Der Leucht-Schwarm im Mittelmeer

Eines der Hauptthemen meines Blogs ist die mögliche Existenz von biolumineszenten Organismen auf Europa. Wie bereits dargestellt, zählt Biolumineszenz zu den besten und allgemeinsten Beispielen von konvergenter Evolution. Biologisches Licht findet man in einzelligen Bakterien, aber auch in mehrzelligen Lebewesen wie Tiefseefischen und Glühwürmchen. Bis zu 90% aller Bewohner unserer Weltmeere sind in der Lage zu leuchten. Biolumineszenz kommt auf der Meeresoberfläche, der mesopelagischen Zone („Zwielicht-Zone“ in 200 – 1000 m Tiefe) und in der eigentlichen Tiefsee vor. In Hinblick auf Europa sind vor allem biolumineszente Phänomene in der Tiefsee von Bedeutung, da auf dem Jupiter-Mond aufgrund der kilometer-dicken Eisschicht ewige Finsternis herrscht. Die meisten Astrobiologen gehen davon aus, dass Leben auf Europa mangels ausreichender Energiequellen wohl im einzelligen Stadium verbleiben würde. Allerdings könnte der gesamte Ozean über die gesamte planetare Geschichte des Mondes hinweg schrittweise mit Sauerstoff angereichert worden sein. Dies ist eine der Grundbedingungen für die Entstehung von Biolumineszenz – und auch für die Entwicklung von komplexem, mehrzelligen Leben. Doch gehen wir hier zunächst von einer konservativen Einschätzung der Bio-Komplexität auf Europa aus: Sauerstoff ist zwar vorhanden, doch der Übergang zur Mehrzelligkeit hat nicht stattgefunden. Was können wir von der Tiefsee-Biolumineszenz auf der Erde über Europas potentiell leuchtende Mikroorganismen lernen?

Aufschluss könnte ein Schwarm biolumineszenter Bakterien in der Tiefe des Mittelmeeres geben. Außerhalb der Küstenregion von Toulon (nahe Marseille) hat das ANTARES Neutrino-Teleskop in den Jahren 2009 und 2010 erhöhte Lichtemissionen aufgefangen. Dabei sei zunächst kurz erläutert, was ein Neutrino-Teleskop ist. Solch ein Gerät dient der Detektion von Neutrinos, bestimmten hoch-energetischen Teilchen, die aus dem Kosmos auf die Erde niederprasseln, aber kaum mit der vorhandenen Materie interagieren. In den seltenen Fällen, wenn solch ein Elementarteilchen doch mit irdischer Materie, beispielsweise einem Wassermolekül, in Wechselwirkung tritt, entsteht ein geladenes Teilchen namens Muon. Dieses ist nun „angestoßen“ worden und bewegt sich. Dabei werden Photonen frei, die durch ANTARES gemessen werden können. Das Teleskop besteht im Grunde aus einer Reihe von zusammengeschalteten Photomultipliern („Photovervielfachern“).

Zwischen 2009 und 2010 stieg die gemessene Lichtintensität vom normalen Hintergrundwert zwischen 40 und 100 kHz auf bis zu 9000 kHz. Die naheliegende Erklärung für diese erhöhten Werte: gestiegene Biolumineszenz-Aktivität in der Nähe der sensitiven Photo-Multiplier. Die Licht-Peaks fielen ebenfalls mit erhöhter Temperatur und Salzkonzentration zusammen. Mehr biologisch produziertes Licht rührt von gesteigerter biologischer Aktivität her.

bioluminesce

Das ANTARES Neutrino-Teleskop im Golfe du Lion nahe Toulon registrierte in den Jahren 2009 und 2010 erhöhte Lichtwerte, die von Schwärmen biolumineszenter Bakterien ausgingen. Credit: http://www.mathildedestelle.com

Diese gesteigerte Aktivität lässt sich wiederum mit Konvektionsströmen im Golfe du Lion erklären.  Nach besonders trocken-kalten Wintern sinkt die Temperatur an der Oberfläche des Golfes. Andererseits steigt der Salzgehalt. Dadurch verändert sich die Dichte der oberen Wasserschichten: Sie wird nämlich höher als diejenige der darunterliegenden Massen. Die Folge: obere Schichten bewegen sich abwärts. Dieser Vorgang ist als Konvektion bekannt. Die Konvektionsströme im Golfe du Lion transportieren Sauerstoff und organische Materie in tiefere Ozeanregionen. Die nährstoffreichen Ströme heizen dann den Stoffwechsel der Tiefsee-Lebewesen an (unter anderem auch den der biolumineszenten Bakterien). Letzlich führen also die Konvektionsströme zu erhöhter biologischer Aktivität und diese schließt das Aussenden von Licht mit ein. Die Mikrobe, die für die Biolumineszenz verantwortlich ist, konnte als Photobacterium phosphoreum ANT-2200 identifiziert werden.

Im Ozean von Europa führen Konvektionsströme theoretisch auch zur Umwälzung höher und tiefer gelegener Wasserschichten und beeinflussen selbst die geologische Aktivität des Eispanzers. Dadurch sollten genau wie auf der Erde Sauerstoff und organische Materie, die am Eis-Wasser-Übergang produziert wird, in tiefere Bereiche transportiert werden. Damit könnten leuchtende Schwärme einzelliger Kleinstlebewesen ein analoges Phänomen auf Europa darstellen. Während es eine technisch fast nicht zu bewältigende Aufgabe bedeutete, ein einzelne Europa-Mikrobe nachzuweisen, ist das biologisch hergestellte Licht eine Biosignatur im Makro-Maßstab. Ein effizienter Photo-Multiplier sollte daher schon jetzt in die Planung zur Instrumentierung eines zukünftigen Hydrobots einbezogen werden. Weitere Forschungsergebnisse aus dem Mittelmeer sind deshalb meiner Meinung nach von höchster Relevanz für die Weltraumforschung.

 

 

Advertisements

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden /  Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden /  Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden /  Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden /  Ändern )

w

Verbinde mit %s