Marsmission: Härtetest für die Suche nach Leben

Ab 2030 sucht der ESA-Rover Rosalind Franklin auf dem Mars nach fossilen Spuren biologischen Lebens. Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) steuert hierzu ein dediziertes analytisches Messinstrument bei. Das System bestimmt eine fundamentale Eigenschaft organischer Verbindungen: ihre molekulare Chiralität. Diese Eigenschaft validiert, ob detektierte Moleküle biogenen Ursprungs sind.

Zur methodischen Validierung analysierten Forschende des MPS und kooperierender Universitäten nun Meteoritenproben. Das Team fokussierte sich dabei auf zwei spezifische chemische Leitverbindungen. Die Messergebnisse lieferten zudem Evidenzen für atmosphärische Kontaminationen der Proben durch terrestrische, fossile Brennstoffe.

Paläoklima des Mars und Grenzen bisheriger In-situ-Analytik

Vor Milliarden von Jahren wies der Mars fluide Oberflächenwasser und eine dichte Atmosphäre auf. Die Evolution ubiquitärer, einfacher Mikroorganismen in dieser Epoche ist bisher unbewiesen. Bisherige NASA-Rover detektierten zwar organische Verbindungen im Marsregolith. Keine dieser molekularen Strukturen gilt jedoch als eindeutige Biosignatur. Der europäische Rover soll ab 2030 die Detektionseffizienz für organische Zielmoleküle signifikant steigern. Die beteiligten Forschungsinstitute unterzogen das geplante Messprinzip nun einem Belastungstest unter Laborbedingungen.

Aliphatische Kohlenwasserstoffe als chemische Biomarker

Der Nachweis biologischen Ursprungs bei extraterrestrischer Materie erfordert hochspezifische Analyseverfahren. Nicht-biologische Syntheseprozesse müssen von biochemischen Pathways sicher abgegrenzt werden. Die Forschenden fokussieren sich auf Pristan (C19​H40​) und Phytan (C20​H42​). Beide Isoprenoide besitzen eine hohe chemische Stabilität. Auf der Erde fungieren sie als charakteristische persistentere Marker in Rohölen.
„Sollte es einst Leben auf dem Mars gegeben haben, dann stellen Moleküle wie Pristan und Phytan wichtige molekulare Biosignaturen dar, die bis heute überdauert haben könnten“, so Guillaume Leseigneur.

Symmetriebrechung als Indikator biologischer Homochiralität

Die Konfigurationsisometrie von Pristan und Phytan ermöglicht eine eindeutige Differenzierung. Als chirale Moleküle existieren sie in spiegelbildlichen Enantiomeren. „Die Chiralität ist ein wertvolles Werkzeug für die Suche nach vergangenem, extraterrestrischem Leben“, so Uwe Meierhenrich.

Terrestrische Organismen synthetisieren chirale Moleküle fast ausschließlich homochiral in einer Konfiguration. Dies resultiert aus den Gesetzmäßigkeiten der molekularen Selbstreproduktion. Ein abiogener Syntheseweg erzeugt dagegen prinzipiell ein racemisches Gemisch mit gleichen Enantiomerenanteilen.

Instrumentelle Analytik via Gaschromatographie-Massenspektrometrie

Das MOMA-Instrument (Mars Organic Molecule Analyser) des Rovers identifiziert chirale Geometrien. Die analytische Plattform kombiniert einen Gaschromatographen mit einem Massenspektrometer. Pyrolyseöfen und ein Laser zur Desorption ergänzen das System. Das MOMA-System entstand unter der Federführung des MPS.

Die Thermodesorption überführt die flüchtigen Probenbestandteile in die Gasphase. Das Stoffgemisch passiert anschließend speziell beschichtete Kapillarsäulen. Die Enantiomere interagieren unterschiedlich stark mit der stationären Phase. Diese differente Retentionszeit ermöglicht die zeitliche Trennung der Enantiomere.
Für die aktuellen Messungen nutzte das Laborteam baugleiche Trennsäulen-Zwillinge. Die Trennung gelang erstmals für die inerten Analyten Pristan und Phytan.

„Pristan und Phytan chiral voneinander zu trennen, stellt hohe Anforderungen an Empfindlichkeit und Messgenauigkeit des Instrumentes. Beides kann MOMA leisten“, erklärt Fatma Yesil Sahan. Als Analogmaterial für Marsgestein dienten Proben des Murchison-Meteoriten. Dieser enthält intrinsische organische Verbindungen sowie terrestrische Kontaminationen der Fundstelle. Das Team vermutete beide Zielanalyten in der Fraktion der Kontaminationen.

Identifikation atmosphärischer Kontaminationspfade

Die chromatographischen Daten zeigten ein unerwartetes Ergebnis. Der Murchison-Meteorit enthielt ein exakt racemisches Enantiomerenverhältnis von Pristan und Phytan. Dies widerspricht einer Kontamination durch rezente Biomasse der Fundstelle. Der Meteorit akkumulierte die Verbindungen vermutlich während des atmosphärischen Eintritts. Aerosole aus anthropogenen Verbrennungsprozessen fossiler Energieträger kommen hierfür infrage.

Vergleichsmessungen an Ölschiefern stützen diese Hypothese. „Erdöl bildet sich in diesen Gesteinen über Millionen von Jahren in großen Tiefen unter dem Einfluss von Hitze und Druck“, sagt Manuel Reinhardt. Thermodynamische Prozesse führen über geologische Zeiträume zur Razemisierung. Dies erklärt das Gleichgewicht der Enantiomere im Meteoriten. Die Studie validiert die MOMA-Analytik für den Kometen- oder Mars-Einsatz. Die Ergebnisse werfen zudem neue Fragen zur globalen atmosphärischen Belastung durch fossile Schadstoffe auf.

Quelle

Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (06/2026)