliche lineare Markierungen ... von beträchtlicher Länge auf dem Mars gibt" (Washburn 1977). Die Kontroverse war erst beendet, als Mariner 4 am 14. 7. 1965 den Planeten erreichte. Die Sonde schickte nur 22 Nahaufnahmen, aber diese reichten aus, um die seit hundert Jahren offene Streitfrage endgültig zu klären: Es gab keine Kanäle.

Obwohl schon nach den vorherigen Ergebnissen kein Leben auf dem Mars zu erwarten gewesen war, war die Enttäuschung doch groß. J. N. James, einer der Angestellten, drückte es so aus: „Als wir zum ersten Mal den gesicherten Raum der Planetenwissenschaftler betreten durften und ein kleines Foto der mondähnlichen Marsoberfläche sahen, waren wir uns einig, dass wir einen Vorsprung von zwei Minuten gegenüber dem Rest des Laborpersonals hatten, um uns eine andere Arbeit zu suchen. Wir wussten, dass ein großer Teil der Öffentlichkeit immer noch erwartete, Kanäle zu sehen, wenn nicht gar grüne Männchen" (Washburn 1977). Der Leiter der Abteilung für Fotointerpretation informierte die Presse, es sei nun „schwer zu glauben, dass freies Wasser in genügender Menge für Flüsse oder Ozeane irgendwo auf dem Mars existiert haben kann, seit ... sich die Oberfläche gebildet hat" (Wilford 1990). Ein kurzer Augenblick der Begeisterung kam im Jahr 1969, als Mariner 7 über die südliche Eiskappe flog und ganz am Rand der Eiskappen Temperaturen maß, die zu hoch für gefrorenes Kohlendioxid waren. Was konnte dieses weiße Zeug sein, wenn nicht Wasser? Auch wurden Belege für Methan und Ammoniak in der Atmosphäre entdeckt. Ein chemisches Ungleichgewicht: Die Anwesenheit von reduzierten Gasen auf einem oxidierten Planeten deutete auf biologische Aktivität. Am 7. 8. 1969 hielt die NASA eine Pressekonferenz ab und gab bekannt: „Zwei Gase, die eng mit der Entstehung und der Existenz von Leben verknüpft sind - Methan und Ammoniak - sind in der Marsatmosphäre nachgewiesen worden." In einem Interview stellten die beteiligten Wissenschaftler fest: „Das weckt zwangsläufig die Vermutung, dass (diese Gase) biologischen Ursprungs sein könnten" (New York Times, 7. 8. 1969).

Ein paar Wochen später allerdings zeigten Laborexperimente, dass die Inforarot-Absorptionsbanden, die man Methan und Ammoniak zugeschrieben hatte, auch im festen Kohlendioxid vorkamen. Außerdem wurde die Idee vorgebracht, dass die hohen Temperaturen, die man an den Rändern des Eisschildes gefunden hatte, auch dadurch zustande kommen könnten, dass der feste Untergrund durchschien, wenn an den Rändern des Schildes das Kohlendioxid verdampfte, und damit lösten sich alle Indizien für Leben dort unten in den Polarregionen in Luft auf (Horowitz 1986).

Viking soll Klärung bringen

Nun begannen die Planungen für die Viking-Missionen, und wieder wurde die Biologie als irrelevant angesehen. „Die Aussichten auf Leben auf dem Mars schienen 1970 so fern, dass es keinen guten Grund gab, beim Entwurf der Sonde, die 1976 dort landen sollte, biologische Fragen in den Vordergrund zu stellen" (Horowitz 1986). Als aber Mariner 9 1971 Belege für ausgetrocknete Flussbetten fand, wurde es langsam wieder wahrscheinlicher, dass gefrorenes Wasser unter der Oberfläche zu irgendeinem Zeitpunkt in der Vergangenheit geschmolzen und an der Oberfläche ausgeflossen war, und die Biologie hielt wieder in die Viking-Planungen Einzug.

Drei biologische Experimente flogen an Bord von Viking 1 und 2 mit (siehe Kasten auf S. 17), außerdem eine Kamera und ein Massenspektrometer. Die Kamera fand, was niemanden überraschte, keine Fußabdrücke oder andere Lebensspuren, doch die drei Biologie-Experimente erbrachten positive Resultate. Sie dienten dazu, Photosynthese oder Atmungsaktivitäten nachzuweisen, und alle drei verliefen erfolgreich - zu erfolgreich. Die Reaktion war zu schnell und zu intensiv, und der Chef des Teams berichtete: „Wenn es eine biologische Reaktion ist, dann ist sie stärker als alles, was wir in Böden von der Erde erhalten haben. Es würde bedeuten, dass das Leben auf dem Mars höher entwickelt und intensiver ist als auf der Erde" (Cooper 1980). Als das Massenspektroskop keine organischen Anteile in dem Boden fand, der auf den Test nach Leben so positiv reagiert hatte, wurde eine Neuinterpretation der Ergebnisse unumgänglich. Zwei der drei experimentellen Teams waren sich einig, dass ihre Ergebnisse wahrscheinlich eher unerwartete chemische Reaktionen anzeigten als biologische Aktivität; das dritte Team blieb jedoch anderer Meinung. Mehr als zehn Jahre später schrieb Gilbert Levin: „Nach mehrjährigen Bemühungen, unsere Daten vom Mars im Labor mit nichtbiologischen Methoden zu replizieren, finden wir, dass die Mehrzahl der wissenschaftlichen Analysen es wahrscheinlich macht, dass mit unserem Labeled Release Experiment auf dem Mars lebende Organismen nachgewiesen wurden. Dies präsentieren wir nicht als eine Meinung, sondern als eine Position, die uns durch die objektive Bewertung aller relevanten wissenschaftlichen Daten aufgezwungen wurde" (Levin 1988). Die Mehrheit der anderen Forscher widerspricht dieser Behauptung und stimmt vielmehr der Meinung eines anderen Viking-Biologen zu: „Viking fand kein Leben auf dem Mars und fand, was ebenso wichtig ist, auch heraus, warum es dort kein Leben geben kann. Dem Mars fehlt ... jegliches flüssige Wasser" (Horowitz 1986).

Und die Zukunft?

Und dann kam 1996 die überraschende Verlautbarung, dass „wir folgern, dass (unsere Daten) ein Beleg für primitives Leben auf dem frühen Mars sind" (McKay et al. 1996). Diese Geschichte ist noch nicht ausgestanden (siehe auch Kasten auf S. 18) und soll daher in diesem historischen Rückblick nicht behandelt werden.

Zusammenfassend kann man feststellen, dass sich im zwanzigsten Jahrhundert bei der Suche nach Leben auf anderen Welten eine Wende vollzogen hat. Die erste Hälfte war durch Dogmen und wüste, unhaltbare Behauptungen gekennzeichnet, die zweite Hälfte dagegen durch immer ausgefeiltere Experimente, größere Vorsicht bezüglich der fast ubiquitären Verschmutzungen von der Erde und eher zurückhaltende Behauptungen. Selbst diese bescheideneren Behauptungen konnten nach und nach entkräftet werden - bis auf die jüngsten, erst kurz vor der Jahrhundertwende präsentierten Indizien, um deren Interpretation noch gerungen wird.

(Übersetzung: Stephan Matthiesen. Dieser Artikel erschien erstmals in Eos 80 (22), 1999, 245-249, als Kurzfassung des Buches „Strangers in the Night: a brief history of life on other worlds")

Literatur

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Prof. Dr. David E. Fisher studierte an der Universität von Florida und dem Oak Ridge and Brookhaven National Laboratory, wo er über Kernphysik promovierte. Forschungsaufenthalte am Harvard/Smithsonian Astrophysical Observatory und an der Cornell University. Er ist derzeit Professor für kosmische Chemie an der Rosenstiel School of Marine Science der Universität von Miami. In seiner Freizeit ist er Schauspieler und schreibt Theaterstücke. Mehrere Buchveröffentlichungen zu wissenschaftlichen und historischen Themen, u. a. „Strangers in the Night: a brief history of life on other worlds". Adresse: David E. Fisher, Geosciences Department, University of Miami, Florida 33124-0401

Das frühe Klima des MarsHeute ist der Mars ein lebensfeindlicher Planet mit einem Atmosphärendruck von nur etwa 10 hPa (ein Hundertstel des irdischen Atmosphärendrucks), bei dem jegliches Wasser verdunstet, und einer Durchschnittstemperatur von -53°C. Dennoch gilt der Mars als aussichtsreicher Kandidat für Leben - oder zumindest Überreste früheren Lebens -, da flussbettähnliche Strukturen und andere Erosionserscheinungen auf flüssiges Wasser hindeuten (Malin 2001). Möglicherweise war sein Klima vor etwa vier Mrd. Jahren vergleichbar dem der damaligen Erde, auf der es bereits Mikroorganismen gab.

 

Ein wärmeres Klima wäre durch den Treibhauseffekt von Gasen wie Kohlendioxid erklärbar, falls die Atmosphäre früher wesentlich dichter war. Bereits in den 80er-Jahren hat man berechnet, dass der Mars eine Atmosphäre von etwa 5 bis 10 bar, also etwa das 500- bis 1000fache des heutigen Druckes, bräuchte, um warm genug für flüssiges Wasser zu sein. Das war womöglich zu hoch gegriffen, denn eine neuere Arbeit (Forget und Pierrehumbert 1997) zeigt: Bereits ein Druck von einer halben Erdatmosphäre (500 hPa) würde genügen, wenn sich außerdem Wolken aus Kohlendioxid-Kristallen bilden, die einen zusätzlichen Treibhauseffekt bewirken.

Dies sind nur theoretische Berechnungen, aber es gibt Gründe für die Annahme, dass der Mars tatsächlich einmal eine dichtere Atmosphäre hatte. Zunächst die Beobachtung, dass die Erde und vor allem die Venus mit einer viel dichteren Atmosphäre entstanden sind - warum also nicht auch der Mars? Einen direkteren Hinweis liefert die Zusammensetzung der jetzigen Marsatmosphäre. Sie enthält z. B. überproportional viel des Isotops Xenon-129, das aus dem radioaktiven Zerfall von Jod entsteht, im Vergleich zu anderen Xenon-Isotopen. Das heißt: Irgendwann muss einmal ein Teil des ursprünglichen Xenons in der Atmosphäre verschwunden sein, und das neu entstehende Xe-129 konnte überhand nehmen. Aus dem Isotopenverhältnis kann man berechnen, dass der Mars 99% seiner ursprünglichen Atmosphäre verloren hat. Demnach kann sie ursprünglich dicht genug für flüssiges Wasser gewesen sein.

Wie ist die Atmosphäre verloren gegangen? Und wie kommt es, dass andererseits die Erde ihre Atmosphäre behielt? Drei Mechanismen kommen in Frage:

  1. Beim Vorhandensein von Wasser reagiert das Kohlendioxid der Atmosphäre mit Silikatgesteinen, bildet Karbonate (Kalke) und wird auf diese Weise der Atmosphäre entzogen. Dies geschieht auch auf der Erde - aber aufgrund der Plattentektonik der Erde wird die Gesteinskruste immer wieder in den tieferen Mantel subduziert und die Karbonate aufgeschmolzen, sodass das Kohlendioxid wieder von Vulkanen ausgestoßen werden kann und in die Atmosphäre zurück gelangt. Der Mars hat keine Plattentektonik - er ist wohl zu klein und ist zu schnell ausgekühlt. Somit bleiben die Karbonate auf Dauer im Boden. Dieser Mechanismus war unter Forschern sehr populär, hat aber einen Schönheitsfehler: Messungen der Sonde Mars Global Surveyor zeigen, dass der Karbonatanteil der Kruste höchstens 15% beträgt - viel zu wenig, um das Verschwinden der Atmosphäre zu erklären.
  2. Ein großer Teil der Atmosphäre kann beim Einschlag von großen Meteoriten in den Weltraum entwichen sein. In der Frühzeit des Sonnensystems, bis vor etwa vier Mrd. Jahren, waren große Einschläge sehr häufig, später eher selten. Demnach spielte dieser Mechanismus vor allem in der Frühzeit eine große Rolle (Ahrens 1993).
  3. Die Atmosphäre ist dem so genannten Sonnenwind ausgesetzt, einem Strom schneller geladener Teilchen von der Sonne, der Atome aus der oberen Atmosphäre herausschlägt. Auf der Erde schützt uns das irdische Magnetfeld davor, das die geladenen Teilchen ablenkt. Der Mars hat heute kein Magnetfeld mehr - aber der Restmagnetismus des Gesteins zeigt, dass das Magnetfeld einst stärker war. Dieser Mechanismus spielte also vor allem nach der frühen Phase eine Rolle. Aus heutigen Messungen des Sonnenwindes errechnet man, dass so im Laufe von vier Mrd. Jahren einige Hundert hPa der Atmosphäre verloren gegangen sein könnten (Morton 1999).

Vielleicht entstanden die geologischen Spuren von flüssigem Wasser aber gar nicht in einer warmen Frühzeit, sondern als Ergebnis von kurzzeitigen Ereignissen: Vulkanausbrüche könnten lokal Wasser unter der Oberfläche geschmolzen haben, oder es schmolz unter Gletschern, die dann sublimierten. Es kann sein, dass der Mars niemals dauerhaft flüssiges Wasser aufwies, sondern nur in einzelnen Gebieten und für kurze Zeit, vielleicht ein paar Tausend Jahre - viel zu kurz zur Entstehung von Leben.

Im Augenblick wissen wir noch viel zu wenig über den Mars. Vermutlich werden erst zukünftige Raumfahrtmissionen klären können, ob der Mars immer kalt und trocken war oder eine warme, feuchte Vergangenheit hat. -sm-

Literatur

  • Ahrens, T.J. (1993): Impact erosion of terrestrial planetary atmospheres. Annual Review of Earth and Planetary Science 21, 525-555
  • Forget, F., Pierrehumbert, R. (1997): Warming early Mars with carbon dioxide clouds that scatter infrared radiation. Science 278, 1273-1276
  • Malin, M. (2000): Sedimentary rocks of early Mars. Science 290, 1927-1937
  • Morton, O. (1999): Mystery of the missing atmosphere. New Scientist 20.11.1999, 35-38
Viking-Missionen: biologische ExperimenteAn Bord der beiden Viking-Landesonden befanden sich drei Experimente, die Aktivitäten von Lebewesen im Boden nachweisen sollten. Alle drei lieferten positive Ergebnisse - doch viel stärker als bei Bodenproben von der Erde. Heute wird angenommen, dass sie kein Leben, sondern vielmehr unerwartete chemische Reaktionen des Marsgesteins nachgewiesen haben. Pyrolytisches Freisetzungsexperiment (pyrolytic release experiment): Dieses sollte nachweisen, ob im Boden etwas vorhanden ist, das Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnimmt - wie Pflanzen. Dazu wurde eine Bodenprobe in eine Kammer gebracht, die mit der natürlichen Marsatmosphäre gefüllt wurde. Zusätzlich wurde radioaktiv markiertes Kohlendioxid hinzugefügt. Nach fünf Tagen wurde die Probe erhitzt und das entstehende Gas untersucht. Auf diese Weise konnte man prüfen, ob der radioaktiv markierten Kohlenstoff von der Atmosphäre in den Boden gelangt war - was tatsächlich der Fall war. Allerdings können auch nichtbiologische chemische Reaktionen die Ursache sein.

Gasaustausch-Experiment (Gas exchange experiment): Eine Bodenprobe wurde mit einer künstlichen Nährlösung beträufelt und die Zusammensetzung des Gases in der Experimentierkammer gemessen. Bodenorganismen würden die Nährlösung verarbeiten und dann Kohlendioxid oder andere Gase freisetzen und dabei die Zusammensetzung des Gases in der Kammer verändern. Doch auch in diesem Experiment ist nicht ausgeschlossen, dass nichtbiologische chemische Reaktionen ein ähnliches Ergebnis hervorbringen.

Marker-Freisetzungsexperiment (Labeled release experiment): Wiederum wurde eine Bodenprobe mit künstlicher Nährlösung versorgt, wobei die Nährlösung radioaktive Kohlenstoffatome enthielt. Bodenorganismen würden die markierten Kohlenstoffatome aufnehmen und als Kohlendioxid wieder abgeben. Wenn also das Gas in der Kammer radioaktiv wird, ist das ein Hinweis auf Leben - oder auf unerwartete chemische Reaktionen. Die Ergebnisse dieses Experiments lösten die längste Kontroverse aus. -sm-

Literatur: Klein, H.P. (1991): The Viking Biology experiments - epilogue and prologue. Origins of Life and Evolution of the Biosphere 21(4), 255-261

Mikroben in Marsmeteoriten?Bis heute hat keine Raumsonde Gesteinsproben vom Roten Planeten auf die Erde gebracht, dennoch können Forscher mitunter Marssplitter im Labor untersuchen. Dabei handelt es sich um eine seltene Klasse von Meteoriten, die nur etwa ein Dutzend Exemplare umfasst. Nach den Fundorten Shergotty, Nakhla und Chassigny werden sie SNC-Metoriten genannt. Details ihrer chemischen Zusammensetzung zeigen, dass diese Gesteinsbrocken in der Tat vom Planeten Mars stammen. Insbesondere der spröde, rissige und graugrüne Meteorit ALH84001 hat für Aufsehen gesorgt, und das nicht nur in Forscherkreisen. ALH84001 wurde Ende 1984 während einer Antarktisexpedition im Eisfeld von Allan Hills gefunden. Chemische Analysen deuten darauf hin, dass er mit etwa vier bis viereinhalb Mrd. Jahren der bei weitem älteste Marsmeteorit ist. Das macht ihn zu einem Splitter Mars-Urgestein. Vermutlich war es der Einschlag eines anderen Himmelskörpers, der ihn vor rund 15 Mio. Jahren ins All geschleudert hat. Schließlich wurde er vom Schwerefeld der Erde eingefangen und ging vor etwa 13 000 Jahren über der Antarktis nieder.

ALH84001 mag mit bloßem Auge wie ein profaner grauer Stein aussehen, im Elektronenmikroskop entpuppt er sich als einzigartig, auch unter den Marsmeteoriten. Aber man muss ganz genau hinsehen, denn die kristallographischen Besonderheiten beschränken sich auf winzige Kohlenstoffkügelchen im Innern des Gesteins, die so genannten Karbonat-Globulen. In diesen Globulen fanden die Kristallographen nanometergroße Gebilde, die sie für Überreste bakterienartiger Organismen halten: bazillenförmige Kristallstäbchen, die in ihrer Form irdischen Kleinstfossilien ähneln. Mit einem Schönheitsfehler: die im Meteoriten gefundenen Überreste sind um Größenordnungen kleiner als die kleinsten Mikrofossilien auf der Erde. Und sie könnten auch ohne das Zutun von Bakterien entstanden sein, dann allerdings unter recht exotischen Umständen, selbst für einen fremden Planeten. Immerhin passt das Alter, rund 3,5 Mrd. Jahre. Das war deutlich nach der Gesteinsbildung auf dem Mars, aber lange bevor der Meteorit ins All gelangte. Vor allem jedoch zu einer Zeit, als es auf dem Mars möglicherweise flüssiges Wasser gab - und damit eine der wichtigsten Voraussetzungen für Leben.

Dass diese Kristallstäbchen irdischen Ursprungs sind, dass Bakterien während der Jahrtausende in der Antarktis ins Innere des Meteoriten eingedrungen sind, schließen manche Wissenschaftler nicht nur aufgrund der Altersbestimmung aus (McKay 1996). So träten die Spuren etwa nur in der Gesteinsmitte auf. Ferner zeigten mehrere Studien, dass es im Innern von ALH84001 keinerlei Oxidation gebe, wohingegen alle in der Antarktis gefundenen Meteoriten an ihrer Oberfläche stark „verrostet" seien. Trotz dieser Hinweise wird die Kontamination in Expertenkreisen nach wie vor lebhaft diskutiert (siehe etwa die Zusammenstellung kritischer Anmerkungen von Allan Treiman unter cass.jsc.nasa.gov/lpi/meteorites/mars_meteorite.html).

Kürzlich gaben die Befürworter nun eine neue Entdeckung bekannt (Thomas-Keprta 2000): Magnetitkristall-Ketten in den Karbonatglobulen, wie sie auf der Erde seit Jahrmillionen von manchen Bakterien genutzt werden, um sich anhand des Erdmagnetfelds zu orientierten. Zwar könnten Magnetitketten auch ohne das Zutun von Lebewesen entstehen, räumen die Forscher ein. Es gebe allerdings ein halbes Dutzend sicherer Unterscheidungsmerkmale, so die Größe, Reinheit und Ausrichtung der Kristalle. Die Magnetitkristalle in ALH84001 erfüllen fünf der sechs Kriterien, irdisches Gestein ohne Fossilien hingegen höchstens zwei. „Auf der Erde würden wir solche Kristalle als biogen ansehen", resümieren die Autoren.

Erst in etwa 15 Jahren will die NASA Marsgestein auf die Erde holen. Bis dahin müssen die Wissenschaftler mit den spärlichen Meteoritenfunden auskommen. Immerhin wurden sie kürzlich durch ein weiteres Indiz ermutigt, und wiederum fanden sie es in einem der Marsmeteoriten: Wasser. Denn obwohl die Oberfläche des Mars Spuren ehemaliger Flüsse und Ozeane aufweist, schien bisher das Marsgestein selbst zu trocken zu sein, um auch nur primitives Leben zu ermöglichen. In dem 175 Mio. Jahre alten Shergotty-Meteoriten, der vor etwa 150 Jahren auf der Erde aufschlug, haben Wissenschaftler nun einen Wasseranteil von 1,8% nachweisen können. Damit ist zwar nicht bewiesen, dass die Suche nach Marsmikroben schließlich zum Erfolg führen wird, aber die Chancen stehen jetzt immerhin ein bisschen besser. -nn-

Literatur

  • McKay, D. S. et al. (1996): Search for Past Life on Mars: Possible Relic Biogenic Activity in Martian Meteorite ALH84001. Science 273, 924
  • Thomas-Keprta, K. L., et al. (2000): Elongated prismatic magnetite crystals in ALH84001 carbonate globules: Potential Martian magnetofossils. Geochimica et Cosmochimica Acta 64, 4049

 

Dieser Artikel erschien im "Skeptiker", Ausgabe 1/2001.



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