Forscher untersuchen mit Xylem-Technologie die Entstehung des Lebens auf der Erde

Was kann uns ein antarktischer See über die Entstehung des Lebens auf der Erde sagen, und wie kann er uns bei der Suche nach Leben auf dem Mars helfen? Dies sind einige der Fragen, die Forscher mithilfe der YSI-Technologie von Xylem beantworten wollen, wenn sie in die Tiefen des Untersees hinabtauchen. Begleiten Sie sie auf eine Reise drei Milliarden Jahre in die Vergangenheit.

Wenn Dale Andersen unter die 3 m dicke Eisdecke in das kalte Wasser des Untersees gleitet, taucht er eine Welt ein, die vom Rest der Antarktis abgeschnitten ist. Auf seinem Weg nach unten sieht er überall auf dem Grund des Sees kleine, kegelförmige Strukturen, die Stromatolithen genannt werden. Diese 30 - bis 60 cm hohen Kegel wurden über Äonen hinweg Schicht für Schicht von einer Cyanobakteriengattung namens Phormidium gebildet.

Bevor Andersen und seine Kollegen die Stromatolithen entdeckten, waren diese noch nie in einer modernen Umgebung gefunden worden, sondern lediglich eine Erinnerung an eine Zeit, in der die Erde ausschließlich von Mikroben bewohnt wurde.

„Das ist wie eine Postkarte von vor 3 Milliarden Jahren“, sagt Andersen. „Wenn man sich ein Bild davon machen wollte, wie ein Ökosystem zu dieser Zeit aussah, stellen diese antarktischen Seen einzigartige Entsprechungen zu frühen mikrobiellen Landschaften dar.“

Ein Fenster in die Vergangenheit – und zu anderen Planeten

Andersen ist leitender Wissenschaftler am Carl Sagan Center des SETI-Institute, einer Forschungsorganisation, die sich der Suche nach Leben und Intelligenz jenseits der Erde und deren Erforschung widmet.

Obwohl Andersen schon seit mehr als einem Jahrzehnt im Untersee taucht, ist er immer noch von dem einzigartigen Anblick der Kegellandschaft beeindruckt. Er konstatiert, dass „mehr Menschen auf der Oberfläche des Mondes spazieren gegangen sind als den Grund dieses Sees mit eigenen Augen gesehen haben“.

„Das Verständnis dieser frühen Paläo-Umgebungen oder frühen Biosphären auf unserem eigenen Planeten ist ein wichtiger Aspekt, um zu verstehen, wie man die Suche nach Leben anderswo angehen kann“, erklärt Andersen.

„Wenn wir zum Beispiel Untersuchungen in diesen antarktischen analogen Umgebungen durchführen, können wir möglicherweise einen Blick auf den frühen Mars werfen. Vielleicht gab es auch dort einst mikrobielle Ökosysteme – nicht genau die gleichen wie in den antarktischen Seen, aber doch ähnlich.“

„Die Arbeit mit den stromatolitischen Gemeinschaften im See hilft bei der Suche nach Beweisen für Leben in paläolakustrischen Sedimenten auf dem Mars. Die anaeroben Regionen des Südbeckens des Untersees helfen dabei, uns auf die Suche nach Leben in den Ozeanen von Enceladus und Europa, den äußeren Monden von Jupiter und Saturn, zu konzentrieren.“

Messung der Wasserqualität mit YSI-Sonden

Der Untersee liegt in den Bergen des ostantarktischen Queen Maud Land und ist das ganze Jahr über mit Eis bedeckt. Um den Untersee zu erreichen, fliegt ein multidisziplinäres Forschungsteam von Kapstadt, Südafrika, in die Antarktis und landet auf der Eispiste der russischen Forschungsstation Nowolasarewskaja. Von dort aus muss das Team das Eis in einer eintägigen Schneemobilfahrt überqueren.

Dann schlagen die Teilnehmer ihr Lager auf und beginnen mit dem Bohren eines Lochs durch das Eis. Um das Loch zu bohren, lässt das Team warmes Wasser durch eine zylindrische Spule zirkulieren, die das Eis kontinuierlich schmilzt, um den Zugang zum See für die Taucher zu schaffen – ein Prozess, der mehr als 24 Stunden dauern kann. Für das Absenken von Instrumenten und die Entnahme von Wasserproben werden kleinere Löcher mit einem Durchmesser von 25 cm verwendet.

Andersen ist bei der Erfassung der Wasserqualität in der gesamten Wassersäule sehr genau. Er verwendet eine YSI EXO2 Multiparameter-Sonde mit intelligenten Sensoren für Trübung, Gesamtalgenmenge, pH-Wert, Oxidations-Reduktions-Potenzial (ORP), fluoreszierende gelöste organische Stoffe (fDOM), gelösten Sauerstoff (DO), und Leitfähigkeit.

Durch langsames Absenken der Sonde – von jeweils 1 m oder auch nur von 50 cm – und die Überwachung der Software kann das Team subtile Veränderungen bei Temperaturen, Sauerstoffgehalt und chemischer Zusammensetzung erfassen.

Einblicke in die Auswirkungen der globalen Erwärmung

Unter dem Eis ist der Untersee im Allgemeinen eine sehr ruhige Umgebung mit einer extrem langsamen Wasserzirkulation. Laut Andersen bräuchte ein Teilchen etwa einen Monat, um die Länge des Sees von 6,5 km zu durchqueren. Dennoch kommt es gelegentlich zu dramatischen Ereignissen.

Bei der Untersuchung von Satellitenaltimetrie-Daten stellten Andersen und seine Kollegen Anfang 2019 einen plötzlichen Anstieg des Wasserspiegels des Untersees um zwei Meter fest. Offenbar war am etwa sechs Kilometer entfernten Obersee ein Eisdamm gebrochen und hatte innerhalb von drei Wochen schätzungsweise 17,5 Millionen Kubikmeter Wasser in den Untersee gespült.

Aufgrund späterer Beobachtungen und Messungen geht Andersen davon aus, dass es sich um ein 300- bis 500-Jahre-Ereignis handelte. Als Andersen im November 2019 an den Untersee zurückkehrte, setzte er sofort eine Multiparametersonde ein, um die Wasserqualität des Sees zu messen.

„Wir haben eine starke Veränderung der Wasserchemie als Folge dieses Hochwasserereignisses beobachtet“, erklärt Andersen. „Diese Messungen sind wichtig und werden uns helfen, die Auswirkungen der globalen Erwärmung auf das mikrobielle Ökosystem des Untersees in den kommenden Jahren zu verstehen.“

Während Andersen die Welt beschreibt, die er unter dem antarktischen Eis erforscht, überträgt der Perseverance-Rover der NASA Gigabytes an Bildmaterial von der Marsoberfläche. Obwohl Perseverance 227 Millionen Kilometer vom Untersee entfernt ist, treffen die beiden Welten aufeinander, während Wissenschaftler Fotos von beiden Orten analysieren, um die Entstehung des Lebens auf unserem Planeten zu verstehen und nach Hinweisen auf Leben auf anderen Planeten zu suchen.

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Alle Fotos ©Dale T. Andersen