Das musst du wissen

  • Die Nasa plant erste bemannte Flüge auf den Mars ab dem Jahr 2030, SpaceX will dies bereits vor 2030 erreichen.
  • Eine grosse Herausforderung ist dabei die Versorgung der Besatzung auf dem Mars mit Sauerstoff, Wasser und Nahrung.
  • Eine Lösung dafür könnten zum Beispiel Bioreaktoren sein, in denen Bakterien auch auf dem Mars wachsen könnten.
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Heute kurvt der Rover Perseverance auf dem Mars herum, morgen könnte es der erste Mensch sein. Noch ist das eine Utopie, doch die Nasa will diese in den 2030er-Jahren wahr machen. SpaceX von Elon Musk sogar schon in den 2020ern. Zwar mag es trotz dieser Ankündigungen noch länger gehen, bis die erste Frau oder der erste Mann seine Füsse auf den roten Planeten setzt. Forschende simulieren aber jetzt schon verschiedenste Szenarien, wie sich die ersten Astronautinnen und Astronauten auf dem Mars überleben könnten. Denn: Die Reise dorthin dauert je nach Planetenkonstellation mindestens sieben Monate. Proviant für mehr als ein Jahr mitzunehmen, ist beschwerlich. Eine Kernfrage lautet unter anderem deshalb, wie die Besatzung auf dem Mars Ressourcen nutzen und recyclen könnte. Deutsche Forschende haben nun gezeigt, dass Cyanobakterien teil der Antwort sein könnten. Ihre Ergebnisse wurden im Fachmagazin Frontiers in Microbiology veröffentlicht.

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Studie: A Low-Pressure, N2/CO2 Atmosphere Is Suitable for Cyanobacterium-Based Life-Support Systems on MarsKommentarDies ist ein Kommentar der Autorin / des AutorsDas Experiment fand unter simulierten Bedingungen statt. Die Zusammensetzung des Mars-Staubs zum Beispiel könnte abweichen von dem künstlich hergestellten Mars-Staub und so das Wachstum von Cyanobakterien beeinflussen. Auch wurden die Bedingungen in dem Photobioreaktor in diesem Versuch nicht optimiert, das muss weiter erforscht werden. Auch welche Art Cyanobakterien am besten verwendet wird und wie diese gentechnisch verbessert werden könnten, ist noch unklar. Die Studie zeigt deshalb lediglich, dass das Züchten von Cyanobakterien nach allem, was wir wissen, auf dem Mars möglich sein sollte mit einem Photobioreaktor. Wie schnell diese aber maximal wachsen können, ob es also reichen würde, um andere Bakterien und Ressourcen zu produzieren, ist noch unklar.Mehr Infos zu dieser Studie...

Bakterien, die von Gas und Staub leben

Die Idee ist schon älter: Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, sind aussergewöhnlich robust, vermehren sich sehr schnell und können Stoffe aus Stein verwerten. Sie könnten sich also theoretisch von den Nährstoffen, die auf dem Mars verfügbar sind, ernähren. Mittels CO2 und Wasser, das auf dem Mars in Form von Eis vorhanden ist, könnten sie Photosynthese betreiben und so Sauerstoff herstellen. Weitere nötige Nährstoffe könnten sie aus dem Regolith, dem Staub auf der Marsoberfläche, gewinnen. Mit ihrer Hilfe lassen sich ausserdem Biokraftstoffe herstellen, da sie aus der Luft Kohlendioxid fixieren. Wegen ihres hohen Proteingehalts und der enthaltenen Vitamine können sie zudem als wertvolle Nährstoffquelle dienen. Wächst die Bakterienpopulation an, könnte man sie zudem anderen Bakterien verfüttern, welche andere notwendige Ressourcen herstellen könnten.

Nur: Auch wenn Cyanobakterien sehr robust sind – das Klima auf dem Mars ist dann doch etwas zu harsch. Erstens ist der mittlere atmosphärische Druck extrem niedrig. Mit sechs bis elf Hektopascal beträgt er nicht einmal ein Prozent des Drucks auf der Erde. Hinzukommt eine lebensfeindliche Atmosphäre. Sie besteht zu 95 Prozent aus CO2, zu 2,8 Prozent aus Stickstoff und zu 2,1 Prozent aus Argon; Blaualgen können so nicht überleben. Zum Vergleich: Die Atmosphäre der Erde besteht zu 78 Prozent aus Stickstoff, zu 21 Prozent aus Sauerstoff, zu 0,9 Prozent aus Argon und 0,04 Prozent aus CO2.

Eine Lösung ist deshalb ein Photobioreaktor, in dem die richtigen Bedingungen herrschen, damit die Bakterien wachsen können. Forschende des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen haben einen solchen Reaktor nun gebaut und Atmos benannt (Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems). In Experimenten haben sie untersucht, unter welchen Bedingungen Cyanobakterien denn nun überleben.

C. Verseux / ZARM

A: Der Bioreaktor Atmos. B: Ein einzelnes Gefäss innerhalb von Atmos. C: Konstruktionsschema.

Bakterien vermehren sich in Bioreaktor

Die Versuche zeigten, dass die Bakterien bei einem Druck von 100 Hektopascal und einem Atmosphärengemisch von 96 Prozent Stickstoff und 4 Prozent CO2 wachsen. Diese Erkenntnis ist wichtig für die Konstruktion von Bioreaktoren, die auf den Mars mitgenommen werden sollen. Wegen dem niedrigen Druck kommen viele Materialien in Frage, ohne dass die Stabilität des Geräts in Gefahr wäre.

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Die Experimente zeigten ausserdem, dass die Bakterien im Reaktor nicht nur gedeihen, wenn sie in einer Nährlösung liegen, sondern auch, wenn Wasser mit Rigolith-ähnlichem Staub sie umgibt. Sie könnten sich also rein von Rohstoffen, die auf dem Mars vorkommen, ernähren. Und: In dem Versuch wurden die im Reaktor gewachsenen Blaualgen schliesslich als Nahrung für sogenannte E. Coli-Bakterien verwendet – und auch diese wuchsen. E. Coli-Bakterien sind unter den Kandidaten, die mittels Gentechnologie so gezüchtet werden könnten, dass sie Nahrung und vielleicht sogar Arzneistoffe für den Menschen herstellen könnten.

Die Forschenden schlagen vor, dass Cyanobakterien gentechnisch exakt auf die Marsmission hin optimiert werden könnten, um ihre Effizienz zu steigern. So könnten die winzigen Mikroorganismen uns Menschen vielleicht einst die Türen zum Mars öffnen.

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