Perseverance hat in zwei Tonsteinen der Bright-Angel-Formation komplexen organischen Kohlenstoff nachgewiesen. Besonders ungewöhnlich: Ein Marsstein namens Cheyava Falls lieferte ein Signal direkt von seiner staubfreien natürlichen Oberfläche. Zusammen mit früheren Funden aus dem Gale-Krater sprechen die Messungen dafür, dass organisches Material auf dem frühen Mars weiter verbreitet war. Ob es biologisch entstand, können die Instrumente des Rovers nicht feststellen.
Unter Leitung von Ashley Murphy vom Planetary Science Institute und Kyle Uckert vom Jet Propulsion Laboratory wertete das Team Messungen des Instruments SHERLOC aus. Zu den untersuchten Proben gehörte der Marsstein Cheyava Falls, den Perseverance im Jezero-Krater analysierte. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Science Advances. Sie bestätigen organischen Kohlenstoff in mehreren Marsproben und liefern Hinweise darauf, wie lange solche Stoffe nahe der Oberfläche erhalten bleiben können.
Der Fundort liegt in der Bright-Angel-Formation am Rand des alten Flusstals Neretva Vallis. Wasser und feine Sedimente gelangten dort einst in den Jezero-Krater, lagerten sich ab und verfestigten sich später zu Tonsteinen. Als ungefähr 3,5 Milliarden Jahre alt beschreiben die Autoren die damaligen Seen und Flüsse auf dem Mars. Das genaue relative Alter des untersuchten Aufschlusses ist laut den Autoren allerdings noch nicht gut eingegrenzt.
SHERLOC steht für „Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals“. Am Ende des Roboterarms von Perseverance sitzt das Gerät; es kombiniert ein Spektrometer mit Kameras zur Orientierung. Ein tief ultravioletter Laser beleuchtet eine kleine Stelle des Gesteins, anschließend misst SHERLOC das zurückgestreute Licht. Je nach molekularer Struktur verändert sich das Licht auf charakteristische Weise. Wissenschaftler können aus diesem Raman-Spektrum ableiten, welche Mineral- und Kohlenstoffsignaturen vorhanden sind.
Der Laser arbeitet mit einer Wellenlänge von 248,6 Nanometern und regt damit das untersuchte Material an. Anders als eine Laboranalyse muss SHERLOC dafür keine Probe entnehmen oder das Gestein berühren. Neben natürlichen Oberflächen untersucht SHERLOC auch Stellen, an denen der Rover zuvor eine dünne Schicht abgeschliffen hat. So lässt sich vergleichen, welche Signale außen und im freigelegten Inneren eines Steins auftreten. Für die Untersuchung in Bright Angel sammelte SHERLOC insgesamt 18 Spektralkarten mit 1.800 Einzelspektren an vier Messstellen auf drei Gesteinen.
In den Messdaten fanden die Forscher Hunderte organische Detektionen. Nach Einschätzung der Autoren ist dies der bislang robusteste Nachweis organischer Stoffe im Jezero-Krater. Nach ihrer Kenntnis ist es außerdem der erste Nachweis von makromolekularem Kohlenstoff auf einer natürlichen, lediglich von Staub befreiten Marsgesteinsoberfläche. Ausschlaggebend war eine breite Raman-Bande nahe 1.600 cm⁻¹, die sogenannte G-Bande. Sie passt zu einem Netzwerk aus miteinander verknüpften Kohlenstoffatomen.
Makromolekularer Kohlenstoff besteht aus großen, vernetzten Strukturen und ist in Gesteinen sowie Meteoriten bekannt. Er ist vergleichsweise schwer chemisch oder thermisch abzubauen und löst sich nicht einfach in Wasser. Der Begriff beschreibt zunächst die Struktur des Materials, nicht seine Herkunft. Gerade deshalb verwenden die Autoren den Begriff MMC und vermeiden damit Wörter wie Kerogen, die häufig bereits eine biologische Entstehung nahelegen.
Die Kohlenstoffsignale lagen nicht überall in derselben mineralischen Umgebung. Bei der Messstelle Apollo Temple, einer abgeschliffenen Fläche auf dem Gestein Cheyava Falls, waren besonders starke Signale mit Karbonat- und Sulfatmineralen verbunden. Diese Minerale entstanden nach der Ablagerung des ursprünglichen Sediments durch spätere Veränderungen mit Wasser. Dieser Zusammenhang spricht dafür, dass organisches Material auch bei solchen nachträglichen Prozessen in das Gestein gelangt sein könnte.
Anders sah es bei Walhalla Glades aus, einer weiteren abgeschliffenen Gesteinsfläche. Dort trat die G-Bande vor allem in der helleren Grundmasse auf, die von den ursprünglichen Silikatmineralen geprägt ist. Eine solche Verteilung passt eher dazu, dass organisches Material bereits im Sediment vorhanden war oder während dessen Ablagerung in den Schlamm gelangte. Zusammengenommen liefern die beiden mineralischen Zusammenhänge Hinweise auf mindestens zwei mögliche Zeitfenster, in denen Kohlenstoff in die Gesteine eingebaut worden sein könnte.
An der natürlichen Oberfläche von Cheyava Falls ergänzt die Messung dieses Bild, lässt sich aber nicht so eindeutig einem einzelnen Mineral zuordnen. Weil die Körner des Tonsteins sehr fein sind, liegen sie teilweise unterhalb der Bildauflösung von SHERLOC. Hinzu kam, dass das Instrument bei dieser Messung nicht optimal fokussiert war und das Raman-Signal dadurch schwächer ausfiel. Eine Zuordnung des Kohlenstoffs zu den auffälligen hellen Flecken oder einer bestimmten sichtbaren Struktur ist deshalb nicht möglich.
Auch die Reihenfolge der geologischen Veränderungen bleibt offen. Flüssigkeiten könnten organisches Material in die ursprüngliche Silikatmatrix transportiert haben. Spätere Lösungen könnten es erneut mobilisiert und zusammen mit Karbonaten oder Sulfaten abgelagert haben. Ebenso ist denkbar, dass mehrere Prozesse gleichzeitig oder in anderer Reihenfolge wirkten. Solche räumlichen Verbindungen mit Mineralen grenzen die Möglichkeiten ein, identifizieren aber noch keine eindeutige Entstehungsgeschichte.
Besonders bemerkenswert ist die Messung direkt an der staubfreien natürlichen Oberfläche von Cheyava Falls. Laut Studie ist dies der flachste Nachweis makromolekularen Kohlenstoffs, der bislang auf dem Mars gelungen ist. Die Mitteilung des Planetary Science Institute beschreibt das Material als nur wenige Mikrometer unter der Oberfläche erhalten. Im Fachartikel wird die Tiefenangabe vorsichtiger eingeordnet: Die Eindringtiefe des Raman-Signals hängt vom untersuchten Material ab und kann in Laboranaloga mehr als 500 Mikrometer erreichen, während die meisten gestreuten Photonen aus geringeren Tiefen stammen.
Gerade die Nähe zur Oberfläche macht den Fund überraschend. Marsgestein ist über lange Zeit energiereicher Strahlung aus dem All und ultraviolettem Sonnenlicht ausgesetzt. Hinzu kommen chemische Oxidantien, also reaktionsfreudige Stoffe, die organische Verbindungen verändern oder zerstören können. Geladene Teilchen können mehrere Meter tief in den Untergrund eindringen; UV-Licht wirkt vor allem in den obersten Millimetern. Organisches Material an einer ungeschützten Oberfläche müsste diesen Einflüssen besonders lange standhalten.
Zur Erklärung der Erhaltung nennen die Autoren mehrere Möglichkeiten. Eisenreicher Staub oder eine frühere Deckschicht aus Marsboden könnte die Strahlung teilweise abgeschirmt haben. Auch Tonminerale können organische Moleküle in ihren Zwischenschichten einschließen und dadurch schützen. Schließlich könnte die makromolekulare Struktur selbst widerstandsfähiger sein als kleinere, leichter abbaubare organische Moleküle. Auch eine relativ junge Freilegung durch Wind und Erosion wäre denkbar.
Welche Erklärung tatsächlich zutrifft, lässt sich derzeit nicht entscheiden. Dafür fehlen genaue Angaben zum Alter des Aufschlusses, zur Ablagerungszeit des Kohlenstoffs und dazu, wie dick die schützende Staub- oder Bodenschicht im Verlauf der geologischen Geschichte war. Auch die Strahlungsbelastung über diesen Zeitraum ist nicht rekonstruierbar. Als plausibel gelten dem Team sowohl eine hohe Widerstandsfähigkeit des Materials als auch ein zeitweiser Schutz durch Minerale oder Boden.
Damit erweitert der Fund die geografische Verteilung bekannter organischer Stoffe auf dem Mars. Zwischen Jezero und Gale liegen mehr als 3.500 Kilometer; in Gale hatte der NASA-Rover Curiosity bereits organische Verbindungen in Sedimentgesteinen nachgewiesen. Curiosity nutzte dafür andere Analyseverfahren, darunter Messungen mit seinem Labor für Probenanalyse. Perseverance liefert nun eine unabhängige Bestätigung aus einer anderen Region und mit einer räumlich aufgelösten Raman-Methode. Frühere Messungen von Curiosity zu komplexen organischen Molekülen auf dem Mars bilden dafür einen wichtigen Vergleich.
Beide Fundregionen waren in der Frühzeit des Planeten von Wasser geprägt. Im Jezero-Krater mündete ein Flusssystem in einen See; in Gale untersuchte Curiosity ebenfalls alte Sedimente, die in einer wasserreichen Umgebung entstanden. Organische Stoffe könnten mit dem Wasser transportiert, in feinen Ablagerungen eingeschlossen oder später durch chemische Reaktionen verändert worden sein. Dass ähnliche Stoffe in weit voneinander entfernten Regionen vorkommen, macht eine größere Verbreitung auf dem frühen Mars plausibel. Es beweist aber nicht, dass jeder See oder jedes Flusstal organischen Kohlenstoff enthielt.
Für die zeitliche Einordnung ist eine Einschränkung wichtig. Zwar spricht die Studie von Seen und Flüssen vor ungefähr 3,5 Milliarden Jahren, doch das relative Alter der Bright-Angel-Aufschlüsse innerhalb des Jezero-Kraters ist laut Autoren nicht ausreichend bestimmt. Damit beschreibt die Zahl den geologischen Zeitraum der alten Marslandschaften und nicht eine exakt gemessene Datierung des einzelnen Steins Cheyava Falls. Frühere Untersuchungen zu langen Kohlenstoffketten in Marsgestein zeigen ebenfalls, wie unterschiedlich organische Signale ausfallen können und wie schwierig ihre Herkunft zu bestimmen ist.
Organische Stoffe gelten als wichtige Bausteine des Lebens, können aber auch ohne Lebewesen entstehen. Kohlenstoffhaltiger Staub aus dem All und Meteoriten können organisches Material auf die Marsoberfläche bringen. Zusätzlich können geologische Reaktionen im Gestein selbst solche Verbindungen erzeugen, etwa wenn Wasser mit bestimmten Mineralen reagiert. Eine dritte Möglichkeit ist die Bildung durch biologische Prozesse. Mit den Messungen in Bright Angel bleiben diese Herkunftswege offen.
Raman-Spektroskopie erkennt charakteristische Schwingungen chemischer Bindungen, kann aber nicht feststellen, ob Mikroorganismen die gemessenen Kohlenstoffstrukturen einst gebildet haben. Fossile Zellen oder andere eindeutige Lebensreste weist die Methode ebenfalls nicht nach. Aus den Spektren allein lässt sich deshalb keine biologische Herkunft ableiten, betonen die Autoren. Für die Astrobiologie ist der Fund interessant, weil komplexer Kohlenstoff in einem alten Flusssystem vorhanden und nahe der Oberfläche erhalten blieb.
Cheyava Falls stand bereits wegen seiner hellen Flecken mit dunklen Rändern im Mittelpunkt der Marsforschung. NASA hatte diese sogenannten Leopardenflecken 2025 als mögliche Biosignatur beschrieben, weil die dort gefundenen Minerale auf chemische Reaktionen hindeuten, die auf der Erde auch mit mikrobiellem Stoffwechsel verbunden sind. Gleichzeitig betonte die Behörde, dass auch nichtbiologische Erklärungen möglich bleiben. Der aktuelle Nachweis makromolekularen Kohlenstoffs ist ein zusätzlicher Befund am selben Gestein, aber kein nachträglicher Beweis für die biologische Deutung der Flecken. Die frühere NASA-Mitteilung zu den möglichen Biosignaturen beschreibt diese andere Beweislinie.
Für eine belastbare Herkunftsbestimmung wären Untersuchungen in irdischen Laboren nötig. Dort könnten empfindlichere Instrumente die Zusammensetzung, Struktur und Verteilung des Kohlenstoffs mit höherer Auflösung messen. Perseverance hat aus Cheyava Falls bereits einen Bohrkern entnommen, der als Probe Sapphire Canyon bezeichnet wird. Sollte dieses Material eines Tages zur Erde gelangen, könnten Forscher prüfen, welche organischen Bestandteile erhalten sind und wie sie mit den umgebenden Mineralen verbunden sind.
Mit ihren Bordgeräten können die Rover solche Laboranalysen nicht ersetzen. Sie sind für die Untersuchung vieler Gesteine direkt auf dem Mars ausgelegt, nicht für eine vollständige chemische Charakterisierung jeder Probe. Deshalb bleibt die genaue Herkunft des Kohlenstoffs vorerst offen. Weitere Messungen an anderen Aufschlüssen der Bright-Angel-Formation können zeigen, wie weit sich das Muster innerhalb des Jezero-Kraters erstreckt und ob die Verbindung zu primären Silikaten sowie späteren Karbonat- und Sulfatmineralen auch an anderen Stellen auftritt.
Ashley E. Murphy et al., „Spatially distributed complex organic matter detected in an ancient river valley in Jezero crater, Mars“, Science Advances 12 (26), 2026; doi:10.1126/sciadv.adx0047
Planetary Science Institute, „What new analyses reveal about the Bright Angel formation on Mars“
NASA, „NASA Says Mars Rover Discovered Potential Biosignature Last Year“
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