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Forschung hautnah

Der Marsianer

Luft, Treibstoff und Medikamente – was wäre, wenn sich all dies auf dem Mars produzieren ließe? Ein Tropfen Blaualgen, von der Erde mitgebracht und auf dem Mars vermehrt, könnte dafür genügen, sagt der Astrobiologe Cyprien Verseux. Sich selbst versorgende Marsmissionen würden so möglich.

  • vom 
  • Text: Jan Berndorff
Astronaut in einer Vulkanlandschaft

Fast sieht es nach experimenteller Kochkunst aus, woran Cyprien Verseux arbeitet. Atmos, kurz für Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems, heißt der blecherne Kubus auf dem Labortisch. Etwa einen Kubikmeter ist er groß, oben ragen neun gläserne Gefäße aus ihm heraus, aus deren Deckeln Leitungen zu Gasflaschen führen. Wer in die etwa einen Liter fassenden Gefäße hineinblickt, sieht eine transparente, grünliche Flüssigkeit.

Saturn-ähnliches Dekortationsbild

CYPRIEN VERSEUX

Der französische Astrobiologe Dr. Cyprien Verseux forscht derzeit als Humboldt-Forschungsstipendiat am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen.

Bei Twitter berichtet Verseux mehr als 12 000 Follower*innen von seiner Forschung. Über seine Zeit bei einer Marssimulation auf Hawaii und auf einer Forschungsstation in der Antarktis hat er gebloggt und Bücher veröffentlicht.

Humboldt-Forschungsstipendium
Twitter: @CyprienVerseux

Doch Cyprien Verseux ist Astrobiologe, kein Koch. Woran er arbeitet, sind keine futuristischen Speisen, sondern Experimente im Dienste der Raumfahrt. Am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen bereitet der Franzose Marsmissionen mit Besatzung vor, die Raumfahrtagenturen wie die NASA in 15 bis 20 Jahren durchführen wollen. Hier geht es nicht um Weltraumwettrennen wie sie sich zuletzt Multimilliardäre wie Jeff Bezos, Richard Branson oder Elon Musk leisteten. Bei den geplanten Marsmissionen der großen Raumfahrtagenturen geht es um Grundlagenforschung: Sie sollen endgültig klären, ob es auf dem Mars womöglich auch Leben gibt – selbst wenn es nur Mikroben tief im Boden sind. Außerdem will man mehr über die Entstehungsgeschichte des Sonnensystems und des Lebens auf der Erde erfahren.

Daran arbeitet auch Verseux als Humboldt-Forschungsstipendiat in Bremen. Hat sein Projekt Erfolg, würde dies die Versorgung der Astronaut*innen auf ihrer Mission erheblich erleichtern. Auch mit Nahrung – aber nicht nur.

Woher kommt die Luft zum Atmen?

Neben Nährstoffen geht es um Medikamente, Treibstoff und nicht zuletzt das Wichtigste: die Luft zum Atmen. Atmos, der Blechkubus in Verseux’ Labor, ist ein atmosphärengesteuerter Unterdruck-Fotobioreaktor. In der Flüssigkeit schwimmen winzige grüne Bakterien, aus denen sich all das womöglich produzieren lässt. Verseux erforscht, wie sich diese Mikroorganismen auf dem Mars am besten vermehren. „Wenn sie halten, was sie versprechen, reicht es, einen Tropfen mit zum Mars zu nehmen“, sagt er. „Dort lassen sie sich so schnell kultivieren, dass man in relativ kurzer Zeit ein ganzes Schwimmbecken mit ihnen füllen könnte. Und dann könnten sich die Astronaut*innen komplett selbst versorgen.“

Porträt von Cyprien Verseux im Labor

Entdeckungsreisen, das Weltall und die Biologie haben den 31-Jährigen schon als Kind fasziniert. Mit seinen Eltern war er häufig zum Zelten draußen in der Natur. In klaren Nächten erklärte der Vater seinem Sohn den Sternenhimmel. „Ich fragte mich, ob es auf anderen Planeten ebenfalls Leben gibt. Und nahm mir vor, danach zu suchen.“ Verseux wurde allerdings schnell klar, wie schwer es ist, Astronaut zu werden. Er studierte Biologie, um dem Lebensaspekt des Themas auf den Grund zu gehen.

Er spezialisierte sich auf Astrobiologie, also die Lehre von den Bedingungen und möglichen Formen des Lebens im Weltall. Seine Doktorarbeit trug bei zum BIOMEXExperiment: Zwischen 2014 und 2016 wurden Hunderte Proben verschiedener Bakterien, Algen, Flechten und Pilze an Bord der Internationalen Raumstation ISS Weltraumund Marsbedingungen ausgesetzt. Unter den robustesten Mikroorganismen waren die Bakterien, mit denen Verseux sich beschäftigte: Cyanobakterien, deren Gattung Anabaena jetzt auch in den Atmos-Gefäßen in Bremen schwimmt.

Bekannt sind Cyanobakterien vor allem als Blaualgen, die im Sommer gern mal Badeseen umkippen lassen. Bei ihrem Stoffwechsel fallen diverse Toxine an. Kommen Blaualgen in zu hoher Konzentration vor, töten sie das Leben im See ab. Doch die Substanzen lassen sich auch sinnvoll nutzen, als Wirkstoffe für Medikamente etwa. Sie enthalten zudem Proteine und Vitamine. Und weil sie dem Boden weitere Nährstoffe entziehen, die sie wieder abgeben, könnten sie auf dem Mars als Substrat für den Pflanzenanbau verwendet werden. Noch dazu betreiben Cyanobakterien Fotosynthese: Sie binden Kohlendioxid aus der Luft und geben dafür Sauerstoff ab – diese Eigenschaft ist auf dem Mars Gold wert. Dort ist Sauerstoff, den man dringend für Treibstoffe und Atemluft benötigt, extrem rar. Die Luft besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid und einem kleinen Teil Stickstoff.

Hoffnungsträger Blaualgen

Cyanobakterien sind also ein großer Hoffnungsträger der Raumfahrt. Und Verseux‘ Experimente bestätigen das: „Es war bereits klar, dass wir Cyanobakterien mit den Stoffen, die uns auf dem Mars zur Verfügung stehen, kultivieren können. Doch jetzt erkennen wir: Das geht viel leichter als gedacht! Wir müssen die atmosphärischen Bedingungen auf dem Mars nur wenig verändern, damit die Kultur gut gedeiht.“ Im Atmos-Reaktor in Bremen können die Forscher*innen Druck, Temperatur, Licht und die Zusammensetzung der Luft beliebig ändern und den Bakteriengehalt testen. „Wir suchen den besten Kompromiss zwischen den Voraussetzungen, die die Marsatmosphäre bietet, und denen, die Bakterien optimal wachsen lassen“, sagt Verseux. Es müssen nur der Druck etwas erhöht und das Verhältnis von Stickstoff und Kohlendioxid leicht angepasst werden. Insgesamt ist der Aufwand nicht größer als in einem Gewächshaus auf der Erde.

Bioreaktor mit Bakterien
Wie ein Gewächshaus auf der Erde: Im Bioreaktor wachsen Bakterien unter ähnlichen Bedingungen wie auf dem Mars.

Doch bei dieser Erkenntnis belässt es Verseux nicht. Jetzt will er mithilfe der Cyanobakterien auch ein bioregeneratives Lebenserhaltungssystem entwickeln. „Ich möchte etwas schaffen, das vor Ort funktioniert und nicht nur in der Theorie“, sagt er. Wie aber sollte er sich ein realistisches Bild der Umstände auf dem Mars machen, wenn er entspannt in einem üppig ausgestatteten Labor sitzt? „Um Systeme zu bauen, die für Marsastronaut*innen funktionieren, muss ich als Forscher wissen, wie es ist, dort zu leben.“

Verseux sucht dieses Wissen aus möglichst direkter Erfahrung: Noch während seiner Doktorarbeit bewarb er sich für das Marssimulationsprojekt HI-SEAS der NASA auf Hawaii. Ab August 2015 lebte er ein Jahr mit fünf anderen Forscher*innen auf rund 100 Quadratmetern in einer etwa sechs Meter hohen weißen Kuppel mit einem Durchmesser von circa zwölf Metern, komplett abgeschottet mitten in der öden Vulkanlandschaft des Mauna Kea auf 2 500 Metern Höhe. „Wir haben alle Aspekte einer Marsmission erprobt – inklusive der Zeitverzögerung bei der Telekommunikation.“ Ein Funksignal vom Mars zur Erde braucht vier bis 24 Minuten, weil es je nach Stand der Planeten zwischen 55 und 400 Millionen Kilometer Distanz überbrücken muss. Die HI-SEAS-Teilnehmer*innen mussten durchgängig mit 20-minütiger Signalverzögerung zurechtkommen.

Jedes Reagenzglas ist ein Schatz, weil man es nicht ersetzen kann, wenn es zerbricht.
Cyprien Verseux, Astrobiologe und Humboldt-Forschungsstipendiat

Bei der Simulation ging es um die Frage, wie eine Crew ohne jeden Nachschub klarkommt. „Jedes Reagenzglas ist ein wertvoller Schatz, weil man es nicht ersetzen kann, wenn es zerbricht“, sagt Verseux. Vor allem aber sollte HI-SEAS die psychologische Dynamik in einer solch isolierten Gruppe testen. Wie kann man für Harmonie sorgen, dafür, dass Konflikte nicht eskalieren? Entsprechend war die psychische Verfassung und Verträglichkeit bei der Auswahl der Crew mindestens so wichtig wie die fachliche Qualifikation.

Anfangs war er der Typ „zerstreuter Professor“

Porträt von Cyprien Verseux im Labor

Und wie steht es damit bei Verseux? „Er ist ein wirklich netter Kerl, man kann es auch auf Dauer prima mit ihm aushalten“, sagt Christiane Heinicke, die am ZARM Module zum Wohnen und Arbeiten für Marsmissionen entwickelt und mit Verseux zusammen an HI-SEAS teilnahm. Was Verseux vor allem auszeichne, sei seine Fokussiertheit und gute Organisation. „Anfangs war er eher noch der Typ ‚zerstreuter Professor‘: Wenn er sich in ein Problem verbiss, ruhte er nicht eher, bis er es gelöst hatte.“ Mit der Zeit sei ihm aufgegangen, dass ein geordneter Tagesablauf, genügend Schlaf und Zeit für Entspannung wichtig sind, um auf Dauer produktiv zu bleiben, erklärt Verseux selbst. „Das setzt er jetzt konsequent um“, sagt seine Kollegin Heinicke.

Würde ich mitfliegen? Auf jeden Fall!
Cyprien Verseux, Astrobiologe und Humboldt-Forschungsstipendiat

Unter Extrembedingungen produktiv zu sein, konnte Cyprien Verseux 2018 erneut üben: Er verbrachte ein Jahr auf der französisch-italienischen Concordia-Forschungsstation mitten in der Antarktis, die auch Weltraumorganisationen für ihre Forschung nutzen: Die Herausforderungen des Lebens in der Station ähneln denen einer Langzeitmission im All. „Im Umkreis von mehreren hundert Kilometern von Concordia gibt es keine andere Menschenseele, wächst kein einziges Pflänzchen“, sagt Verseux. „Im Winter, wenn es monatelang nicht hell wird, herrschen draußen bis unter minus 80 Grad Celsius bei eisigem Wind, man hockt wochenlang mit einem Dutzend Menschen auf engstem Raum. Es fühlt sich tatsächlich an wie auf einem anderen Planeten.“

Astronaut*in in einer Vulkanlandschaft mit Zelt und Sonnenkollektoren
Proben für die Mission: Marssimulationsprojekt HI-SEAS der NASA in der Vulkanlandschaft des Mauna Kea auf Hawaii

Diese Mission brachte Verseux auch in Sachen Psychohygiene weitere Erkenntnisse: „In der Isolation ist es in der Tat wichtig, gut zu planen – auch Zeiten für Entspannung, damit die nicht zu kurz kommt. In diesen Phasen habe ich gelesen, an meinem Buch über das Experiment geschrieben und ein neues Instrument gelernt: Ukulele.“

Ob er seine Erfahrungen einmal im Ernstfall anwenden können wird? Schafft die NASA es, tatsächlich wie geplant zum Mars aufzubrechen, wird Verseux Ende 40 sein – im besten Alter für Astronaut*innen. Und jemand aus der Astrobiologie wird sicherlich zur Crew gehören. Würde er mitfliegen? „Auf jeden Fall!“ antwortet Verseux ohne Zögern. Hat er keine Angst? Schließlich wird die Reise wohl zweieinhalb Jahre dauern: ein halbes Jahr hin, eineinhalb Jahre Aufenthalt auf einem Planeten, den wir trotz aller Forschung kaum kennen, und ein halbes Jahr wieder zurück. Respekt ja, Angst nein, sagt er. Entdeckungsreisen seien schon immer riskant gewesen, aber hätten die Menschheit entscheidend vorangebracht. „Es ist ein Risiko, das es wert ist einzugehen.“

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