Ein Bakterium wäre vermutlich überzeugend. Ein sich bewegender Mikroorganismus unter einem Mikroskop noch mehr. Vielleicht eine Zelle, die sich teilt, Stoffe aufnimmt und dabei Moleküle produziert, die sich eindeutig von gewöhnlicher Marschemie unterscheiden. So stellt man sich den endgültigen Beweis für Leben auf dem Mars gerne vor. In Wirklichkeit könnte die Entdeckung sehr viel schwieriger werden. Denn die wahrscheinlichste Form marsianischen Lebens wäre kein Tier, keine Pflanze und vermutlich nicht einmal ein Organismus, der sich nach Milliarden Jahren noch vollständig erhalten hat. Gesucht werden vielmehr winzige chemische, mineralische oder strukturelle Spuren, die aus einer Zeit stammen könnten, als der Mars noch Seen, Flüsse und lebensfreundlichere Umgebungen besaß.

Genau darin liegt das Problem. Fast alles, was Leben hinterlassen kann, kann unter bestimmten Bedingungen auch ohne Leben entstehen. Organische Moleküle sind kein Beweis. Wasser ist kein Beweis. Selbst Strukturen, die wie versteinerte Mikroorganismen aussehen, können geologischen Ursprungs sein. Deshalb würde die Wissenschaft einen spektakulären Marsfund nicht anhand eines einzigen Merkmals beurteilen. Der überzeugende Nachweis müsste wahrscheinlich aus mehreren voneinander unabhängigen Spuren bestehen, die gemeinsam immer schwerer ohne Biologie zu erklären wären.

Ein Marsbakterium wäre der einfachste Fall – theoretisch

Am eindeutigsten wäre die Entdeckung noch lebender Organismen. Würde eine Sonde beispielsweise unter der Oberfläche eine mikroskopische Struktur finden, die aus einer Zellmembran besteht, Energie umsetzt, chemische Stoffe aufnimmt, Abfallprodukte ausscheidet und sich reproduziert, wäre die Lage vergleichsweise eindeutig. Mehrere typische Eigenschaften des Lebens würden gleichzeitig beobachtet.

Doch selbst dann hätte die Wissenschaft zunächst ein Problem: Woher kommt der Organismus?

Seit Jahrzehnten landen Raumfahrzeuge auf dem Mars. Obwohl sie unter strengen Reinheits- und Planetary-Protection-Vorgaben gebaut werden, ist eine vollkommen keimfreie Raumsonde praktisch kaum herzustellen. Die internationale Raumfahrt nimmt deshalb die sogenannte Vorwärtskontamination sehr ernst. Ein auf dem Mars gefundenes Bakterium müsste nicht nur als Lebewesen erkannt werden. Es müsste außerdem gezeigt werden, dass es nicht von der Erde eingeschleppt wurde.

Gerade ein Organismus, der bekannten irdischen Bakterien stark ähnelt, würde deshalb zunächst Misstrauen auslösen. Wissenschaftler müssten untersuchen, ob seine Biochemie zu einer bekannten irdischen Abstammungslinie gehört, ob vergleichbare Mikroben in Reinräumen oder während der Fertigung der Mission vorkamen und ob eine Kontamination der Probe ausgeschlossen werden kann.

Die sensationelle Meldung „Bakterium auf dem Mars entdeckt“ wäre daher möglicherweise erst der Anfang einer jahrelangen Überprüfung.

Ein Fossil müsste mehr sein als etwas, das wie ein Fossil aussieht

Noch wahrscheinlicher als lebendes Marsleben erscheint vielen Forschern die Möglichkeit, Spuren längst ausgestorbener Mikroorganismen zu finden. Der frühe Mars besaß vor Milliarden Jahren wesentlich günstigere Bedingungen als heute. Sollte dort Leben entstanden sein, könnte davon nur noch ein geologisches Archiv übrig geblieben sein.

Ein Fossil wäre deshalb ein außergewöhnlicher Fund. Aber auch hier reicht die Form allein nicht.

Wie vorsichtig Wissenschaftler geworden sind, zeigt ein berühmter Marsmeteorit. ALH84001 wurde in der Antarktis gefunden und stammt nach geochemischen Untersuchungen vom Mars. 1996 sorgte er weltweit für Aufsehen, weil Forscher mehrere Merkmale beschrieben, die ihrer Ansicht nach gemeinsam auf früheres mikrobielles Leben hindeuten könnten. Dazu gehörten winzige Strukturen, organische Stoffe und bestimmte Mineralbildungen.

Für kurze Zeit schien die Menschheit vielleicht tatsächlich fossile Spuren außerirdischen Lebens in der Hand zu halten.

Doch die Interpretation erwies sich als umstritten. Einzelne Strukturen waren extrem klein und konnten auch ohne biologische Prozesse erklärt werden. Die Mineralien waren ebenfalls nicht eindeutig. Die entscheidende Lektion aus ALH84001 war deshalb weniger die Entdeckung von Marsleben als die Erkenntnis, wie gefährlich es sein kann, eine ungewöhnliche Form vorschnell als Fossil zu interpretieren.

Ein zukünftiges Mikrofossil vom Mars müsste daher mehr besitzen als die äußere Ähnlichkeit mit einer Zelle. Seine Form müsste mit der Chemie des Materials zusammenpassen. Organische Stoffe müssten räumlich sinnvoll mit der Struktur verbunden sein. Mineralien und Isotope müssten dieselbe Geschichte erzählen. Je mehr voneinander unabhängige Hinweise übereinstimmen, desto schwieriger würde eine rein geologische Erklärung.

Organische Moleküle sind wichtig – aber noch kein Leben

Die Entdeckung organischer Stoffe auf dem Mars war ein bedeutender Schritt. Curiosity hat gezeigt, dass kohlenstoffhaltige Moleküle über enorme Zeiträume im Marsgestein erhalten bleiben können. Neuere Analysen haben zudem immer komplexere organische Verbindungen sichtbar gemacht.

Doch Kohlenstoffchemie gehört nicht ausschließlich dem Leben.

Organische Moleküle entstehen auch im Weltraum, kommen in Meteoriten vor und können durch nichtbiologische chemische Reaktionen gebildet werden. Würde man lediglich eine Aminosäure auf dem Mars finden, wäre das daher noch kein Beweis für einen Organismus.

Interessanter würde es bei bestimmten Verteilungen und Kombinationen. Leben ist chemisch ausgesprochen wählerisch. Irdische Organismen verwenden beispielsweise bestimmte Molekülformen bevorzugt und produzieren Stoffe in charakteristischen Mustern. Solche Muster könnten Hinweise liefern, dass nicht bloß zufällige Chemie am Werk war.

Besonders spannend wäre deshalb eine komplexe organische Zusammensetzung, die unter den bekannten Bedingungen des Mars nur sehr schwer abiotisch hergestellt werden könnte. Auch dann müsste zunächst geprüft werden, ob unbekannte geologische oder chemische Prozesse eine Erklärung liefern.

Der Fund würde stärker. Bewiesen wäre Leben noch immer nicht.

Isotope könnten eine zweite Spur liefern

Atome eines Elements können unterschiedliche Mengen an Neutronen besitzen. Diese Varianten werden Isotope genannt. Für die Suche nach früherem Leben sind ihre Verhältnisse besonders interessant, weil biologische Prozesse häufig bestimmte Isotope bevorzugen.

Auf der Erde hinterlässt Stoffwechsel dadurch messbare Veränderungen. Kohlenstoff, Schwefel, Stickstoff oder andere Elemente können Isotopenmuster aufweisen, die mit biologischen Vorgängen vereinbar sind.

Fände man in einem Marsgestein organische Stoffe und gleichzeitig ein auffälliges Isotopenverhältnis, wäre das deutlich interessanter als jeder Befund für sich allein. Doch auch Isotopenverschiebungen können durch nichtbiologische Vorgänge entstehen.

Das zeigt das Grundprinzip der gesamten Suche: Ein einzelnes Indiz bleibt angreifbar. Erst eine übereinstimmende Beweiskette wird wirklich stark.

Stoffwechsel wäre ein gewaltiger Schritt

Bei lebendem Marsleben könnte die Wissenschaft nach etwas suchen, das bei Fossilien naturgemäß fehlt: Aktivität.

Ein Organismus muss Energie gewinnen und seine innere Ordnung erhalten. Dafür laufen chemische Reaktionen ab. Auf der Erde entstehen dabei charakteristische Stoffwechselprodukte. Genau nach einem solchen Prozess suchte bereits Viking 1976 mit seinem Labeled-Release-Experiment.

Ein modernes Experiment könnte wesentlich weiter gehen. Eine Probe aus einer geschützten Marsregion könnte unter kontrollierten Bedingungen beobachtet werden. Verändert sich ihre chemische Zusammensetzung? Werden bestimmte Stoffe aufgenommen und andere abgegeben? Reagiert dieser Vorgang auf Temperatur, Wasser oder Nährstoffe? Lässt er sich stoppen und wieder aktivieren?

Würde dabei wiederholt ein komplexer Prozess auftreten, der sich wie biologischer Stoffwechsel verhält und für den keine bekannte chemische Erklärung genügt, wäre das ein außergewöhnlich starkes Indiz.

Noch überzeugender wäre es, gleichzeitig zellähnliche Strukturen und passende organische Moleküle zu finden.

Und wenn man DNA findet?

DNA wäre für die Öffentlichkeit vermutlich der spektakulärste denkbare Nachweis. Fände man eindeutig marsianische DNA oder einen vergleichbaren Informationsträger, wäre die Vorstellung von Leben kaum noch zu vermeiden.

Doch auch hier müsste zuerst die Kontaminationsfrage beantwortet werden.

DNA ist überall dort vorhanden, wo Menschen und irdische Organismen arbeiten. Schon kleinste Verunreinigungen könnten ein empfindliches Experiment täuschen. Eine DNA-Sequenz, die fast genau einem bekannten irdischen Bakterium entspricht, wäre deshalb möglicherweise eher ein Hinweis auf Kontamination als auf Marsleben.

Wirklich außergewöhnlich wäre ein genetisches System, das eindeutig nicht aus der bekannten irdischen Biosphäre stammt. Vielleicht würde marsianisches Leben ebenfalls DNA verwenden. Vielleicht hätte es aber eine vollkommen andere Chemie entwickelt.

Gerade diese zweite Möglichkeit macht die Suche schwierig. Instrumente, die ausschließlich nach den Molekülen irdischen Lebens suchen, könnten ein fremdes biologisches System übersehen. Astrobiologen beschäftigen sich deshalb zunehmend mit sogenannten agnostischen Biosignaturen – Merkmalen, die Leben anzeigen könnten, ohne vorauszusetzen, dass es exakt nach dem chemischen Bauplan der Erde funktioniert.

Der überzeugendste Fund wäre wahrscheinlich eine Kombination

Stellen wir uns vor, eine zukünftige Mission bohrt zwei Meter tief in ein altes Sediment, das seit Milliarden Jahren vor einem großen Teil der Strahlung geschützt war. In einer Probe entdeckt sie mikroskopische Strukturen mit regelmäßigen Zellformen. Genau innerhalb dieser Strukturen befinden sich komplexe organische Moleküle. Ihre Verteilung unterscheidet sich deutlich vom umgebenden Gestein. Bestimmte Kohlenstoff- und Schwefelisotope zeigen auffällige Muster. Die Mineralien unmittelbar um die Strukturen passen zu chemischen Reaktionen, die von Mikroorganismen hervorgerufen werden könnten. Gleichzeitig lassen sich die beobachteten Merkmale durch bekannte nichtbiologische Prozesse nur schwer gemeinsam erklären.

Das wäre noch kein Marsmännchen unter dem Mikroskop.

Aber es wäre eine sehr starke Beweiskette.

Genau deshalb sucht die moderne Astrobiologie nicht nach dem einen magischen Molekül. Forschende betrachten Morphologie, Mineralogie, organische Chemie, Isotope und geologischen Kontext gemeinsam. Ein möglicher biologischer Befund wird umso überzeugender, je mehr unabhängige Beobachtungen auf dieselbe Erklärung hinauslaufen.

Warum der Fundort ebenso wichtig wäre wie der Fund

Ein ungewöhnliches Molekül mitten in jungem Vulkangestein erzählt eine andere Geschichte als dasselbe Molekül in feinen Sedimentschichten eines ehemaligen Sees. Deshalb ist der geologische Zusammenhang entscheidend.

Auf der Erde werden biologische Spuren besonders gut in bestimmten Sedimenten und Mineralien konserviert. Tonminerale können organisches Material schützen. Ablagerungen ehemaliger Seen können über lange Zeit chemische und strukturelle Informationen bewahren. Auch hydrothermale Systeme gelten als interessante Orte für Leben und dessen Spuren.

Deshalb fahren Rover nicht einfach zufällig über den Mars und analysieren den nächsten Stein. Die Auswahl geeigneter Regionen ist Teil der Lebenssuche.

Der Jezero-Krater wurde unter anderem deshalb für Perseverance gewählt, weil dort ein altes Flussdelta und frühere Seesedimente vorhanden sind. Der europäische Rover Rosalind Franklin soll einen anderen entscheidenden Vorteil besitzen: Sein Bohrer ist dafür ausgelegt, Material aus bis zu etwa zwei Metern Tiefe zu gewinnen. Dort könnten organische Stoffe wesentlich besser vor der zerstörerischen Strahlung an der Oberfläche geschützt sein.

Der beste Lebensdetektor hilft wenig, wenn er an der falschen Stelle sucht.

Eine Marsprobe auf der Erde könnte den Unterschied machen

Rover müssen klein, robust und weitgehend autonom arbeiten. Ihre Instrumente sind bemerkenswert leistungsfähig, bleiben aber gegenüber einem modernen irdischen Labor eingeschränkt. Eine zurückgebrachte Marsprobe könnte dagegen nacheinander mit unterschiedlichen Mikroskopen, Massenspektrometern und chemischen Verfahren untersucht werden. Neue Methoden, die beim Start der Mission noch gar nicht existierten, könnten Jahre oder Jahrzehnte später ebenfalls eingesetzt werden.

Genau deshalb gilt die Untersuchung sorgfältig ausgewählter Marsproben auf der Erde als besonders wertvoll.

Sie bringt allerdings eine weitere Schwierigkeit mit sich. Eine Probe, in der tatsächlich Leben vorhanden sein könnte, dürfte nicht einfach geöffnet und im Labor verteilt werden. Internationale Planetary-Protection-Regeln sehen für Material aus möglicherweise bewohnbaren Welten besondere Sicherheitsmaßnahmen vor. Einerseits muss verhindert werden, dass potenzielles außerirdisches Material unkontrolliert in die irdische Biosphäre gelangt. Andererseits muss die Probe vor irdischen Mikroorganismen geschützt werden, die eine Lebenssuche verfälschen könnten.

Das Labor müsste also gleichzeitig die Erde vor der Probe und die Probe vor der Erde schützen.

Die Wissenschaft müsste versuchen, den eigenen Fund zu widerlegen

Vielleicht ist das die ungewöhnlichste Voraussetzung für einen echten Lebensnachweis. Ein überzeugender Marsfund müsste nicht nur bestätigt werden. Wissenschaftler müssten aktiv versuchen, ihn kaputtzuerklären.

Kann Wärme dasselbe Muster erzeugen? Strahlung? Wasser-Gesteins-Reaktionen? Meteoritenmaterial? Elektrochemie? Kristallwachstum? Kontamination von der Erde?

Jede plausible Alternative müsste geprüft werden.

Das ist der Grund, warum vermeintlich spektakuläre Hinweise manchmal über Jahre schwächer werden. Wissenschaft funktioniert hier nicht dadurch, möglichst schnell die aufregendste Erklärung zu akzeptieren, sondern indem andere Erklärungen systematisch ausgeschieden werden.

Die Geschichte von ALH84001 hat gezeigt, wie wichtig das ist. Cheyava Falls zeigt es erneut. Ungewöhnliche Mineralien und organische Verbindungen können ausgesprochen interessant sein, ohne bereits Leben zu bedeuten.

Eine wirklich überzeugende Entdeckung müsste solche Prüfungen überstehen.

Wann dürfte man schließlich sagen: Auf dem Mars gab es Leben?

Eine weltweit verbindliche Checkliste mit einem einzigen Wert, ab dem offiziell „Leben bewiesen“ ist, gibt es nicht. Ein Fund würde von Wissenschaftlern unterschiedlicher Fachrichtungen geprüft werden: Biologen, Geochemiker, Geologen, Mikrobiologen, Astrobiologen und Spezialisten für die jeweiligen Analyseverfahren.

Besonders überzeugend wäre eine Probe, in der mehrere biologische Merkmale räumlich und chemisch miteinander verbunden auftreten und bei der bekannte nichtbiologische Erklärungen zunehmend unwahrscheinlich werden. Noch stärker würde der Befund, wenn unabhängige Labore mit unterschiedlichen Methoden dasselbe Ergebnis erhalten.

Die allerstärkste denkbare Entdeckung wäre gegenwärtiges Leben mit beobachtbarem Stoffwechsel, Fortpflanzung und einem Informationssystem, dessen marsianischer Ursprung zweifelsfrei geklärt werden kann.

Für ausgestorbenes Leben wird der Nachweis schwieriger sein. Vielleicht wird es niemals das einzelne Fossil geben, bei dessen Anblick sofort jede Diskussion endet. Möglicherweise entsteht der Beweis vielmehr aus einem Gesteinsstück, in dem Form, organische Chemie, Isotope, Mineralien und geologischer Zusammenhang gemeinsam eine biologische Vergangenheit erzählen.

Und dann müsste noch eine letzte Frage beantwortet werden.

Ist dieses Leben wirklich unabhängig auf dem Mars entstanden?

Erde und Mars haben im jungen Sonnensystem durch große Einschläge Gesteinsmaterial miteinander ausgetauscht. Marsmeteoriten liegen heute auf der Erde. In der umgekehrten Richtung konnte ebenfalls Material transportiert worden sein. Sollte eines Tages marsianisches Leben entdeckt werden und sollte es der irdischen Biochemie überraschend ähnlich sein, müsste deshalb geklärt werden, ob beide Lebensformen möglicherweise einen gemeinsamen Ursprung besitzen.

Ein vollkommen anderes biologisches System wäre wissenschaftlich noch weitreichender. Es würde zeigen, dass Leben im Sonnensystem mindestens zweimal unabhängig entstanden ist. Dann wäre Mars nicht nur ein zweiter bewohnter Planet gewesen. Er wäre der Beweis dafür, dass die Entstehung von Leben kein einmaliges Ereignis auf der Erde sein muss.

Bis dahin bleibt die wissenschaftliche Grenze streng. Wasser reicht nicht. Organische Moleküle reichen nicht. Ein ungewöhnliches Mineral reicht nicht. Ein vermeintliches Mikrofossil reicht nicht. Selbst eine mögliche Biosignatur reicht nicht.

Der Beweis beginnt dort, wo mehrere unabhängige Spuren dieselbe Geschichte erzählen und andere Erklärungen immer unwahrscheinlicher werden.

Vielleicht liegt genau deshalb die größte Entdeckung der Marsforschung eines Tages nicht darin, etwas Spektakuläres zu sehen. Vielleicht steckt sie in einem winzigen Stück Gestein, dessen Chemie irgendwann keine vernünftige andere Erklärung mehr zulässt.

Quellen
▪︎ European Space Agency (ESA) – Habitability on Early Mars and the Search for Biosignatures
▪︎ European Space Agency (ESA) – ExoMars Rosalind Franklin Mission und wissenschaftliche Ziele
▪︎ European Space Agency (ESA) – Planetary Protection und Rückführung von Marsproben
▪︎ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine – An Astrobiology Science Strategy for the Search for Life in the Universe
▪︎ Nature Communications – An organics-forward approach to searching for life on Mars
▪︎ Nature Astronomy – The intricate path to life identification
▪︎ Scientific Reports – Fingerprinting molecular and isotopic biosignatures on Mars analogue materials
▪︎ Nature Communications – Untersuchungen zur Nachweisbarkeit von Leben unter marsähnlichen Bedingungen in der Atacama-Wüste
▪︎ Science – Untersuchungen und wissenschaftliche Debatte um den Marsmeteoriten ALH84001
▪︎ International Journal of Astrobiology – Mars: New Insights and Unresolved Questions
▪︎ COSPAR – Panel on Planetary Protection und Planetary Protection Policy
▪︎ NASA Astrobiology – Strategien zur Suche nach Biosignaturen und außerirdischem Leben
▪︎ NASA Mars 2020 – Perseverance, Probensammlung und Astrobiologie