Ist das ein Fossil auf dem Mars? Nicht-biologische Ablagerungen können organische Strukturen nachahmen
Es ist nicht leicht, nach Beweisen für Leben auf dem Mars zu suchen. Wir müssen dort nicht nur irgendwie einen Rover landen, was außerordentlich schwierig ist. Aber der Rover braucht die richtigen Instrumente, und er muss am richtigen Ort suchen. Im Moment hat der Perseverance-Lander diese Kästchen angekreuzt, während er seine Mission in verfolgt Kratersee .
Aber es gibt noch ein weiteres Problem: Es gibt Strukturen, die wie Fossilien aussehen, es aber nicht sind. Viele natürliche chemische Prozesse erzeugen Strukturen, die biologische nachahmen. Wie können wir sie unterscheiden? Wie können wir uns auf diese falsch positiven Ergebnisse vorbereiten?
Wissenschaftler kennen Dutzende von natürlichen Prozessen, die organisch aussehende Strukturen schaffen können. Und wahrscheinlich gibt es noch viele weitere, die noch nicht entdeckt wurden. Einige der mikroskopischen Strukturen sind sehr verführerisch und haben Wissenschaftler schon früher zum Narren gehalten.
In einem neuen Artikel skizzieren zwei Forscher einige der Probleme mit falschen Fossilien bei der Suche nach echten mikroskopischen Fossilien auf dem Mars. Der Artikel trägt den Titel „ Falsche Biosignaturen auf dem Mars: Antizipation von Mehrdeutigkeiten .“ Es ist im Journal of the Geological Society veröffentlicht.
Kein Artikel über falsche Hinweise auf Leben auf dem Mars wäre vollständig, ohne die zu erwähnen Allan Hills 84001 Meteorit, der 1984 in der Antarktis entdeckt wurde. Dieser Mars-Meteorit ist sehr alt – etwa vier Milliarden Jahre alt – und Wissenschaftler glauben, dass der Mars kurzzeitig bewohnbar war.
Die mikroskopischen Strukturen des Allan Hills-Meteoriten haben ein ausgeprägtes biologisches Erscheinungsbild. Sie sind nur 20 – 100 Nanometer lang, was der Größe der theoretischen Nanobakterien entspricht. Sie sind jedoch kleiner als alle bekannten Lebensformen, und seitdem haben Wissenschaftler die Idee, dass Nanobakterien existieren, verworfen.
„Wir haben uns in der Vergangenheit von lebensnachahmenden Prozessen täuschen lassen.“
Dr. Julie Cosmidis, Mitautorin des Artikels, Oxford.
Die Strukturen im Meteoriten erregten einiges Aufsehen, und die Affäre zog sich über einige Jahre hin. Aber schließlich zog die wissenschaftliche Gemeinschaft weiter und erkannte, dass die Morphologie allein nicht verwendet werden kann, um primitives Leben zu entdecken.
Diese elektronenmikroskopische Aufnahme des Allan Hills-Meteoriten zeigt kettenartige Strukturen, die lebenden Organismen ähneln. Bildnachweis: Von der NASA – Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=229231
Die Meteoritenaffäre von Allan Hills ist verblasst, aber sie ist immer noch bedeutsam und eine Art Lehrmoment für uns alle. Fehlstarts, als ob sie die Autoren des neuen Papiers dazu inspiriert hätten, die abiotischen Ursprünge von organisch erscheinenden Strukturen genauer zu untersuchen.
„Wir wurden in der Vergangenheit von lebensnachahmenden Prozessen getäuscht“, sagte die Co-Autorin des Artikels, Dr. Julie Cosmidis, in a Pressemitteilung. „Bei vielen Gelegenheiten wurden Objekte, die wie fossile Mikroben aussahen, in alten Gesteinen auf der Erde und sogar in Meteoriten vom Mars beschrieben, aber nach genauerer Untersuchung stellte sich heraus, dass sie nicht-biologischen Ursprungs waren. Dieser Artikel ist eine warnende Geschichte, in der wir zu weiterer Forschung zu lebensnachahmenden Prozessen im Kontext des Mars aufrufen, damit wir nicht immer wieder in die gleichen Fallen tappen.“
Die Autoren weisen darauf hin, dass alles, was Perseverance auf dem Mars findet, das wie ein Fossil aussieht, wahrscheinlich sehr zweideutige Ursprünge hat. Wenn Beharrlichkeit etwas findet, wird sich die Nachricht von der „Entdeckung“ schnell verbreiten. Aber Vorsicht ist geboten, und im Idealfall werden Wissenschaftler vor allen sich schnell ausbreitenden Schlussfolgerungen über versteinertes Leben auf dem Mars ziehen. Wie können sie das tun?
Cosmidis und ihr Co-Autor Dr. Sean McMahon von der University of Edinburgh sagen, dass eine interdisziplinäre Anstrengung erforderlich ist, um „… mehr Licht darauf zu werfen, wie sich lebensechte Ablagerungen auf dem Mars bilden könnten.“
„Irgendwann wird ein Mars-Rover mit ziemlicher Sicherheit etwas finden, das einem Fossil sehr ähnlich sieht. Daher ist es wichtig, diese sicher von Strukturen und Substanzen unterscheiden zu können, die durch chemische Reaktionen entstehen“, sagte McMahon. „Für jede Art von Fossil gibt es mindestens einen nicht-biologischen Prozess, der sehr ähnliche Dinge hervorbringt.
Diese Bilder sind alles „chemische Gärten“, die biologisch aussehen, aber rein chemischer Natur sind. Chemical Garden Images SM (Teile a–c) oder reproduziert von McMahon (2019) unter Creative Commons License (creativecommons.org/licenses/by/4.0/) (Teil d).
Chemiegärten sind lebensechte Strukturen, die rein durch nicht-biologische chemische Prozesse hergestellt werden. Die Strukturen sind besonders verführerisch, weil viele von ihnen fast identisch mit echten mikroskopischen Fossilien sind. Außerdem können sowohl chemische Gärten als auch tatsächliche Fossilien in den gleichen Gesteinsarten und -altern gefunden werden.
„Viele davon sind wahrscheinlich Fossilien – tatsächlich Fossilien aus einer tiefen Biosphäre, die in magmatischen Gesteinen untergebracht sind, mit besonderer Relevanz für einige Szenarien für das Leben auf dem Mars – aber einige sind es wahrscheinlich nicht und können aus chemischen gartenähnlichen Prozessen und/oder anderen resultieren Arten der Selbstorganisation, die zu filamentösen Kristallen und Aggregaten führen“, schreiben die Autoren.
Carbonat-Silica-Biomorphe sind eine andere Art von abiotischer Struktur, die so aussieht, als ob sie biologischen Ursprungs wären. „Obwohl rein anorganisch, erinnern die geschwungenen und gewundenen Formen der Biomorphe an biologische Objekte wie helikale und segmentierte filamentöse Mikroben, Protisten und sogar Pflanzen und Tiere“, schreiben die Autoren. Sie werden aus Erdalkalimetallen gebildet und sehen erstaunlich organisch aus. Wissenschaftler teilen sie in drei Klassen ein: spiralförmige Filamente, wurmartige Geflechte und blattartige flache Blätter.
Diese Bilder aus dem Artikel zeigen Strukturen, die als Carbonat-Silica-Biomorphe bezeichnet werden und biologisch erscheinen, es aber nicht sind. Das Bild links zeigt Blob-, Blatt- und Helixstrukturen, die alle biologisch erscheinen. Das rechte Bild ist der vergrößerte Bereich im weißen Rechteck links, der einen sich verzweigenden, blühenden Organismus zeigt. Bildquelle: P. Knoll und O. Steinbock (Florida State University)
Dann gibt es Kohlenstoff-Schwefel-Biomorphe . Sie erscheinen auch schockierend biologischen Ursprungs und bilden Kugeln und sowohl gerade als auch spiralförmige Filamente. Die Autoren eines 2016 erschienenen Papiers über Kohlenstoff-Schwefel-Biomorphe sagten: „Die Morphologie und Zusammensetzung dieser Kohlenstoff/Schwefel-Mikrostrukturen ähneln so sehr mikrobiellen zellulären und extrazellulären Strukturen, dass bei der Interpretation mutmaßlicher mikrobieller Biosignaturen im Fossilienbestand neue Vorsicht geboten ist. ”
Kohlenstoff-Schwefel-Biomorphe bilden Netzwerke aus Kugeln und Filamenten, die überzeugend biotischen Ursprungs erscheinen. Bildquelle: Bilder angepasst von Nims et al. (2021) (Teile a und b) oder JC (Teile c und f) und mit freundlicher Genehmigung von
C. Nims (University of Michigan) (Teile d und e).
Die Menschheitsgeschichte ist in gewisser Weise eine lange Geschichte des Missverständnisses der Natur, zumindest bis wir die wissenschaftliche Methode entwickelt haben. Es ist also nicht schockierend, dass wir immer noch damit zu kämpfen haben. In ihrem Fazit weisen die Autoren darauf hin, wie schwer es ist, auf ein Fossil zu schließen.
Die Bilder machen deutlich, dass abiotische Prozesse sehr naturgetreu erscheinende Strukturen hervorbringen können. Aber was den Nachweis noch schwieriger macht, ist, dass diese Biomorphen biotische Strukturen auf andere Weise nachahmen als nur die Morphologie.
„Erstens können abiotische Prozesse nicht nur morphologische Biosignaturen nachahmen, sondern auch chemische/molekulare, mineralogische, isotopische und texturale Biosignaturen; eine kritische Haltung ist in allen Fällen erforderlich und morphologische Daten sind nicht unbedingt weniger zuverlässig als andere mögliche Beweise für das Leben“, erklären sie. Mehrere Beweislinien können also auf biologische Ursprünge hindeuten, wo es keine gibt.
Vielleicht haben wir Glück und der Perseverance-Rover oder eine andere Mission wird unbestreitbare Beweise für das alte Leben auf dem Mars aufdecken. Aber es ist wahrscheinlicher, dass wir mit einer Reihe von falsch positiven Ergebnissen konfrontiert sind. „Da das Leben selbst als Produkt der Selbstorganisation bei abiotischen geochemischen Reaktionen vermutet wird, ist die Komplexität abiotischer Naturstoffe nicht zu unterschätzen“, betonen sie.
Es wurde viel Arbeit in die Untersuchung falscher Biosignaturen gesteckt, und die Autoren glauben, dass mehr erforderlich ist. Laut McMahon und Cosmidis ist mehr interdisziplinäre Arbeit erforderlich. Der Schlüssel besteht darin, einen umfangreichen Datensatz für falsch positive Ergebnisse auf die gleiche Weise aufzubauen, wie wir einen für Biosignaturen erstellt haben. Sie schlagen vor, dass uns Feldexperimente an marsanalogen Orten sowie Laborarbeiten dorthin führen können.
Sie sind zuversichtlich, dass es machbar ist.
„Dennoch sind wir optimistisch, dass das Problem der falschen Biosignaturen nicht unlösbar ist. Je besser diese Phänomene verstanden werden, desto feinfühliger werden wir zwischen wahren Beweisen des Lebens und diesen Betrügern unterscheiden können.“
Mehr:
- Pressemitteilung: Die Suche nach Leben auf dem Mars könnte durch falsche Fossilien in die Irre geführt werden
- Forschungsartikel: Falsche Biosignaturen auf dem Mars: Antizipation von Mehrdeutigkeiten
- Universum heute: Bestätigt. Fossilien, die vor 3,5 Milliarden Jahren entstanden sind, sind wirklich Fossilien. Der älteste bisher gefundene Lebensnachweis