Dennis L.
In uraltem Schlammstein wurde organisches Material erhitzt und analytisch getrennt. Dabei traten lange Kohlenstoffketten bis C12 hervor, die bisher auf Mars fehlten. Die nachgewiesenen Mengen liegen in Größenordnungen von 10^-12 mol und zwingen zu neuen Rechnungen über Abbau durch Strahlung. Entscheidend ist nun, welche Chemie solche Moleküle erzeugen kann und wie sich konkurrierende Erklärungen im Gesteinssignal unterscheiden.
Auf dem Mars gelten organische Moleküle seit Jahren als Schlüsselspur, weil sie anzeigen, ob die Chemie dort einst so weit fortgeschritten war, dass komplexe Kohlenstoffverbindungen entstehen und über geologische Zeiträume erhalten bleiben konnten. „Organisch“ bedeutet dabei nicht automatisch „lebendig“, sondern beschreibt Moleküle mit Kohlenstoffgerüst, die sowohl durch geologische Reaktionen als auch durch Eintrag aus interplanetarem Staub gebildet werden können. Gerade auf einem kalten, trockenen Planeten werden solche Verbindungen jedoch ständig angegriffen: ultraviolette Strahlung, kosmische Teilchen, reaktive Salze und Oxidationsmittel bauen Moleküle ab oder verwandeln sie in schwer interpretierbare Mischungen. Entscheidend sind deshalb Orte, an denen Sedimente abschirmen und Mineraloberflächen Bindungen stabilisieren. Tonminerale und alte Schlammsteine gelten als besonders geeignete Archive, weil sie organisches Material einschließen können, bevor es an der Oberfläche vollständig zerfällt.
Besonders spannend werden lange Molekülketten, wenn sie in uraltem Schlammstein stecken, der einst am Boden eines Sees abgelagert wurde und damit ein Milieu repräsentiert, das Wasser, Mineraloberflächen und kontinuierlichen Stofftransport vereinte. Solche Sedimente können nicht nur einzelne Bausteine konservieren, sondern auch Muster, etwa ob eine Verbindung überwiegend gerade Ketten bildet oder ob viele verzweigte Varianten auftreten. Genau solche Muster sind wichtig, weil viele biochemische Prozesse sehr selektiv arbeiten, während geochemische Synthesen oft breitere Verteilungen erzeugen. Gleichzeitig bleibt jede Interpretation heikel, weil Messungen an Bord eines Rovers nur indirekt auf ursprüngliche Stoffe schließen lassen: Beim Erhitzen können Vorläufer zerfallen, umsortieren oder neu reagieren. Hinweise aus anderen Linien, etwa aus Kohlenstoff-Isotope, zeigen, warum Forscher bei Spurenchemie auf Kombinationen mehrerer Indizien angewiesen sind, statt einzelne Funde isoliert zu bewerten.
Im Zentrum steht ein Bohrkern aus dem Cumberland-Schlammstein, gewonnen im Gale-Krater und im Bordlabor des Curiosity Rover schrittweise erhitzt, ausgasend aufgefangen und anschließend gaschromatographisch getrennt und massenspektrometrisch identifiziert. In den Daten traten n-Alkane wie Decan C10H22, Undecan C11H24 und Dodecan C12H26 hervor, jeweils nur in sehr kleinen Mengen im Bereich von einigen Dutzend Pikomol. Entscheidend ist, dass diese Signale in einer prozeduralen Leerprobe unter denselben Bedingungen ausblieben, was gegen einen einfachen Labor- oder Reagenzienhintergrund spricht. Die technischen Details der Messstrategie, einschließlich Kontrollen und Vergleichsexperimenten mit Tonmineralen, sind in der peer-reviewte Studie zu langkettigen Alkanen 2025 ausführlich beschrieben und zeigen zugleich, dass solche Alkane plausibel als Zerfallsprodukte langkettiger Carbonsäuren entstehen können. Genau dieser Punkt ist zentral, weil Carbonsäuren als Vorläufer chemisch andere Entstehungswege nahelegen als bereits fertige Kohlenwasserstoffe.
Die Entdeckung der größten organischen Moleküle war nur der erste Schritt, denn die Frage nach der Herkunft hängt stark davon ab, wie viel Material ursprünglich im Gestein steckte. Ausgangspunkt sind Konzentrationen der Alkane, die bei der Analyse im Bereich von etwa 30 bis 50 ppb lagen und damit extrem niedrig wirken, aber zugleich in einem alten, gut konservierenden Sediment gefunden wurden. Die Folgestudie verknüpft solche Messwerte mit Laborversuchen zur radiolytischen Zersetzung und mit Modellrechnungen, die die Wirkung ionisierender Strahlung in der oberen Kruste über lange Zeiträume abbilden. Dabei wird ein Zeitraum von rund 80 Millionen Jahren als effektive Exposition diskutiert, der die heutige Restmenge stark reduzieren kann. In diesem Rahmen gewinnen abiotische Prozesse als Erklärung nur dann an Gewicht, wenn sie nicht nur prinzipiell möglich sind, sondern auch die erforderlichen Anfangsmengen und die beobachtete Molekülpalette plausibel liefern.
In der peer-reviewte Modellstudie 2026 zur Herkunft der Alkane wird argumentiert, dass Eintrag aus Staub und Meteoriten oder Ablagerungen aus atmosphärischem Dunst die zurückgerechneten Konzentrationen nur schwer erreichen, selbst wenn man lange Akkumulationszeiten annimmt. Aus den Modellannahmen ergeben sich Größenordnungen, die von ungefähr 120 bis 7700 ppm für die ursprünglich vorhandenen Alkane oder ihre unmittelbaren Vorläufer reichen könnten, wobei die große Spanne die Unsicherheiten der Strahlenchemie und der geologischen Historie widerspiegelt. Damit rücken zwei weitere Szenarien in den Fokus: einerseits der Transport organischer Stoffe aus hydrothermalen Umgebungen, in denen Wasser, Temperaturgradienten und Katalysatoren die Synthese fördern, andererseits eine lokale Anreicherung durch eine hypothetische frühe Biosphäre. Der methodische Kern ist dabei nicht ein einzelner Rechenschritt, sondern die Frage, ob irgendein realistisches Nicht-Leben-Szenario gleichzeitig Anfangsmenge, Molekülmuster und Erhaltung im Tonstein erklären kann.
Der Begriff biologische Aktivität wird in diesem Kontext nicht als Feststellung, sondern als falsifizierbare Hypothese verwendet, die an chemischen Details scheitern oder gewinnen kann. Auf der Erde sind langkettige Carbonsäuren typische Produkte des Lipidstoffwechsels und bilden Bausteine von Membranen, während viele nichtbiologische Synthesen eher kürzere oder stärker gemischte Kettenlängen liefern. Wird bei einer Messung eine Reihe geradkettiger Verbindungen gefunden, ist außerdem relevant, ob die Verteilung der Kettenlängen ein systematisches Muster trägt oder eher einer zufälligen Mischung ähnelt. Gleichzeitig ist Vorsicht nötig, weil thermische Analysen Vorläufer umwandeln können: Carbonsäuren können bei Erhitzung decarboxylieren und so Alkane erzeugen, die im Instrument als scheinbar „fertige“ Kohlenwasserstoffe erscheinen. Genau deshalb ist die mineralogische Einbettung wichtig, denn Tonminerale können sowohl konservieren als auch katalysieren. Eine robuste Bewertung verlangt zudem weitere Marker, etwa isotopische Signaturen oder zusätzliche organische Moleküle, die gemeinsam eine konsistente Entstehungsgeschichte stützen.
Ob die gefundenen Alkane aus Eintrag, Geochemie oder einer früheren Biosphäre stammen, wird sich voraussichtlich nur durch weitere, voneinander unabhängige Messgrößen eingrenzen lassen. Dazu gehören Kartierungen entlang eines Sedimentprofils, um zu prüfen, ob die organischen Signale an bestimmte Schichten, Mineralphasen oder Alterationszonen gekoppelt sind, sowie Experimente, die zeigen, welche Zerfallsprodukte unter marsähnlicher Strahlung in vergleichbaren Tonsteinen entstehen. Ebenso wichtig ist die Suche nach plausiblen chemischen Vorläufern, denn wenn lange Molekülketten tatsächlich aus Carbonsäuren hervorgehen, sollte sich das in Begleitstoffen und Reaktionsprodukten widerspiegeln. Auch Methan bleibt als Kontextgröße interessant, weil kurzlebige Gase und stabile Sedimentarchive unterschiedliche Zeitfenster abdecken und sich in der Interpretation ergänzen können. Langfristig wird die Aussagekraft steigen, wenn mehrere Proben aus unterschiedlichen Tiefen und Umgebungen vergleichbar analysiert werden und wenn sich die Strahlenmodelle durch Labor- und Felddaten weiter einengen lassen.
Proceedings of the National Academy of Sciences, Long-chain alkanes preserved in a Martian mudstone; doi:10.1073/pnas.2420580122
Astrobiology, Does the Measured Abundance Suggest a Biological Origin for the Ancient Alkanes Preserved in a Martian Mudstone?; doi:10.1177/15311074261417879
