Wachstum von Mikroorganismen in einem Marsregolith-Simulans bei verringerter Wasseraktivität

Warum trockener Marsboden trotzdem Leben beherbergen könnte

Wenn wir uns Leben auf dem Mars vorstellen, denken wir häufig an fließende Flüsse oder vergrabene Ozeane. Der heutige Rote Planet ist an der Oberfläche jedoch knochentrocken, und flüssiges Wasser ist größtenteils ausgeschlossen. Diese Studie stellt eine auf den ersten Blick einfache, aber folgenreiche Frage: Könnten widerstandsfähige Mikroben in Mars-ähnlichem Boden dennoch langsam wachsen, allein mithilfe von Feuchtigkeit aus der Luft? Indem sie Wüstenmikroben der Erde in einem realistischen Marsboden-Nachbau testen, untersuchen die Forschenden, wie wenig Wasser Leben zum Überdauern braucht — und was das für die Suche nach Leben auf dem Mars und den Schutz vor unserer eigenen Kontamination bedeutet.

Testen von Leben in künstlichem Marsboden

Um dies zu erforschen, verwendete das Team ein kommerziell erhältliches Substrat namens Mojave Mars Simulant 2 (MMS-2). Es besteht aus zerkleinertem basaltischem Gestein gemischt mit geringen Mengen Calciumsulfat und anderen Oxiden, um Martianischen Regolith nachzuahmen. Dieses Simulans enthält bereits eine natürliche Gemeinschaft von Wüstenmikroben. Die Forschenden erhitzten den Boden zunächst, um nachweisbare DNA zu entfernen und die meisten Zellen in einen Überlebenszustand zu versetzen, ähnlich dem, was in harschen planetaren Umgebungen passieren könnte. Anschließend platzierten sie 1 Gramm dieses Bodens in eine spezielle zweigeteilte Petrischale: Eine Seite enthielt den Boden, die andere reines Wasser oder salzhaltige Lösungen, die steuerten, wie viel Wasserdampf den versiegelten Luftraum darüber ausfüllte. Über Wochen konnte nur Wasserdampf — nicht flüssiges Wasser — den Boden erreichen, was nachbildet, wie echter Marsboden mit seiner dünnen, trockenen Atmosphäre interagiert.

Wachstum messen durch Wiegen genetischen Materials

Standardmethoden der Mikrobiologie beruhen oft auf trüben Flüssigkulturen oder Kolonien auf Agarplatten, Verfahren, die bei undurchsichtigem Gestein und Boden schlecht funktionieren. Stattdessen verfolgte das Team Wachstum, indem es direkt die Gesamtmasse an DNA aus dem Boden zu verschiedenen Zeitpunkten extrahierte und maß. Sie validierten diesen Ansatz zunächst mit dem bekannten Bakterium Bacillus subtilis in Flüssigkultur. DNA-Messungen stimmten eng mit traditionellen Wachstumskurven überein, die auf optischer Dichte und Koloniezählungen basieren, und bestätigten, dass zunehmende DNAMasse zuverlässig für mikrobielle Replikation steht. Mit diesem Vertrauen wandten sie sich dem marsähnlichen Boden zu und verfolgten, wie sich die DNA-Mengen über die Zeit unter unterschiedlichen Trockenheitsgraden, der sogenannten Wasseraktivität, veränderten.

Mikroben an die Trockenheitsgrenze treiben

Wasseraktivität (aw) beschreibt, wie viel „freies“ Wasser für Leben verfügbar ist, auf einer Skala von 0 (knochentrocken) bis 1 (reines flüssiges Wasser). Die meisten Erdenmikroben hören bei aw-Werten deutlich über 0,9 auf, sich gut zu vermehren; die niedrigste bestätigte Grenze für Leben in speziellen zuckerhaltigen Flüssigkeiten liegt bei etwa 0,585. In dieser Studie inkubierten die Forschenden das Mars-Simulans bei aw-Werten von 1,0, 0,75, 0,65, 0,34 und einem extrem trockenen 0,12, jeweils bei 30 °C und erdähnlichem Druck. Bei höheren Wasseraktivitäten stieg die DNA im Boden schnell an, erreichte innerhalb von 15–20 Tagen ein Maximum und fiel dann wieder ab, als Nährstoffe knapp wurden oder Zellen abstarben. Mit zunehmender Trockenheit verlangsamte sich das Wachstum dramatisch: Bei aw 0,34 dauerte es etwa 30 Tage, um ein wesentlich kleineres DNAMaximum zu erreichen, das grob dreimal niedriger war als bei aw 1,0. Bei aw 0,12 stieg die DNA über 60 Tage hinweg nie über nachweisbare Werte an. Statistische Tests bestätigten, dass der moderate DNA-Anstieg bei aw 0,34 real war und nicht nur experimentelles Rauschen.

Salze, eingeweichter Boden und winzige, gestresste Zellen

Das Team untersuchte außerdem, was passiert, wenn Magnesiumsulfat, ein Salz mit starker Wasseranziehung, dem Simulans zugesetzt wird. Mit nur 5 % dieses Salzes nach Gewicht nahm der Boden aus der Luft bis zu die Hälfte seines Eigengewichts an Wasser auf und blieb sichtbar feucht, stabilisierte sich bei etwa aw 0,96. Überraschenderweise dauerte es selbst in diesem feuchteren Zustand rund 40–45 Tage, bis die DNA-Werte ihren Höhepunkt erreichten, und die Gesamt-DNA war geringer als im einfachen Simulans bei aw 1,0. Mikroskopische Aufnahmen gefärbter Zellen zeigten, dass mit sinkender Wasseraktivität die Zellen seltener und oft kleiner wurden, besonders bei aw 0,34 und im magnesiumsulfatreichen Boden. Dies deutet darauf hin, dass nicht nur die Wassermenge, sondern auch spezifische Salze und die Bodenchemie stark beeinflussen, wie gut Mikroben in solch harschen, salzigen und alkalischen Umgebungen überleben und sich teilen können.

Was das für den Mars und für uns bedeutet

Die Studie zeigt, dass natürlich vorkommende Wüstenmikroben, die in gesteinsähnlichem Boden leben, langsam DNA akkumulieren können, was mit begrenztem Wachstum vereinbar ist — selbst bei Wasseraktivitäten von etwa 0,34, also deutlich trockener als die klassischen Grenzen, die in einfachen Laborflüssigkeiten ermittelt wurden. Obwohl die Experimente bei angenehmen irdischen Temperaturen und Drücken durchgeführt wurden, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass gesteinsgebundenes Leben auf dem Mars möglicherweise vorübergehende atmosphärische Feuchtigkeit anzapfen könnte, um in kleinen geschützten Nischen zu persistieren. Für Planetenwissenschaftler erweitert dies die Bandbreite der als „bewohnbar“ betrachteten Bedingungen auf trockenen Welten und stärkt das Argument für sorgfältigen Planetenschutz. Wenn unsere eigenen Mikroben unter so trockenen, marsähnlichen Luftfeuchten überdauern und gelegentlich reproduzieren können, müssen zukünftige Missionen so gestaltet werden, dass sie nicht versehentlich andere Planeten mit irdischem Leben besiedeln, bevor wir die Chance hatten festzustellen, ob dort bereits fremdes Leben existiert.

Zitation: Raghavendra, J.B., Zorzano, M. & Martin‑Torres, J. Growth of microorganisms in a Martian regolith simulant at reduced water activity. Sci Rep 16, 7499 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35595-2

Schlüsselwörter: Bewohnbarkeit des Mars, Wasseraktivität, Marsregolith-Simulans, Wüstenmikrobiome, Astrobiologie