Das mysteriöse Methan existiert im Meeresboden, im Permafrost und sogar auf anderen Planeten?

Die Untersuchung des Methans der Erde könnte die Suche nach außerirdischem Leben in unserem Sonnensystem unterstützen

Methanhydrate könnten auf den Monden des Saturn und des Jupiter vorkommen und glücklicherweise gibt es sie auch auf der Erde.

In Sedimenten entlang der Küste Oregons wurden Methanhydrate gefunden. Ein deutsches Forschungsschiff entdeckte das Hydrat in der Oberflächenschicht des Meeresbodens, etwa 4.000 Fuß unter der Meeresoberfläche.

(Bildquelle: Wusel007 via Wikimedia Commons)

Auf der Erde sind große Mengen Methan in weißen, käfigartigen chemischen Strukturen gefangen. Diese Ablagerungen kommen vor allem in extrem tiefliegenden Permafrostböden und auf dem Meeresboden vor. Der entscheidende Punkt ist jedoch, dass diese Materialien nicht nur auf der Erde vorkommen. Ähnliche Ablagerungen gibt es im gesamten Sonnensystem, von den Planeten und ihren Monden bis hin zu vorbeirasenden Kometen. Obwohl Wissenschaftler davon ausgehen, dass diese Sedimente letztlich die Zusammensetzung der Ozeane und Atmosphären dieser Welten beeinflussen, bleibt die Frage, ob sie aus biologischen Prozessen stammen, eine offene Frage. Viele Experten haben sich schon lange gefragt, wie diese Methankäfige unter den Bedingungen des hohen Meerwasserdrucks stabil bleiben.

Nun hat ein Forscherteam ein Methanvorkommen vom Meeresboden vor der Küste Oregons extrahiert und dabei ein völlig neues Protein entdeckt, das offenbar eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung der Sedimentstruktur spielt.

„Wir wollten verstehen, wie diese Formationen auf dem Meeresboden stabil bleiben und welche Mechanismen zu ihrer Stabilität beitragen“, sagte Jennifer Glass, Professorin an der School of Earth and Atmospheric Sciences des Georgia Institute of Technology und Co-Autorin der neuen Studie, in einer Erklärung. „Das ist etwas, was noch niemand zuvor getan hat.“

Auf der Erde bilden sich feste, eisartige Ablagerungen, sogenannte Methanclathrate, wenn Mikroorganismen im Meerwasser organische Stoffe wie Planktonreste in Methan umwandeln. Mit der Zeit verwandeln sich diese Sedimente in Gas und steigen nach oben. Während dieses Prozesses begannen verschiedene Organismen, sich vom Methan zu ernähren. Schließlich wird die Chemikalie in die Atmosphäre freigesetzt. Doch in Regionen wie der Arktis, wo sich die Gewässer schneller erwärmen als irgendwo sonst auf der Erde, entweichen große Mengen Methan aus den Ozeanen, bevor die Lebewesen es aufnehmen können.

„Diese tiefen Mikroben tragen Gene, die sich von denen auf der Erdoberfläche unterscheiden“, sagte Glass, der die Forschung mit Unterstützung des Astrobiologieprogramms der NASA begann. „Dieses Projekt gibt uns die Möglichkeit, Überlebensstrategien unter extremen Bedingungen aufzudecken, die Rolle von Mikroben bei der Methanproduktion in Hydratvorkommen zu verstehen und unsere Forschungskapazitäten zu erweitern.“

Um Methanhydrate besser zu verstehen, identifizierten die Forscher in der neuen Studie die Gene für die in den Sedimenten vorhandenen Proteine. Zur weiteren Analyse wurden die Proteine ​​im Labor erneut synthetisiert. Um die Proteine ​​zu testen, erzeugte das Team im Labor auch Methanhydrate, indem es den hohen Druck und die niedrigen Temperaturen nachstellte, die auf dem Meeresboden herrschen. Der neuen Studie zufolge wurde eine einzigartige Druckkammer, die die Bedingungen am Meeresboden nachahmt, von Grund auf neu gebaut und verwendet, um zu messen, wie viel Gas das Clathrat in einer bestimmten Zeit verbraucht, was hilft zu verstehen, wie schnell es sich bildet.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Klasse von Proteinen namens „bakterielle Einschlusskomplex-Bindungsproteine“ das Wachstum von Einschlusskomplexen beeinflusst, indem sie direkt mit der Struktur des Einschlusskomplexes interagiert. Proteine ​​mit Frostschutzeigenschaften, die Fischen beispielsweise beim Überleben bei kühleren Temperaturen helfen, stabilisieren die Käfigstruktur des Einschlusskomplexes, sagten die Wissenschaftler.

„Wir hatten großes Glück, dass dies funktioniert hat, denn obwohl wir diese Proteine ​​aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit Frostschutzproteinen ausgewählt haben, sind sie völlig unterschiedlich“, sagte Abigail Johnson, eine Postdoktorandin an der University of Georgia, die in ihrem Labor die Methanclathrate für die neue Studie herstellte, kürzlich in einer Erklärung. „Sie erfüllen in der Natur ähnliche Funktionen, werden aber von völlig unterschiedlichen biologischen Systemen erfüllt. Ich glaube, das ist es, was die Leute so begeistert.“

An anderen Orten im Sonnensystem haben frühere Studien darauf hingewiesen, dass Methan auf dem Mars aus hydrothermalen Reaktionen stammt.

Auf Titan, dem größten Mond des Saturn, gehen Wissenschaftler davon aus, dass das Gas aus den Bausteinen des frühen Sonnensystems stammt. Auch auf dem Saturnmond Enceladus und dem Jupitermond Europa, die als die besten Orte für die Suche nach Leben gelten, wird angenommen, dass sie Methanhydrate enthalten.

Die Ergebnisse der neuen Studie legen nahe, dass Mikroben, falls sie auf anderen Welten existieren, möglicherweise ähnliche Moleküle produzieren könnten, um Methanhydrate zu erzeugen und zu stabilisieren, was wiederum die Zusammensetzung des Meerwassers und der Atmosphäre auf diesen Welten beeinflussen könnte.

Um außerirdisches Leben zu finden, müssen wir also möglicherweise der Spur der Methanhydrate folgen.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Augustausgabe 2023 der Zeitschrift PNAS Nexus veröffentlicht.

VON: Sharmila Kuthunur

FY: Kontinent

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