Leben auf Saturnmond wäre möglich

Aus menschlicher Sicht ist Enceladus alles andere als ein gemütlicher Ort: Eisige Kälte, kaum Sauerstoff und – unter seiner eisigen Kruste – ein Ozean, dessen Wasser so ätzend ist wie Rohrreiniger. Trotzdem ist der Saturnmond einer der wenigen Orte in unserem Sonnensystem, an dem Bedingungen herrschen, unter denen Leben entstehen könnte. Eine neue Studie unter der Leitung des LMU-Geobiologen Professor William Orsi zeigt nun anhand von Experimenten konkret, dass und wie bestimmte Mikroorganismen dort überleben könnten.

Orsis Team hat dafür im Labor die Bedingungen auf dem Meeresboden von Enceladus nachgebildet und dabei entdeckt, dass sich wasserstoffkonsumierende, methanproduzierende Archaeen an diese unwirtliche Umgebung anpassen können. Bisher hatte man angenommen, dass diese Umgebung tödlich für solche anaeroben Archaeen ist.

Für diesen Nachweis war die Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen notwendig, darunter Geomikrobiologie, Biochemie, Geochemie und planetare Wissenschaft. Die Studie, an der neben der LMU auch die Woods Hole Oceanographic Institution, die Universität Regensburg und die Freie Universität Berlin beteiligt waren, ist kürzlich in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen.

„Enceladus gilt als einer der vielversprechendsten Orte für die Suche nach außerirdischem Leben“, sagt Dr. Vanessa Helmbrecht, Erstautorin der Studie. „Unsere Experimente zeigen, dass seine einzigartige Geochemie Bedingungen schaffen könnte, die für mikrobielles Leben noch günstiger sind, als wir bisher angenommen hatten.“

Simulation eines außerirdischen Meeresbodens

Unter der dicken Eiskruste von Enceladus liegen ein Ozean aus flüssigem Wasser und ein fester Kern. Daten der NASA-Mission Cassini zeigten, dass die Wasserfontänen, die regelmäßig aus dem Eis hervorschießen, molekularen Wasserstoff, Methan und gelöste Minerale enthalten – ein deutlicher Hinweis auf hydrothermale Aktivität auf dem Meeresboden und geochemische Reaktionen zwischen Wasser und Gestein, wo der felsige Kern auf den Ozean trifft.

Die Forschenden nutzten eine spezielle anoxische Kammer, um solche sauerstoffarmen Tiefseeumgebungen – eine Art „Enceladus-Simulation“ – zu schaffen. Die Sauerstoffkonzentration darin war extrem niedrig – etwa 10.000-mal geringer als in der Erdatmosphäre. Unter diesen Bedingungen simulierten die Forschenden mithilfe von Karbonatsalzen eine hypersaline – also extrem salzige – Flüssigkeit, die sowohl den alkalischen Ozean des Mondes als auch seinen felsigen Meeresboden nachbildete.

Anschließend setzten sie Methanothermococcus okinawensis ein, ein wasserstoffkonsumierendes, methanproduzierendes Archaeon, das normalerweise in der Nähe von hydrothermalen Schloten in der Tiefsee auf der Erde lebt. Der Stoffwechselweg, den dieser Einzeller zur Energienutzung verwendet, benötigt lediglich die Gase H₂ und CO₂ und gilt als einer der ursprünglichsten Stoffwechselwege, die heute noch bei Lebewesen auf der Erde vorkommen.

Die Ergebnisse waren verblüffend: Während der Organismus in herkömmlichem Labormedium bei einem pH-Wert von 10 oder 11 nicht wachsen konnte, wuchs er in der Enceladus-Simulation weiter und produzierte Methan unter Verwendung von Wasserstoff, der durch Wasser-Gesteins-Reaktionen erzeugt wurde.

Wie Mikroben den Kohlenstoffmangel überwinden

Eine der größten Herausforderungen für potenzielles Leben auf Enceladus ist die extrem niedrige Kohlendioxidkonzentration, die durch den hohen pH-Wert des Ozeans verursacht wird. Das Team konnte nachweisen, dass sich Methanothermococcus okinawensis an diesen Umstand anpassen und mithilfe seines einzigartigen Stoffwechsels die winzigen Mengen an verfügbarem CO₂ nutzen konnte, um weiter zu wachsen.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Chemie von Enceladus selbst dazu beitragen kann, diese große Hürde zu überwinden“, sagt William Orsi. „Die Wechselwirkung zwischen Gestein und Wasser erzeugt nicht nur Wasserstoff als Energiequelle, sondern schafft auch Bedingungen, die es Mikroben ermöglichen, weiterhin auf Kohlenstoff zuzugreifen, selbst wenn CO₂ extrem knapp ist.“

Weitreichende Auswirkungen auf die Suche nach Leben im All

Die Ergebnisse erweitern das Spektrum der Bedingungen, unter denen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Enceladus als möglicherweise lebensfreundlich betrachten.

„Unsere Studie beweist nicht, dass es Leben auf Enceladus gibt“, so Orsi, „aber sie zeigt, dass wesentliche geochemische Merkmale dort eine der ältesten Stoffwechselformen des Lebens ermöglichen könnten. Damit stärkt sie die wissenschaftlichen Argumente für zukünftige Missionen, bei denen Proben aus den aus dem Mondozean stammenden Fontänen entnommen werden sollen, um darin nach mikrobiellem Leben zu suchen.“

Die ESA hat kürzlich Pläne bekannt gegeben, genau dies mit ihrer nächsten großen Vorzeigemission „L4“ zu tun. Der Start ist derzeit für das Jahr 2042 vorgesehen.

Vanessa Helmbrecht, Frank Postberg, Nozair Khawaja, Robert Reichelt, Frieder Klein, Dina Grohmann & William D. Orsi: Enceladus-like geochemistry fuels methanogenesis under extreme CO2 limitation. Science Advances 2026