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Dienstag, 5. April 2011
Extremophile Bakterien: Bioexperiment außerhalb der ISS zurück auf der Erde:


Köln/ Deutschland - Innerhalb eines Langzeitexperiments wurden Sporen des "Bacillus subtilis" 22 Monate lang außerhalb an der Internationalen Raumstation ISS angebracht und vermischt mit künstlichem Meteoritenstaub den harschen Weltraumbedingungen ausgesetzt. Die mittlerweile zurück auf der Erde angelangten Sporen werden derzeit am "Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt" (DLR) untersucht. Hat der Meteoritenstaub die Sporen vor den lebensfeindlichen Weltraumbedingungen geschützt, könnten so auch Mikroorganismen längere Zeit in Meteoriten überleben und von einem Planeten auf andere gelangen.

Im Rahmen des Experiments "SPORES" (Spores in artificial meteorites, Sporen in künstlichen Meteoriten) waren die rund 300 Proben mit Mikroorganismen innerhalb der "EXPOSE-R"-Anlage der "Europäischen Weltraumorganisation" (ESA) seit Experimentbeginn im März 2009 UV- und ionisierender Strahlung, Vakuum, Temperaturschwankungen von minus 20 bis plus 40 Grad Celsius, Schwerelosigkeit und dem Verzicht auf jegliche Nährstoffe ausgesetzt (s. Abb. o.). In den kommenden Monaten werden sie von dem Team um Dr. Gerda Horneck vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin intensiv untersucht.

Die Sporen von "Bacillus subtilis" seien dabei wahre Überlebenskünstler mit einer effektiven Strategie, berichtet das DLR (dlr.de): In einer Art Ruhezustand warten sie ab, bis die Bedingungen wieder günstiger werden, keimen dann erneut aus und nehmen den Stoffwechsel wieder auf. Diese Reaktion wollen die Wissenschaftler jetzt wieder auslösen. "Wir versuchen zunächst, die Sporen mit Nährstoffen wieder zum Leben zu erwecken", erklärt die Astrobiologin Corinna Panitz, die als Wissenschaftlerin an SPORES beteiligt ist. "So kontrollieren wir, wie viele Sporen den Langzeitaufenthalt im Weltraum überlebt haben, wie groß die Schädigung an der DNA ist und welche Schäden vorliegen."

"Bacillus subtilis" ist ein bereits sehr gut erforschter Mikroorganismus, der in Boden, Wasser und Luft verbreitet ist - und aufgrund seiner hohen Widerstandsfähigkeit gegen Vakuum, Strahlung und Temperatur ein guter Kandidat für die potenzielle Reise in einem Meteoriten durchs Weltall sein könnte. In der Versuchsanlage "EXPOSE-R" testeten die Wissenschaftler seine Überlebensfähigkeit unter möglichst verschiedenen Bedingungen. "Mit optischen Filtern und verschiedenen simulierten Meteoritenmaterialien haben wir die Umgebungsbedingungen für die Mikroorganismen unterschiedlich gestaltet", erläutert Panitz.


Der "Bacillus subtilis" | Copyright: Kookaburra / gemeinfrei

Für die Experimente und Analysen wurde ein Teil der Proben im Versuchsträger einer Atmosphäre aus Edelgas ausgesetzt, ein anderer Teil dem Vakuum. Während einige der Glasträger mit jeweils zehn Millionen Sporen nur durch eine acht Millimeter dicke, spezielle, sehr UV-durchlässige Scheibe der UV-Strahlung ausgesetzt waren, erhielten andere eine verminderte Strahlungsdosis durch optische Filterscheiben. Mikroorganismen, die auf den unteren zwei der drei gestapelten Versuchsträger aufgebracht waren, blieben von der extraterrestrischen UV-Strahlung ganz verschont. "Wir haben damit die Sporen einem jeweils unterschiedlichen Strahlenklima ausgesetzt: Die Sporen, die dem gesamten Spektrum ausgesetzt waren, werden vermutlich tot sein, weil die Zellen die vielen erhaltenen Schäden nicht mehr reparieren können", erläutert die Astrobiologin. "Bei geringerer Dosis werden wohl mehr Mikroorganismen ihre Lebensfähigkeit aufrechterhalten haben." Darüber hinaus stellten die Forscher auch unterschiedliche Szenarien mit dem Meteoritenstaub nach - einige Mikroorganismen wurden mit dem Staub bedeckt, andere mit ihm vermischt.

Zeitgleich mit dem Experiment auf der ISS führten die DLR-Forscher das Experiment auf dem Boden in ihrer "Planetary and Space Simulation Facility" durch. In den Vakuumpumpständen in Köln herrschten für die 300 Proben des Bazillus im Meteoritenstaub weitgehend dieselben Bedingungen wie für die Mikroorganismen im Weltall. Temperaturverlauf, Vakuum und Strahlungsintensität werden zum Teil von der ISS gemeldet und dann auch für die heimischen Proben als Umgebung geschaffen. "Wir haben damit hier auf der Erde einen Vergleichsprobensatz", sagt Corinna Panitz. "Bei der ionisierenden Strahlung und der Schwerelosigkeit müssen wir allerdings passen - die gibt es in diesem Ausmaß tatsächlich nur im Weltraum."

Neben den 300 Proben der DLR-Wissenschaftler sind noch etwa weitere 800 Proben aus "EXPOSE-R" mit der Discovery zur Erde zurückgekehrt. Mit Dr. Gerda Horneck als Koordinatorin des "Response of Organisms to Space Environment" (ROSE)-Konsortiums bedeutet das, dass das DLR-Team nicht nur zu Beginn der Mission die gesamte Versuchsanlage vorbereitete, sondern jetzt auch die Proben der anderen beteiligten Wissenschaftler aus aller Welt akribisch zuordnet und diese dann an die Forscher schickt. Dann beginnt die eigentliche Forschungsarbeit: Ein Jahr lang, so schätzen die DLR-Wissenschaftler, wird es dauern, bis alle Proben untersucht und ausgewertet sind. "Bei der Auswertung des Experiments analysieren wir genau, wie viel Schutz das Meteoritenmaterial den Mikroorganismen bieten kann." Die Antwort darauf könnte Aufschluss geben, ob Organismen in einem Meteoriten von einem zum nächsten Planeten gelangen könnten (Stichwort: Panspermie). "Mit den Proben von der ISS können wir die Entstehung, Entwicklung und mögliche Verbreitung des Lebens im Universum besser verstehen: Eine ungeschützte Zelle könnte bei einer langen Reise durchs Weltall die Bedingungen dort niemals überleben - vielleicht wäre das aber eingeschlossen in einen Meteoriten möglich."



Sporen von "Bacillus subtilis" im Versuchsträger "EXPOSE-R" außen an der Internationalen Raumstation ISS | Copyright: NASA