Curiositys Nasschemie extrahierte organische Moleküle aus einem Marsgestein

Ein chemisches Experiment des Rovers Curiosity ermöglichte es, organische Moleküle freizusetzen und zu analysieren, die in einem etwa 3,5 Milliarden Jahre alten Marsgestein erhalten geblieben waren. Die am 21. April 2026 in Nature Communications veröffentlichte Arbeit untersuchte mit SAM eine Probe aus dem Gale-Krater. Der Name des Instrumentenpakets steht für Sample Analysis at Mars. Bei der Technik kam Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), ein alkalisches Reagenz, zum Einsatz, um Verbindungen zugänglich zu machen, die sich andernfalls nicht auf dieselbe Weise analysieren ließen.

Die Studie berichtet von mehr als 20 organischen Molekülen, die in situ nachgewiesen wurden. Zu den identifizierten Produkten gehören Benzothiophen und Methylbenzoat sowie aromatische Moleküle mit einem und zwei Ringen. Das Ergebnis liefert Informationen darüber, welche Verbindungen in Marsgestein erhalten bleiben können und wie sie sich analysieren lassen. Der Nachweis allein klärt jedoch nicht, woher diese Moleküle stammen.

Eine Probe aus einer urzeitlichen wässrigen Umgebung

Curiosity bohrte das Ziel mit dem Namen Mary Anning 3 in der Region Glen Torridon im Gale-Krater an und analysierte es. Die Probe gehört zum Knockfarrill-Hill-Member, das aus tonhaltigen Sandsteinen besteht und ungefähr 3,5 Milliarden Jahre alt ist. Die Studie beschreibt die tonreichen Ablagerungen von Glen Torridon als lakustrine Fazies; die kreuzgeschichteten Sandsteine weisen zudem auf einen Übergang zu energiereicheren Flussumgebungen hin.

Die Tonmineralogie wird vor allem von dioktaedrischen Smektiten und eisenreichen dioktaedrischen Tonmineralen geprägt. Die Autoren weisen darauf hin, dass tonreiche Umgebungen, insbesondere solche mit Smektit, als günstig für die Anreicherung und Erhaltung organischer Materie gelten. Dieser Kontext hilft zu erklären, weshalb sich die Probe eignete, eine Extraktions- und Analysemethode zu erproben. Er identifiziert für sich genommen nicht die Herkunft der Verbindungen.

Wirkungsweise des TMAH-Reagenzes

Bei dem Experiment wurde TMAH in einer Konzentration von 25 % in Methanol verwendet. Der Beschreibung der Arbeit zufolge hydrolysierte das Reagenz organische Materie, die frei oder an Mineraloberflächen gebunden war. Das Verfahren kombinierte außerdem thermische Fragmentierung – mit einer Pyrolyse von bis zu 550 °C – und Methylierung. Dadurch wurden flüchtige organische Fragmente freigesetzt, die den Analyseinstrumenten zugeführt werden konnten.

Das SAM-Paket maß diese Produkte mithilfe der Analyse entwickelter Gase und der Gaschromatografie-Massenspektrometrie (GC-MS). Die Dokumentation zum SAM-Instrument erklärt, dass der Chromatograf die Gase trennt und das Massenspektrometer sie anhand des Verhältnisses von Masse zu Ladung charakterisiert. Der Artikel bezeichnet das Verfahren als erste in situ durchgeführte Thermochemolyse auf einem planetaren Körper: Die Analyse fand mit den Instrumenten des Rovers auf dem Mars statt, statt die Probe zunächst in ein irdisches Labor zu bringen.

Welche Verbindungen identifiziert wurden

In den GC-MS-Daten des TMAH-Experiments mit Mary Anning 3 traten sieben Moleküle auf, die bei den vor und nach der Probenanalyse durchgeführten Reinigungsanalysen nicht vorhanden waren: Trimethylbenzol, Tetramethylbenzol, Methylbenzoat, Dihydronaphthalin, Naphthalin, Benzothiophen und Methylnaphthalin. Die Studie stuft die Identifizierung der letztgenannten Verbindung als vorläufig ein.

Diese sieben Namen geben nicht alle beobachteten Produkte wieder. Die Arbeit berichtet von 30 chromatografischen Peaks, die jeweils einem oder mehreren Molekülen zugeordnet sind. Zur Identifizierung verglichen die Forschenden Massenspektren mit denen in der Datenbank des US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST) und führten, wenn möglich, Retentionszeit-Tests mit einem SAM ähnlichen Laborinstrument durch. Die Identität der übrigen Verbindungen ließ sich anhand dieser Tests nicht bestätigen, auch wenn der Artikel auf Grundlage ihrer Massenspektren mögliche Deutungen vorschlägt.

Erhaltung und Herkunft sind unterschiedliche Fragen

Die Ergebnisse zeigen, dass das Experiment Moleküle freisetzen konnte, die im Gestein als freie oder makromolekulare organische Materie erhalten geblieben waren – trotz etwa 3,5 Milliarden Jahren Diagenese, also der Veränderungen, denen Sedimente nach ihrer Ablagerung unterliegen, und der Strahlenbelastung. Dies belegt den Nutzen der Methode, um Zugang zu Verbindungen zu erhalten, die im Inneren eines alten Marsgesteins bewahrt wurden.

Organische Materie nachzuweisen und festzustellen, wie sie entstanden ist, sind jedoch unterschiedliche Fragen. Die Studie hält sowohl einen exogenen Ursprung für möglich, etwa durch Eintrag von Meteoriten, Kometen oder interplanetaren Staubpartikeln, als auch einen endogenen Ursprung durch abiotische oder biologische Prozesse auf dem Mars. Das hier beschriebene Ergebnis dokumentiert Moleküle und eine Methode, sie freizusetzen und zu analysieren; ihre Herkunft bleibt offen. Die Erhaltung über lange Zeiträume ist daher ein Befund zur chemischen Geschichte der Probe und keine Identifizierung des Prozesses, der ihre Verbindungen hervorgebracht hat.

Eine Methode als Orientierung für künftige Analysen

Die Studie beschreibt, wie die Erfahrungen mit TMAH neue Analysen unterstützen können. Der NASA-Beitrag vom 21. April 2026 präzisiert, dass Curiosity bereits seine zweite und letzte TMAH-Kapsel verwendet hatte und die Ergebnisse für einen weiteren Artikel ausgewertet werden sollten. Er enthält außerdem methodische Informationen für künftige Analysen: Der Artikel nennt das für den Marsrover Rosalind Franklin vorgesehene Instrument MOMA und DrAMS, das für die Dragonfly-Mission zum Saturnmond Titan vorgesehen ist.

Curiositys zentraler Beitrag ist somit zweifach: der Nachweis von mehr als 20 organischen Molekülen in einem alten tonreichen Sandstein und der Beleg, dass die Thermochemolyse mit TMAH direkt auf einer anderen Welt nachweisbare Produkte freisetzen kann. Bei der Deutung muss zwischen identifizierten Verbindungen und noch unbestätigten Peaks sowie zwischen der Möglichkeit der Erhaltung organischer Materie und der weiterhin offenen Frage nach ihrer Herkunft unterschieden werden.