Im Inneren der Erde nach Leben auf dem Mars suchen

Es ist Ihre typische Höhlenforschungs-Saga: Sie winden sich durch Tunnel, die nicht breiter als eine Wassermelone im Durchmesser sind, und seilen sich dann über die Kante einer 60-Fuß-Klippe in eine Leere, die so schwarz ist, dass Sie nicht einmal Ihre Füße sehen können, geschweige denn den Boden - vorausgesetzt, dort ist ein Boden. Wenn Sie diese Tortur überleben, müssen Sie immer noch den rutschigen Hang der Freakout-Traverse oder die gefürchtete Gletscherspalte, die als Great White Rift bekannt ist, überwinden. Eine unterirdische Tour durch die Lechuguilla Cave in New Mexico kann auch andere Highlights und Lowlights beinhalten: Misery Hole, Death Pit und das Paralleluniversum.

Manche Entdecker genießen den Nervenkitzel, eine unbekannte, unterirdische Wildnis zu erkunden. Andere finden Trost in der Stille und Dunkelheit von Amerikas tiefster Höhle, die sich mehr als 1.500 Fuß unter der Oberfläche erstreckt. Dann gibt es diejenigen, die auf der Suche nach Leben auf dem Mars sind.

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Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom November 1997



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Leben auf dem Mars? Während Wissenschaftler den Roten Planeten über den Mars Pathfinder und eine Reihe von nachfolgenden NASA-Missionen, die für das nächste Jahrzehnt geplant sind, erforschen, untersuchen andere Forscher die mikrobiellen Lebensformen, die diese riesige Höhle im Carlsbad Caverns National Park bewohnen, und prüfen die Möglichkeit, dass analoge Kreaturen lauern unter der Marsoberfläche. Diese Arbeit wurde vom Exobiologie-Programm der NASA aus einem Budget unterstützt, das für die Erforschung terrestrischer Analoga zu anderen Planeten bestimmt ist. Wir überdenken die unterirdische Umgebung auf dem Mars teilweise, weil sich der Untergrund der Erde als sehr reich herausstellt, sagt Penny Boston, Biologin und NASA-Beraterin bei Complex Systems Research in Boulder, Colorado. Tatsächlich finden Wissenschaftler fast überall Mikroorganismen. Sie blicken in die Nähe von Schloten auf dem Grund der Tiefsee, in antarktischen Gesteinen und an Öl- und Gasbohrstellen, die Tausende von Fuß unter der Erde liegen.

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Die grundlegende Prämisse der Analogie zum Leben auf dem Mars lautet: Vor etwa drei bis vier Milliarden Jahren war der Mars ein wärmerer und feuchterer Ort, zum Teil aufgrund einer dicken Atmosphäre aus Kohlendioxid, die den Planeten durch den Treibhauseffekt erwärmte. Schließlich verbindet sich dieses Kohlendioxid mit Wasser zu Kohlensäure, die wiederum mit Gesteinen an der Oberfläche reagiert, um Karbonate wie Kalkstein und Dolomit zu bilden. Durch diesen Prozess wurde das Kohlendioxid in der Atmosphäre verbraucht, wodurch die Oberfläche gefroren und unwirtlich blieb, ohne dass nirgendwo flüssiges Wasser zu finden war. Jetzt sagen wir, dass, wenn das Leben an der Oberfläche nicht hätte überleben können, es sich vielleicht unter die Erde bewegt hat, erklärt Christopher McKay, ein Planetenwissenschaftler am Ames Laboratory der NASA, der Boston und andere auf mehreren Lechuguilla-Expeditionen begleitet hat.

Die Eingangsgrube zur Lechuguilla-Höhle wurde 1914 entdeckt. Aber erst in den 1950er Jahren begannen die Ermittler zu vermuten, dass sich irgendwo unter dem Schutthaufen auf dem Boden dieser Grube eine Höhle befinden könnte. Als die Schuttmauer 1986 schließlich durchbrochen wurde, bohrten sich unerschrockene Höhlenforscher in Tunnel und begannen, mehr als 145 Kilometer Gänge zu kartieren. Das volle Ausmaß von Lechuguilla ist noch nicht bekannt, aber Dale Pate vom National Park Service in Carlsbad, N. Mex., ist überzeugt, dass es da draußen viel mehr Höhlen gibt, als wir wissen, möglicherweise im Wert von 1.000 oder 2.000 Meilen.

Manche nennen es die schönste Höhle der Welt, mit leuchtenden Farben, unberührten Pools und spektakulären Mineralformationen, die Blumen, Kristallen, Kronleuchtern und Korallen ähneln. Obwohl Wissenschaftler diese Pracht zu schätzen wissen, zieht sie die Höhle vor allem deshalb an, weil sie der perfekte Ort ist, um eine praktisch unberührte unterirdische Umgebung zu studieren. Wir tun unser Bestes, um die Auswirkungen zu begrenzen, weil wir das Ding, das wir untersuchen möchten, nicht kontaminieren und zerstören wollen, erklärt Boston. Gesucht werden exotische Organismen, die sich leicht von vom Menschen eingebrachten Schadstoffen unterscheiden lassen. Aber wenn wir nicht aufpassen, könnten diese Schadstoffe einheimische Organismen verdrängen.

Lechuguilla, eine Welt für sich, hat keine großen natürlichen Öffnungen, was bedeutet, dass nur sehr wenig Luft oder Wasser von außen einströmt. Die Höhle ist auch wegen ihrer reichen Schwefelvorkommen von geologischem Interesse. Auf der Erde wurden verschiedene Mikroorganismen gefunden, die Energie aus Schwefel gewinnen, und ähnliche Lebensformen könnten auf dem Mars existieren, die sowohl bei der Viking- als auch bei der Pathfinder-Mission einen hohen Schwefelgehalt aufweisen.

In der Höhle lebt eine sehr vielfältige Gruppe von Organismen, darunter zahlreiche Bakterienstämme, die wir noch nie zuvor gesehen haben, bemerkt Larry Mallory, Mikrobiologe am Center for Marine Biotechnology der University of Delaware, der seit 1992 wiederholt Lechuguilla besucht Meile weiter betreten Sie eine mikrobielle Welt. Jenseits dieses Punktes gibt es keine mehrzelligen Lebensformen außer Höhlenforschern.

Bisher seien in der Höhle Hunderte von mikrobiellen Stämmen gefunden worden, von denen die meisten bisher unbekannt seien, sagt Boston. Schließlich planen sie und ihre Kollegin, die Biologin Diana Northup von der University of New Mexico, die DNA der Mikroben zu untersuchen, um sie mit der DNA bekannter Mikroben zu vergleichen. Wir versuchen, die nächsten Verwandten dieser Stämme zu finden, herauszufinden, woher sie kamen – aus dem Boden oder dem alten Ozean – und festzustellen, wie lange sie von der Welt oben getrennt waren, sagt Boston.

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Die Forscher hoffen auch, die Energiequelle zu bestimmen, die dieses sonnenlose Ökosystem antreibt. Der Schlüssel sei, Organismen zu finden, die auf chemischem Wege Nahrung herstellen können, erklärt McKay. Mallory hat einen Bakterienstamm identifiziert, der Mangan oxidiert, aber er versucht immer noch herauszufinden, ob die Kreaturen tatsächlich Energie aus diesem Prozess gewinnen. Auf weiteren Reisen plant er, in den Rusticles, einer Eisenformation im nordöstlichen Teil der Höhle, die wie ein laufendes Eis am Stiel aussieht, nach eisenoxidierenden Bakterien zu suchen. Boston beabsichtigt auch, weitere Proben zu sammeln, in der Hoffnung, sowohl eisen- als auch schwefeloxidierende Organismen zu erfassen.

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Herauszufinden, was diese Käfer fressen, ist ein schwieriges Problem, sagt sie. Die wahrscheinlichsten Nahrungsquellen befinden sich entweder in der Luft oder in den Felsen. Wenn eine angemessene Finanzierung sichergestellt werden kann, hoffen sie und Northup, gaschromatographische Untersuchungen der Luft durchzuführen und Analysen des gesamten Gesteins durchzuführen, um zu sehen, was in der Felswand essbar ist.

Boston hat bereits einige seltsame Dinge erlebt, die in der Höhle wachsen, wie zum Beispiel ein seltsames flauschiges Material namens Gorilla Drek, das an den bröckelnden Höhlenwänden haftet. Es fühlt sich an wie nasse Graphit-Zuckerwatte, sagt sie. Wenn Sie es zwischen Ihre Finger legen, verkümmert es zu einem Nichts. Die Wissenschaftler stellten schließlich fest, dass im Flaum Bakterien und Pilze leben, aber Boston vermutete das von Anfang an: Ich bekam eine Augeninfektion, die mich denken ließ, dass dort etwas wächst.

Die Gorilla-Drek-Episode lehrte Boston eine wichtige Lektion: Es ist schwer zu sagen, wann Dinge am Leben sind, selbst wenn eine ganze Crew von Ermittlern herumkrabbelt, Proben nimmt und sie später im Labor untersucht. Es ist möglich, dass wir beim Blick auf den Mars keine Organismen finden, die unseren Vorstellungen entsprechen. Erkennungstools, die hier auf der Erde funktionieren, funktionieren dort möglicherweise nicht, sagt sie.

Sie und McKay hoffen, auf ihre Erfahrungen in Lechuguilla zurückgreifen zu können, während sie anstehende Missionen zum Mars entwerfen. Tatsächlich sind bei beiden Vorschlägen für die Mars Surveyor-Mission 2001 bei der NASA anhängig. Indem wir uns das Leben unter der Erde auf der Erde ansehen, hoffen wir, festzustellen, ob es vernünftig ist, auf dem Mars nach Leben unter der Erde zu suchen, herauszufinden, wie tief wir suchen müssen und ob es möglicherweise fossile Überreste gibt, die wir erkennen könnten, sagt McKay.

Wir würden gerne wissen, welche Art von Hinweisen diese Fehler hinterlassen könnten, fügt Boston hinzu. Wenn sich das Leben auf dem Mars in den Untergrund zurückzog und dann ausstarb, könnte es immer noch eine Vielzahl von Signaturen geben – tatsächliche Fossilien, geochemische Spuren, verräterische Isotopenverschiebungen oder charakteristische Verwitterungsmuster auf der Oberfläche von Gesteinen. Die Untersuchung einer Gemeinschaft in einer ausgestorbenen und versteinerten Höhle kann uns helfen zu wissen, wonach wir in einer radikal anderen Umgebung Ausschau halten müssen.

Die Studien von Lechuguilla könnten Aufschluss über weitere Fragen des kleinsten geschlossenen Ökosystems geben, das überleben kann. Einige argumentieren, dass es einen ganzen Planeten braucht, um ein Ökosystem zu erhalten; andere behaupten, man könne ein funktionsfähiges System in einer Flasche am Laufen halten, sagt Boston. Es ist eine unbeantwortete Frage, die auf die Erde oder jeden anderen Planeten zutrifft.

Obwohl sie immer noch stark in den Mars investiert ist und sich manchmal sogar als Marsianerin bezeichnet, erkennt Boston an, dass die Forschung in Lechuguilla unabhängig von außerirdischen Bedenken für die terrestrische Biologie von Interesse sein wird. Mallory stimmt dem zu und sagt, dass die Höhlenforschung zu unserem Verständnis beitragen kann, wo Leben auf diesem Planeten existiert und wie weit es nach unten geht.

Die Lechuguilla-Arbeit kann auch eine Reihe praktischer Anwendungen haben. Mallory hat ein Unternehmen namens Biomes gegründet, um die Fähigkeiten von Höhlenorganismen und ihren Nebenprodukten zur Krankheitsbekämpfung zu testen. Einige Organismen scheinen Verbindungen zu produzieren, die für bestimmte Arten von Brustkrebszellen spezifisch toxisch sind. Er untersucht auch die antibakteriellen, antiviralen und antimykotischen Eigenschaften anderer Verbindungen, die aus der Höhle stammen.

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Die Erforschung von Lechuguilla geht unterdessen aufgrund der Schwierigkeiten der unterirdischen Navigation und der Tatsache, dass der Zugang zur Höhle durch den National Park Service stark eingeschränkt ist, langsam voran. Die Höhle ist mit Ausnahme von Forschung und Wartung für Besucher geschlossen, und der Parkservice lässt nur etwa ein halbes Dutzend Forschungsteams pro Jahr ein. Boston ist glücklich, zu den wenigen zu gehören, die zugegeben wurden, was ihre Besorgnis, dass Menschen den Roten Planeten für eine lange Zeit nicht betreten könnten, in gewissem Maße ausgleicht. Fürs Erste tröstet sie sich, indem sie sagt: Diese Höhle ist mein Mars.

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