Biofilm

Biofilme sind strukturierte Gemeinschaften von Mikroorganismen, die auf Oberflächen wachsen und sich mit einer selbst produzierten Schleimschicht (extrazelluläre Matrix) umgeben. Sie bilden die mit Abstand häufigste Lebensform auf der Erde: Biofilme bedecken Flusssteine, Zähne, Schiffswände, Rohrleitungen und Tiefseeschlote gleichermaßen.

Für die Astrobiologie sind Biofilme aus zwei Gründen zentral: Erstens sind sie extrem widerstandsfähig, sie schützen ihre Bewohner vor UV-Strahlung, Austrocknung, Hitze und Chemikalien weit besser als freilebende Zellen. Ein Mars-Biofilm könnte unter wenigen Millimetern Gestein Jahrmillionen überdauern. Zweitens hinterlassen Biofilme charakteristische Spuren: Die Textur von Stromatolithen, den ältesten Fossilien der Erde, ist das Ergebnis von Biofilm-Aktivität.

NASA-Experimente auf der ISS haben gezeigt, dass Biofilme in Schwerelosigkeit sogar schneller wachsen als auf der Erde und dabei dickere, komplexere Strukturen bilden. Das ist sowohl ein Problem (Biofilme verstopfen Wasserrecycling-Systeme) als auch eine Chance (sie könnten auf dem Mars Gesteinsoberflächen für die Landwirtschaft vorbereiten).

In Greg Bears Blood Music (1985) bilden intelligente Mikroorganismen biofilmartige Superstrukturen, die sich selbst optimieren.

Gerade als Gemeinschaftsform verschiebt der Biofilm das Bild vom Leben als Ansammlung einzelner Zellen. Innerhalb der Schleimmatrix kommunizieren Mikroben chemisch (Quorum Sensing), teilen Nährstoffe und Aufgaben und verhalten sich fast wie ein vielzelliger Organismus. Diese kollektive Organisation macht Biofilme nicht nur widerstandsfähig, sondern auch evolutionär erfolgreich: Über drei Milliarden Jahre war das mikrobielle Leben in solchen Matten die einzige Lebensform der Erde. Für die Suche nach außerirdischem Leben hat das eine wichtige Konsequenz. Falls auf dem Mars oder unter dem Eis von Europa Leben existiert oder existierte, läge es mit hoher Wahrscheinlichkeit in genau dieser Form vor, nicht als sichtbare Pflanzen oder Tiere, sondern als dünne mikrobielle Beläge in geschützten Nischen. Rover und Sonden müssen daher lernen, gerade diese unscheinbaren Strukturen und ihre chemischen Fingerabdrücke zu erkennen.