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08.01. Leben im Sonnensystem - Der Mars
------------------------------1. Welche Voraussetzungen benötigt das Leben, so wie wir es kennen?
Welche Vorteile hat das Wasser?
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suchen Leben auf Kohlenstoffbasis  zahlreiche verschieden Verbindungen,
Doppelbindungen (organische Chemie) bieten Vorteile
Elementarhäufigkeiten sind im Universum gegeben
Die Entfernung zur Sonne darf nicht zu groß sein, sonst hätte man eine zu große
Oberfläche und einen zu geringen Metabolismus (Stoffwechsel)
vor der Entwicklung der Photosynthese müssen Reaktionspartner
zusammenkommen und eine Mischung durch ein gasförmiges oder flüssiges
Medium wie z.B.: Atmosphäre oder Ozean
zum Vergleich: die Erde hat Wasser als flüssiges Medium
Ein flüssiges Medium ist notwendig
Jede Form irdischen Lebens benötigt Wasser
o Zur Lösung und Mischung organischer Moleküle
o Zum Transport in die Zellen hinein, wieder hinaus
o Und in der Zelle ist eine direkte Beteiligung an vielen Reaktionen
Flüssiges Wasser ist Druckabhängig
Auf dem Mars herrscht ein Druck von 610 pa (Pascal), bei diesem Druck kann
Wasser niemals flüssig sein
2. Beurteilen Sie den Planeten Mars bezüglich dieser Voraussetzungen
(Temperatur, Druck,....)?
Grundsätzliches zum Mars:
- 1.52 AU zur Sonne
- Achsneigung und Tageslänge sind erdähnlich: Erde – 23.44°(24Std),
Mars – 25.19° (24Std 40Min)
- Der Druck auf dem Mars ist nur 0.7% von dem der Erde, es gibt also praktisch
keine Atmosphäre und keinen Sauerstoff
- Mitteltemperatur: Erde – 14°C, Mars – -53°C
3. Welche Hinweise haben wir dafür, dass sich das Klima auf dem Mars
geändert hat? Wie sah es auf dem jungen Mars wahrscheinlich aus?
Mars Klima:
Der Mars hatte vor ca. 3,7 Milliarden Jahren eine dichtere Atmosphäre und ein wärmeres
Klima. Also auch einen viel stärkeren Treibhauseffekt. CO2 war das Haupt – Treibhausgas,
das ca. 200-400 – fache des Gehalts der heutigen Atmosphäre ist notwendig, damit die
Atmosphäre etwas dichter als die der Erde heute wäre.
Die Atmosphäre verschwand zum Teil wie auf der Erde in Karbonatgestein und die
Polkappen enthalten wohl mehr CO2 als die heutige Atmosphäre.
Außerdem und mindestens genauso wichtig die Verluste aus der Atmosphäre direkt ins All.
z.B.
- große Impakte, die mehr davontrugen, als dass sie Wasser und organische Substanzen
mitbrachen
- Impakte von Sonnenwindteilchen, die von dem schwachen Magnetfeld des Mars nicht
abgehalten werden konnten
- dadurch wurde auch ein Großteils des Wassers in den Weltraum verloren
4. Beschreiben Sie die Viking Experimente und ihre Resultate. Können
wir heute Leben auf dem Mars grundsätzlich ausschließen?
Biologische Experimente auf den Viking-Landern(1976)
Das Pyrolytic Release Experiment sollte nach Spuren von Photosynthese suchen. Dazu
wurden Proben des Marsbodens mit Licht, Wasser und radioaktiv markierten
Kohlenstoffdioxid behandelt. Man ging davon aus, dass bei der Existenz von Photosynthese
treibenden Organismen durch den Prozess der Kohlenstoffdioxid-Fixierung ein Teil des
radioaktiv markierten Kohlenstoffdioxids in Biomasse umgewandelt werden würde. Nach
einer mehrtägigen Inkubationszeit wurde das radioaktive Gas entfernt und die verbliebene
Radioaktivität in der Probe gemessen.
Ergebnis: es gab ein kleines positives Signal, nachdem Bodenprobe auf 175°C erhitzt
wurde und somit sterilisiert worden ist. Wahrscheinlich gab es eine Kontamination mit
NH3 (Ammoniak)
Das Labeled Release Experiment war im Prinzip eine Umkehrung des PR-Tests. Eine
Probe des Marsbodens wurde mit Wasser und einer radioaktiv markierten Nährlösung
versetzt. Falls in der Probe atmende Organismen existierten, sollten diese die Nährlösung
u.a. in CO2 umwandeln. Das radioaktive 14C aus der Nährlösung sollte sich dann in dem
entstandenen Gas nachweisen lassen.
Ergebnis: Anstieg der Radioaktivität auf Niveau, das Aufbrauchen der Nährstoffe entsprach,
Rückgang der Aktivität bei Heizen der Probe, wie bei Metabolismus erwartet.
Wahrscheinlich: Chemische Reaktion von Nährstoffen mit sauerstoffreichen Mineralien
unter Beteiligung von O2--Ionen
Gas Exchange Experiment (GEX)
Beim Gas Exchange Experiment wurde eine Bodenprobe längere Zeit einem kontrollierten
Gasgemisch ausgesetzt. In regelmäßigen Zeitabständen wurde die Zusammensetzung dieses
Gasgemisches durch einen Gas-Chromatographen untersucht und Abweichungen von der
ursprünglichen Zusammensetzung ermittelt.
Ergebnis: Reichlich Sauerstoff freigesetzt. Allerdings: auch im Dunklen, auch noch
Sterilisation durch Erhitzen, auch wenn der einzige ‚Nährstoff‘ Wasserdampf war.
Wahrscheinlich: Chemische Reaktionen in seit vielen Myr trockener Probe
Gas Chromatograph - Massenspektrometer (GCMS)
Das GCMS ist ein Gerät, welches gasförmige Komponenten chemisch trennt und durch ein
Massenspektrometer analysieren lässt. Hiermit lassen sich die Mengen und Anteile
verschiedenster Stoffe ermitteln. Im Viking-Lander wurde das GCMS benutzt, um die
einzelnen Komponenten der Marsboden bestimmen zu können. Dazu wurden Proben des
Marsbodens auf verschiedene Temperaturen erhitzt und die jeweils austretenden Gase
analysiert.
Ergebnis: Überhaupt keineorgansicheMoleküle feststellbar, Limit 10 Millionen mal
niedriger als in irdischem Boden.
Fazit:
Der Marsboden ist extrem steril, wohl weil er sehr stark oxidierend wirkt (aus allen
organischen Moleküle CO2macht), und zwar wahrscheinlich bis in ~1m Tiefe.
5. Weshalb sorgte der Meteorit ALH84001 für eine Sensation?
Diskutieren Sie die Möglichkeit der "Migration" von Leben im Sonnensystem.
Welche Konsequenzen ergeben sich daraus für moderne Missionen, die nach
Spuren von Leben suchen?
ALH 84001 ist ein 1,94 kg schwerer Meteorit, der bereits 1984 in der Antarktis gefunden
wurde, aber erst 1993 als Marsmeteorit identifiziert wurde. Das Alter wird auf ca. 4,5
Milliarden Jahre geschätzt. Bei weitem ist er der älteste Marsmeteorit und älter als alle
Gesteine auf der Erde.
Durch einen Impakt wurde der Meteorit vor ca. 16 Millionen Jahre ins All geschleudert und
landete in der Antarktis vor ca. 13.000 Jahren.
Das besondere an diesem Meteoriten war, dass man auf ihm Spuren fossilen Marslebens
fand.
- Karbonat – Globulen zeigen Schichtstruktur
- Die Globulen enthalten PAHs
- Fe – reiche Schichten enthalten Magnetit Ketten
- fossile Nanobakterien
Jeder Punkt allein kann nicht biologisch erklärt werden.
Zum Beispiel konnte man irdische Bakterien IN dem Meteoriten finden.  Kontamination
nach 13.000 Jahren auf der Erde.
6. Halten Sie eine bemannte Mission zum Mars für sinnvoll? Welche
Vor- und Nachteile hätte eine solche Mission?
Bemannte Missionen zum Mars. Vorteil: Die Menschen waren schon immer sehr
experimentierfreudig und auch flexible Experimentatoren. Ein Nachtteil ist jedoch der
große Kostenfaktor.