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Ungewöhnliche Minerale und organische Verbindungen in Jezero entdeckt
Die NASA-Rover Perseverance hat in der Bright-Angel-Formation des Jezero-Kraters ein ungewöhnliches Mosaik aus chemischen Signaturen und Mineralen identifiziert, das zu den bislang überzeugendsten potenziellen Biosignaturen auf dem Mars zählen könnte. In den Gesteinen wurden organischer Kohlenstoff zusammen mit Eisen, Schwefel und Phosphor in räumlichen Anordnungen gefunden, die an mikrobiell gesteuerte Redox-Zyklen auf der Erde erinnern. Diese Kombination aus Elementen und ihre Verteilung innerhalb feinkörniger Sedimentbänke geben Hinweise auf Prozesse, die sowohl abiogen als auch biogen interpretiert werden können; die räumliche Nähe von organischem Material und redox-sensitiven Mineralen erhöht jedoch die wissenschaftliche Neugier erheblich. Detaillierte Analysen der Texturen und der chemischen Feinverteilung erlauben es Forschern, Hypothesen zur Bildungsgeschichte dieser Minerale zu entwickeln und anhand von terrestrischen Analogstudien plausiblere Szenarien abzuwägen.
Gesteine in der Bright-Angel-Formation. Der NASA-Marsrover Perseverance nahm dieses Bild mit seiner rechten Mastcam-Z-Kamera auf. Mastcam-Z besteht aus zwei Kameras, die sich hoch auf dem Mast des Rovers befinden und hochauflösende Panoramen sowie stereoskopische Ansichten ermöglichen. Das Bild wurde am 29. Mai 2024 (Sol 1164) um 12:40:40 lokale mittlere Sonnenzeit aufgenommen. Solche Aufnahmen sind wichtig, um Stratigraphie und Texturen im Gelände zu beurteilen und erlauben es Wissenschaftlern, Zielpunkte für chemische Analysen und Probenahme präzise auszuwählen. In Kombination mit topographischen Daten und mineralogischen Messungen helfen diese Bilder, Ablagerungsbedingungen, Schichtneigungen und Erosionsmuster zu rekonstruieren. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU
Feldkontext und Analysemethoden
Die Bright-Angel-Formation liegt im Neretva-Vallis-Kanal innerhalb des Jezero-Kraters und besteht überwiegend aus Tonsteinen und geschichteten Sedimentlagen, die in einst stehenden und fließenden Gewässern abgelagert wurden. Die feinkörnigen Sedimente und die Schichtstrukturen deuten auf ein relativ ruhiges Ablagerungsmilieu hin, in dem Wasser über längere Zeiträume präsent war — ein entscheidender Faktor für die Erhaltung organischer Substanzen und feinkörniger Mineralphasen. Solche Umgebungen können organischen Kohlenstoff gut einschließen und schützen, wodurch selbst schwache biologisch erzeugte Signale erhalten bleiben können, sofern sie nicht später durch Diagenese überprägt wurden.
Perseverance nutzte eine Reihe instrumenteller Methoden an Bord, darunter SHERLOC (ein Raman- und Fluoreszenz-Spektrometer) sowie PIXL (ein Röntgenfluoreszenz-Mikrosonde), um organische Moleküle, elementare Zusammensetzungen und die feinstratigraphische Verteilung von Mineralen kartieren zu können. SHERLOC ermöglicht die Erkennung organischer Bindungsstrukturen auf sehr kleinen Skalen, während PIXL genaue elementare Karten und chemische Konzentrationen liefert. Die Kombination dieser Techniken liefert ein hochauflösendes Bild von molekularen und mineralogischen Mustern und verbessert die Fähigkeit, potenzielle Biosignaturen von rein geochemischen Signalen zu unterscheiden. Ergänzende Instrumente an Bord dokumentieren Kontext, Textur und Makrostruktur der Fundstellen, was wichtig ist, um Probenahmepunkte strategisch auszuwählen.
Der Perseverance-Rover erreichte das Bright-Angel-Gebiet, nachdem er sich durch eine Dünenlandschaft manövrierte und große Felsblöcke umfuhr. Während der Fahrten sammelte das Team Kontextbilder, Höhenmodelle und chemische Messungen, um geologische Karten zu erstellen und Probenstandorte auszuwählen. Der Rover untersucht nun die charakteristischen geologischen Merkmale dieses Gebiets, um die frühzeitigen Umweltbedingungen des Mars besser zu verstehen und Erkenntnisse zu liefern, die für eine künftige bemannte Exploration relevant sind. Präzise Geländeanalyse hilft zudem, mögliche Kontaminationsrisiken zu minimieren, wenn Proben zur Erde zurückgebracht werden, und liefert logistische Informationen für Landungs- und Sammelstrategien zukünftiger Missionen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Mineralische Hinweise und Texturen
Wissenschaftler berichteten über winzige Knötchen und sogenannte „Reaktionsfronten“ — informell als „Mohnsamen“ und „Leopardenflecken“ bezeichnet — die angereichert sind an zwei Schlüsselmineralen: eisen(II)-phosphat, wahrscheinlich Vivianit, und Eisensulfid, wahrscheinlich Greigit (Greigite). Diese Minerale bilden sich auf der Erde häufig bei niedrigen Temperaturen in wassergesättigten Sedimenten und treten bevorzugt in Umgebungen auf, in denen Redoxprozesse ablaufen. Ihre Morphologie, die Größe der Knötchen und die scharfen chemischen Gradienten an den Reaktionsfronten ähneln Strukturen, die in mikrobiellen Reaktionszonen terrestrischer Feinablagerungen beobachtet werden. Solche Texturen können Hinweise darauf geben, ob eine Mineralbildung eher graduell oder episodisch verlief und wie schnell chemische Umwandlungen in den Sedimenten stattgefunden haben.
SHERLOC detektierte ein G-Band-Raman-Feature, das als organischer Kohlenstoff interpretiert wird, wobei die stärksten Signale an einem Ort mit der Bezeichnung „Apollo Temple“ gemessen wurden, wo Vivianit und Greigit gemeinsam vorkommen. Dr. Michael Tice, Geobiologe an der Texas A&M und Hauptautor der in Nature veröffentlichten Studie, bezeichnete die räumliche Koexistenz von organischem Material und redox-empfindlichen Mineralen als „sehr überzeugend“, betonte jedoch gleichzeitig die nötige wissenschaftliche Zurückhaltung: Organische Chemie allein ist kein Beweis für Leben. Vielmehr geht es darum, mehrere unabhängige Linien von Evidenz zusammenzuführen — etwa Isotopenmuster, Mikrotexturen und mineralogische Paragenesen — bevor eine biogene Erklärung als wahrscheinlich gelten kann. Ergänzende Laborversuche und Vergleiche mit irdischen Analoga bleiben entscheidend, um mögliche abiotische Bildungswege systematisch auszuschließen.
Interpretationen, Vorbehalte und nächste Schritte
Die Studie skizziert zwei Hauptszenarien: (1) rein abiotische geochemische Prozesse erzeugten die beobachteten Mineralassemblagen, oder (2) ein mikrobenähnlicher Redoxzyklus beeinflusste die Mineralbildung in einer kalten, wasserreichen Umgebung vor mehr als drei Milliarden Jahren. Viele der abiotischen Eisen-Schwefel-Reaktionen erfordern relativ hohe Temperaturen oder besondere physikalische Bedingungen; die Roverdaten liefern jedoch keine Hinweise darauf, dass diese Gesteine jemals solchen thermischen Belastungen ausgesetzt waren. Das erhöht die Plausibilität von Prozessen, die bei niedrigen Temperaturen in Gegenwart von organischem Material und Wasser ablaufen könnten — und damit auch die Möglichkeit biologisch vermittelte Abläufe in Betracht zu ziehen. Gleichzeitig zeigen experimentelle Arbeiten, dass bestimmte chemische Signaturen auch durch nicht-biologische Mechanismen entstehen können, beispielsweise durch elektochemische Prozesse, Mineral-Redox-Wechsel an Korngrenzen oder durch Reaktionen mit gelösten Sulfiden in sedimentären Umgebungen.
Das Team entnahm eine Kernprobe mit dem Namen „Sapphire Canyon“ und versiegelte sie für eine mögliche Rückführung zur Erde. Die Rückkehr solcher Proben würde Laboranalysen mit deutlich höherer analytischer Empfindlichkeit ermöglichen, darunter hochpräzise Isotopenmessungen, feinmaßstäbliche mineralogische Untersuchungen und die Suche nach möglichen Mikrostrukturen oder Mikrofossilien. Isotopenverhältnisse von Kohlenstoff, Schwefel und Eisen könnten Hinweise auf biologische Fraktionierung liefern, während Elektronenmikroskopie und atomsondenanalytische Methoden winzige Rekordspuren von Biopolymereinlagerungen auflösen könnten. Solche Analysen könnten isotopische Fraktonierungsmuster auflösen, die zwischen biologischen und nicht-biologischen Prozessen unterscheiden helfen, und zusätzlich die Textur und chemische Verteilung in Nanometerauflösung charakterisieren. Zusätzlich müssen bei jeder Stufe des Sample-Return-Prozesses Kontaminationskontrollen, Probenversiegelung und Orbital-Rendezvous-Strategien präzise geplant werden, um die wissenschaftliche Integrität der Analysen zu gewährleisten.
Fazit
Auch wenn die Ergebnisse keine endgültigen Beweise für vergangenes Leben auf dem Mars darstellen, erfüllen die Befunde in der Bright-Angel-Formation die NASA-Kriterien für „potenzielle Biosignaturen“ und priorisieren den Fundort daher für die Diskussionen um eine Rückführung von Proben. Die Rückholung dieser Proben zur detaillierten Analyse auf der Erde bleibt der direkteste Weg, zu klären, ob der Mars einst mikrobielle Ökosysteme beherbergte, die Eisen- und Schwefelchemie ähnlich wie frühe Lebensgemeinschaften auf der Erde nutzten. Neben der Frage nach biologischem Ursprung liefern die Daten auch wertvolle Einblicke in die frühmarianische Umwelt, Diageneseprozesse in feinkörnigen Sedimenten und die Bedingungen, die organische Substanzen konservieren können — Erkenntnisse, die für die Astrobiologie, die Planetologie und die Planung künftiger Explorationen von hoher Bedeutung sind.
Quelle: scitechdaily
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