Wie groß sind die Chancen, außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem zu finden? Eine gerade in Science Advances erschienene Studie unter Leitung des Planetologen der Freien Universität Berlin, Prof. Dr. Frank Postberg, zeigt, dass sich die Bestandteile des unter einer Eiskruste verborgenen Ozean des Saturnmondes Enceladus leichter nachweisen lassen, als bislang gedacht. Zeitgleich veröffentlicht das renommierte Fachmagazin eine weitere Studie mit Beteiligung von Frank Postberg und dem FU-Weltraumforscher Dr. Nozair Khawaja, die nahe legt, dass bestimmte Mikroorganismen mit den Bedingungen in Ozean des Enceladus besser zurechtkommen könnten als angenommen, was die Chancen erhöht, Spuren des Lebens auf dem Saturnmond zu finden.

Warum Enceladus für die Suche nach Leben im All so interessant ist

Enceladus gilt als einer der vielversprechendsten Orte für die Suche nach außerirdischem Leben in unserem Sonnensystem. Unter seiner dicken Eiskruste verbirgt sich ein globaler Ozean aus flüssigem Wasser, darunter liegt ein Gesteinskern. Aus Rissen in der Eiskruste am Südpol schießen gewaltige, vom Ozean gespeiste Fontänen aus Wasserdampf und winzigen Eispartikeln mehrere hundert Kilometer weit ins All.

Die NASA-Raumsonde Cassini durchflog diese Fontänen mehrfach und analysierte ihre Zusammensetzung. Der Enceladus-Ozean ist damit das einzige außerirdische „Gewässer“, von dem bislang Material direkt untersucht werden konnte. Nachgewiesen wurden unter anderem Salze und organische Verbindungen. Frühere Cassini-Analysen lieferten zudem Hinweise auf hydrothermale Prozesse am Meeresboden und weitere wichtige Voraussetzungen für lebensfreundliche Bedingungen.

Enceladus Eisvulkane trennen und „sortieren“ die Bestandteile seines Ozeans

Die neue Studie "Cassini CDA observes compositional segregation of Enceladus’ ice grains from slow freezing and fragmentation of oceanic spray" von Postberg und seinem internationalen Team liefert nun überraschende Erkenntnisse darüber, was mit dem Ozeanwasser auf seinem Weg ins All geschieht. Mithilfe von Cassini-Daten, jahrelangen Laborexperimenten und theoretischen Modellierungen konnten die Forschenden diesen Prozess rekonstruieren.

Durch platzende Gasblasen an der Ozeanoberfläche entstehen kleine Tröpfchen. Sie werden von Wasserdampf durch Spalten in der Eiskruste Richtung Weltall getragen. Anders als bislang angenommen, gefrieren sie nicht schlagartig, sondern langsam. Dabei trennen sich ihre Bestandteile (auch zuvor gelöste) voneinander: Salze und organische Stoffe sammeln sich an unterschiedlichen Stellen im gefrierenden Tröpfchen. Auch werden z.B. zuvor gelöste Salzarten wie Natriumchlorid (Kochsalz) und Natriumkarbonate voneinander getrennt.

Auf dem Weg nach oben beschleunigen die gefrorenen Tröpfchen auf Geschwindigkeiten von bis zu 1000 km/h. Stoßen sie gegen die Wände der Eisspalten, zerbrechen sie in nur wenige Mikrometer große Fragmente bevor sie in All hinausschießen. Viele dieser Eispartikel enthalten dadurch überwiegend eine einzige der zuvor abgetrennten Substanzen – diese jedoch in stark erhöhter Konzentration.

„Enceladus übernimmt damit gewissermaßen einen Teil der Probenvorbereitung, für die wir in einem chemischen Labor auf der Erde erheblichen Aufwand betreiben würden“, sagt Studienleiter Frank Postberg. „Die Bestandteile des Ozeans werden voneinander getrennt und zugleich in einzelnen Eispartikeln stark angereichert.“

Mögliche Spuren von Leben leichter zu finden

Dieser Mechanismus ist bei der Untersuchung von Enceladus‘ Eisfontänen nicht nur für die Charakterisierung des Ozeans als möglichen Lebensraum hilfreich, sondern auch besonders interessant für die Suche nach Biosignaturen, also messbaren Hinweisen auf Leben. Befände sich mikrobielles Material in einem Ozeantröpfchen, könnte es beim Gefrieren von anderen Bestandteilen getrennt werden. Nach dem Zerbrechen wäre es möglicherweise nur in wenigen Eispartikeln enthalten – dort jedoch vergleichsweise rein und in hoher Konzentration.

„Für die Suche nach Leben ist das eine gute Nachricht“, sagt Postberg. „Künftige Raumsonden müssten zwar beim Durchflug durch Enceladus‘ Eisfontänen viele einzelne Eispartikel untersuchen. Träfen sie aber auf eines mit mikrobiellem Material, könnten sich Biosignaturen darin mit bereits verfügbarer Messtechnik besonders gut erkennen lassen.“

Der Befund könnte für künftige Weltraum-Missionen zu Enceladus, wie die derzeit in Planung befindliche „L4“ Mission der ESA, von großer Bedeutung sein, die dort gezielt nach Spuren von Leben suchen soll. Bereits frühere Laborstudien der Forschergruppe von Frank Postberg an der Freien Universität Berlin haben gezeigt, dass sich Zellmaterial in einzelnen ausgestoßenen Eispartikeln mit geeigneten Instrumenten grundsätzlich nachweisen ließe.

Aber könnte Leben auf Enceladus überhaupt existieren?

Auch dazu gibt es neue Erkenntnisse: Zeitgleich erschien in dem hochrangigen Fachmagazin eine weitere Arbeit mit dem Titel "Enceladus-like geochemistry fuels methanogenesis under extreme CO₂-limitation" unter Leitung von Forschenden der LMU und mit Beteiligung von Frank Postberg und Dr. Nozair Khawaja von der Freien Universität Berlin. Die Forschenden stellten dafür im Labor die nahezu sauerstofffreie, stark alkalische (pH-Werte 10 – 11) und karbonathaltige Umgebung des Enceladus-Ozeans und deren hydrothermale Wechselwirkung mit dem Gestein des Ozenabodens nach. Anschließend setzten sie den Mikroorganismus Methanothermococcus okinawensis diesen Bedingungen aus. Er gehört zu den methanbildenden Archaeen – Einzellern, die auf der Erde etwa an heißen Tiefseequellen vorkommen. Sie kommen ohne den auf Enceladus raren Sauerstoff aus und benötigen für ihren Energiestoffwechsel Wasserstoff und Kohlendioxid.

Das überraschende Ergebnis: In einem normalerweise für die Mikroorganismen optimalen Nährmedium konnten sie bei den für Enceladus ermittelten hohen pH-Werten nicht überleben, da es an gelöstem Kohlendioxid fehlt. Unter den im Labor nachgebildeten Enceladus-Bedingungen vermehrten sie sich dagegen trotz der für sie eigentlich viel zu hohen pH-Werte weiter. Sie nutzten den auf Enceladus durch die Gesteinswechselwirkung generierten Wasserstoff als Energiequelle und produzierten Methan. Selbst mit den sehr geringen Mengen Kohlendioxid kamen sie zurecht, da die speziellen Bedingungen auf Enceladus zu einer überraschenden Anpassung ihres Stoffwechsels führten. „Damit haben wir wirklich nicht gerechnet“, so Dr. Khawaja, „Es war ein Experiment bei dem wir einen solchen Erfolg für unwahrscheinlich gehalten haben.“

Zusammen zeichnen die beiden eben erschienenen Science Advances-Studien damit ein neues Bild: „Auf Enceladus könnten die besonderen geochemischen Eigenschaften auch bei hohen pH-Werten einen der ältesten bekannten irdischen Stoffwechselwege des Lebens ermöglichen. Das heißt bei weitem nicht, dass es dort tatsächlich Leben gibt“, betont Frank Postberg „aber falls doch, so zeigt unsere erste Studie, dass künftige Raumsonden nun gute Chancen haben könnten, in einigen ausgestoßenen Eispartikeln seine Spuren zu entdecken“.

FU-Forschung zu Entstehung von Leben im All

Unter welchen Voraussetzungen Planeten oder Monden, geeignete Bedingungen zur Entstehung oder Entwicklung von Leben bieten, ist ein Schwerpunkt der Planetenforschung an der Freien Universität Berlin. Seit Juli 2026 fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) dazu den Sonderforschungsbereich „SFB 1759: Planetary Habitability as a Fundamental Planetary Process“ unter Leitung der FU-Planetenforscherin Prof. Dr. Lena Noack mit Prof. Dr. Frank Postberg als Stellvertreter. In den kommenden Jahren wird der Verbund unter anderem Prozesse untersuchen, die Leben im All ermöglichen könnten und dazu auch Enceladus und andere Himmelskörper innerhalb und außerhalb unseres Sonnensystems erforschen.

Weitere Informationen

Publikationen
• Frank Postberg et al.: „Cassini CDA observes compositional segregation of Enceladus’ ice grains from slow freezing and fragmentation of oceanic spray“. Science Advances, https://www.science.org/doi/10.1226/sciadv.aee7256

• Vanessa Helmbrecht, Frank Postberg, Nozair Khawaja et al.: „Enceladus-like geochemistry fuels methanogenesis under extreme CO₂-limitation“. Science Advances, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aei0167
• Website zum SFB 1759: https://www.ewi-psy.fu-berlin.de/psychologie/arbeitsbereiche/methoden_und_evalua...