Als Carl Sagan in seinem 1973 veröffentlichten Buch „The Cosmic Connection“ vorstellte, Menschen zum Mars zu schicken, stellte er ein Problem dar, das über die Kosten und Komplexität einer solchen Mission hinausging: die Möglichkeit, dass bereits Leben auf dem roten Planeten existierte und dass es nicht funktionieren könnte viele .
„Es ist möglich, dass es auf dem Mars Krankheitserreger gibt“, schrieb er, „Organismen, die, wenn sie in die terrestrische Umgebung transportiert werden, enorme biologische Schäden anrichten könnten – eine Marspest.“
Michael Crichton stellte sich in seinem Roman „The Andromeda Strain“ ein ähnliches Szenario vor.
Solche, bei denen außerirdische Proben gefährliche Tagalong-Organismen enthalten, sind Beispiele für eine Rückkontamination oder das Risiko, dass Material aus anderen Welten die Biosphäre der Erde schädigt.
„Die Wahrscheinlichkeit, dass solche Krankheitserreger existieren, ist wahrscheinlich gering“, schrieb Sagan, „aber wir können bei einer Milliarde Leben nicht einmal ein kleines Risiko eingehen.“
Wissenschaftler haben Sagans Warnungen lange Zeit in meist hypothetischen Begriffen betrachtet. Aber im Laufe des kommenden Jahrzehnts werden sie beginnen, konkrete Maßnahmen gegen Rückkontaminationsrisiken zu ergreifen. Die NASA und die Europäische Weltraumorganisation bereiten sich auf eine gemeinsame Mission namens Mars Sample Return vor. Ein Rover auf dem roten Planeten sammelt derzeit Material, das von anderen Raumfahrzeugen gesammelt und schließlich zur Erde zurückgebracht wird.
Niemand kann für eine Weile sagen, dass solches Material keine winzigen Marsianer enthalten wird. Wenn ja, kann noch niemand mit Sicherheit sagen, dass sie für Erdlinge nicht schädlich sind.
Angesichts solcher Bedenken muss die NASA so tun, als könnten Proben vom Mars die nächste Pandemie hervorrufen. „Da es sich nicht um eine Null-Prozent-Chance handelt, tun wir unsere gebührende Sorgfalt, um zu verhindern, dass eine Kontamination möglich ist“, sagte Andrea Harrington, Kuratorin der Mars-Probe für die NASA. Daher plant die Behörde, mit den zurückgegebenen Proben ähnlich umzugehen, wie die Centers for Disease Control and Prevention mit Ebola umgehen: sorgfältig.
„Sorgfältig“ bedeutet in diesem Fall, dass die Marsproben, bevor sie auf die Erde fallen, zunächst in einer Struktur namens Sample Receiving Facility aufbewahrt werden müssen. Die Planer der Mission sagen, dass die Struktur einen Standard erfüllen sollte, der als „Biosicherheitsstufe 4“ oder BSL-4 bekannt ist, was bedeutet, dass sie in der Lage ist, die gefährlichsten Krankheitserreger, die der Wissenschaft bekannt sind, sicher einzudämmen. Aber es muss auch makellos sein: funktional ein riesiger Reinraum, der verhindert, dass Substanzen auf der Erde die Proben vom Mars kontaminieren.
Die Agentur hat wenig Zeit zu verlieren: Wenn die Probenrückgabe-Mission pünktlich erfolgt – zugegebenermaßen ein großes „Wenn“ – könnten Marsgesteine bis Mitte der 2030er Jahre auf der Erde landen. Es könnte ungefähr so lange dauern, eine Anlage zu bauen, die die Marsmaterialien sicher enthalten kann, und das heißt, wenn sie planmäßig gebaut wird, ohne Unterbrechungen durch politische oder öffentliche Herausforderungen.
Da kein bestehendes Labor für die NASA sowohl geschlossen als auch sauber genug war, begaben sich vier Wissenschaftler, darunter Dr. Harrington, auf eine Tour durch einige der gefährlichsten Einrichtungen des Planeten. Zu ihr gesellten sich drei Kollegen, die sich „NASA Tiger Team RAMA“ nannten. Während dieser Spitzname wie der Name einer militärischen Erkundungsgruppe klingt, ist er ein Akronym aus den Vornamen der Teammitglieder – Richard Mattingly vom Jet Propulsion Laboratory der NASA; Andrea Harrington; Michael Calaway, ein Auftragnehmer des Johnson Space Center; und Alvin Smith, ebenfalls vom Jet Propulsion Laboratory.
Die Gruppe besuchte Hotspots wie die National Emerging Infectious Diseases Laboratories in Boston, das US Army Medical Research Institute of Infectious Diseases in Fort Detrick in Maryland und das Centers for Disease Control and Prevention mit dem ominösen und vage benannten Gebäude 18 in Atlanta.
Insgesamt besuchte das Team 18 Einrichtungen, die mit biologischen Schrecken umgehen, Reinsträume unterhalten oder innovative Geräte für beide Zwecke herstellen. Die Mitglieder hofften, herauszufinden, was in bestehenden Labors funktioniert hat und was eine NASA-Einrichtung aneignen oder optimieren könnte, um die Sicherheit der Menschheit zu gewährleisten.
Für Wissenschaftler wie Dr. Harrington sind die Eile und die Hürden es wert. „Dies wird die erste Proberückführungsmission von einem anderen Planeten sein“, sagte sie. Das erste Mal, dass eine andere Welt Menschen begegnet ist, mit anderen Worten, weil Menschen sie eingeführt haben.
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Materialien aus dem ganzen Sonnensystem sind schon früher zu Studienzwecken auf die Erde gekommen: Mondgestein und Staub von amerikanischen, sowjetischen und chinesischen Missionen; Proben von zwei Asteroiden, die von japanischen Sonden gesammelt wurden; und Partikel von Sonnenwind und einem Kometen, die von Raumfahrzeugen gesammelt wurden. Der Mars stellt jedoch ein nach Ansicht der NASA „erhebliches“ Rückkontaminationsrisiko dar, sodass Proben vom roten Planeten unter eine rechtliche Kategorie namens „Restricted Earth-Return“ fallen.
„Wir müssen diese Proben so behandeln, als ob sie gefährliche biologische Materialien enthalten“, sagte Nick Benardini, der Planetary Protection Officer bei der NASA. Dr. Benardini beaufsichtigt Richtlinien und Programme, die versuchen zu verhindern, dass Mikroben der Erde Planeten oder Monde in unserem Sonnensystem kontaminieren und außerirdisches Material die Erde nicht schädigt.
John Rummel, der zwischen 1987 und 2008 zweimal im Amt war, hält es für richtig, dass die Raumfahrtbehörde die Risiken ernst nimmt, auch wenn sie klein sind und wie Science-Fiction wirken. „Bezüglich des biologischen Potenzials gibt es erhebliche Unbekannte“, sagte er. „Ein Ort wie der Mars ist ein Planet. Wir wissen nicht, wie es funktioniert.“
Ein Teil des Ziels von Mars Sample Return besteht natürlich darin, herauszufinden, wie der Planet funktioniert – etwas, das vor Ort nicht richtig durchgeführt werden kann, da Wissenschaftler und ihre unzähligen Instrumente noch nicht dorthin reisen können. Die Mission hat bereits begonnen. Die NASA-Raumsonde Perseverance, die 2021 auf dem Mars ankam, sammelt und speichert Proben für die zukünftige Abholung. Die Proben werden dann von demselben Rover oder einem Roboterhubschrauber zu einem Lander mit einer Rakete transportiert. Die Rakete wird sie dann in die Marsumlaufbahn schießen, wo ein in Europa gebautes Raumschiff das Material einfängt und es zurück zur Erde fliegt.
Sobald sich das Raumschiff diesem hellblauen Punkt nähert, optimistisch im Jahr 2033, werden die Proben in die Wüste der weitläufigen Utah Test and Training Range, der erdeigenen Marslandschaft, fallen. Dann können Wissenschaftler die Proben mit den schweren Instrumenten untersuchen, die Erdlabore zulassen.
Die Aufgabe von Tiger Team RAMA bestand darin, herauszufinden, wie das Kontaminationsrisiko eher zu einer Chance als zu einem Problem werden kann. Ihr Ziel war es zu untersuchen, was bestehende geschlossene und saubere Einrichtungen bieten und was die Weltraumbehörde möglicherweise erfinden muss.
„Wir wollten verstehen, wie der Zustand des Staates war“, sagte Dr. Harrington.
Um dies herauszufinden, besuchte das Team sieben High-Containment-Labors in den Vereinigten Staaten, eines in Großbritannien und eines in Singapur sowie Super-Clean-Space-Labors in Japan und Europa. Sie besuchten auch Hersteller von Geräten in diesen Einrichtungen und von modularen Labors.
Die größte technologische Herausforderung besteht darin, dass die Probenannahmestelle zwei sich kreuzende Zwecke erfüllen muss. „Die Erde berührt die Probe nicht“, sagte Dr. Meyer. Das ist das Ziel einer makellosen, sauberen Einrichtung: Substanzen auf der Erde davon abzuhalten, Marsmaterialien zu kontaminieren und falsche Signale für wissenschaftliche Studien zu geben.
„Und die Proben berühren die Erde nicht“, fuhr er fort – die Rückwärtskontamination. Die Funktion eines High-Containment-Labors: Innen halten, was drin ist.
Reinräume benötigen positiven Luftdruck, was bedeutet, dass der Innendruck höher ist als der Außendruck. Luft strömt also immer von innen nach außen – von höherem Druck zu niedrigerem Druck. Es ist genau das, was Luft tut, weil die Physik. Partikel werden herausgedrückt, dringen aber nicht hinein.
High-Containment-Labore funktionieren jedoch umgekehrt. Sie halten einen negativen Luftdruck aufrecht, mit einem niedrigeren Druck innerhalb ihrer Wände als außerhalb. Partikel können einströmen, aber nicht herausschleichen.
Die NASA benötigt sowohl einen Überdruckraum, um die Proben sauber zu halten, als auch einen Unterdruckraum, um die Proben eingeschlossen zu halten. Es ist schwierig, diese Bedingungen in denselben physischen Raum zu integrieren. Es kann kreative, konzentrische Strukturen und ausgeklügelte Belüftungssysteme erfordern. Kein Labor auf der Erde hat dies in dem Umfang getan, wie es für die Mars-Probenrückgabe erforderlich ist, weil dies noch nie ein Labor benötigt hat. „Wir sind nicht überrascht, dass dies nicht existiert“, sagte Dr. Harrington.
Das Beste, was Tiger Team RAMA tun konnte, war zu sehen, wie sauber und geschlossen die Einrichtungen sich so gehalten hatten, und zu hoffen, herauszufinden, wie sie am besten kombiniert werden konnten.
In den BSL-4-Laboren, die das Team besuchte, waren hocheffiziente Partikelluft- oder HEPA-Filter allgegenwärtig. Das Team lernte Sterilisationspraktiken kennen, wie das Baden von Instrumenten in gasförmigen Wasserstoffperoxiddämpfen, die Verunreinigungen auf einer Oberfläche abtöteten. Es muss noch daran gearbeitet werden, den richtigen Weg zu finden, um das außerirdische Material zu sterilisieren. „Forschungsarbeiten zum Verständnis der Dekontamination im Zusammenhang mit diesen Proben sind derzeit im Gange“, sagte Dr. Harrington.
In Bezug auf die Struktur könnte die Probenannahmeeinrichtung Böden, Decken und Wände mit Epoxid beschichtet haben, wie es BSL-4-Labore und Reinräume manchmal tun. Der makellose Raum, in dem Wissenschaftler einen europäischen Marsrover bauten, hatte dagegen Wände aus geschweißtem Edelstahl, einem Material, das auch für die Infrastruktur von BSL-4-Einrichtungen zugelassen ist. Beide Materialien könnten für die doppelten Zwecke der NASA verwendet werden.
Das Tiger-Team RAMA untersuchte auch die Instrumente in erdzentrierten Reinräumen, mit denen Wissenschaftler Proben vom Mars manipulieren könnten: Mikroskope, Gloveboxen und Robotik wie „Mikromanipulatoren“ ermöglichen es Forschern, Materialien präzise und ohne Hand-zu-Probe-Kontakt zu handhaben. Wissenschaftler untersuchten Substanzen aus der Ferne in Umgebungen mit reinem Stickstoff, um zu vermeiden, dass sie abgebaut werden, was auch die NASA tun muss.
Aber im Detail tauchten Probleme auf, die zeigten, wo der Zustand des Staates für die NASA nicht gut funktionieren würde. Viele der bestehenden Labore waren weniger als 1.000 Quadratfuß groß – viel zu klein für den Maßstab, den die Mission erfordert. Erhöhte Schwellen oder schmale Türen erschwerten das Ein- und Aussteigen von Geräten. Und bestehende BSL-4-Labore sind die Hotels California der Bioeinrichtungen: Was eincheckt, verlässt es normalerweise nicht, zumindest nicht ohne umfassende – und manchmal zerstörerische – Dekontamination. Daher haben sie normalerweise weniger Instrumente als ein normales Labor. Und ein Teil des Sinns von Mars Sample Return ist es, hochentwickelte wissenschaftliche Geräte nutzen zu können.
Am Ende präsentierte das Team der NASA einige Möglichkeiten, wie eine Mars-Probenahmeeinrichtung aussehen könnte: Die Agentur könnte ein bestehendes BSL-4-Labor verändern, um es makelloser zu machen. Oder die Agentur könnte, was wahrscheinlich mehr Geld und Zeit erfordert, eine neue Ziegel- und Mörtelanlage von Grund auf errichten, die einzigartig für ihre Zwecke konzipiert ist. Die NASA erwägt auch Mittelwegsoptionen, wie den Bau einer billigeren, modularen High-Containment-Anlage und deren Platzierung in einem Gebäude mit härterer Hülle.
„Es gibt noch eine Menge Dinge auf dem Tisch, die wir uns ansehen“, sagte Dr. Harrington.
Was auch immer die NASA entscheidet, die Untersuchung des Teams deutete darauf hin, dass der Prozess des Entwerfens und Bauens eines Probenstudienstandorts 8 bis 12 Jahre dauern könnte – was gegen den Zeitplan für die tatsächliche Probenrückgabe verstößt. Angesichts dessen empfahlen die Teammitglieder der NASA, bestimmte Pläne ungefähr jetzt aufzuspulen.
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Einer der Gründe, Verzögerungen zu vermeiden, ist, dass es mit ziemlicher Sicherheit Rückschläge geben wird. Die Labore, die das Tiger Team RAMA besuchte, sahen sich mit bürokratischen Blockaden konfrontiert, die aus neuen regulatorischen Anforderungen, den Unwägbarkeiten von Regierungsgeldern, Bauschwierigkeiten und unvollkommenem öffentlichem Engagement hervorgingen.
Das Potenzial für Verspätung stellte ein „erhebliches programmatisches Risiko“ für die Mars Sample Return dar, stellte das Team fest. Schließlich dürfte die Rückkehr papiertechnisch komplizierter sein als bei rein terrestrischen Projekten.
Die NASA möchte, dass ihr Projekt sowohl den internationalen Richtlinien zum Schutz des Planeten als auch ihren eigenen ergänzenden Richtlinien entspricht. Die Probenannahmestelle müsste auch durch das National Environmental Policy Act-Verfahren genehmigt werden, was die Erstellung einer Umweltverträglichkeitserklärung erfordern würde. Das Raumfahrzeug und seine Einrichtung zu Hause müssen sich möglicherweise zusätzlich mit der National Security Presidential Directive 25 befassen, die wissenschaftliche und technologische Experimente regelt, die große Auswirkungen auf die Umwelt haben könnten. Dies soll das offizielle Interesse des Landwirtschaftsministeriums, des Ministeriums für Gesundheit und menschliche Dienste mit den National Institutes of Health und den Centers for Disease Control and Prevention, des Ministeriums für Heimatschutz und der Arbeitsschutzbehörde und möglicherweise nicht vernachlässigen andere staatliche und lokale.
Aber auch die Zusammenarbeit mit der Öffentlichkeit, nicht nur mit Regierungsbehörden, war der Schlüssel zum Erfolg eines Projekts, stellte das Team fest. Transparenz gegenüber der Öffentlichkeit, sagte Dr. Rummel, ist nicht nur der Schlüssel, um öffentliche Unterstützung zu gewinnen, sondern auch, um die Bemühungen rechenschaftspflichtig und sicher zu halten. „Totale Offenheit ist das Einzige, was das zum Laufen bringen wird, was bedeutet, dass man das Richtige tun muss“, sagte er.
„Wenn Sie dachten, Sie müssten etwas davon geheim halten, dann sollten Sie es nicht tun“, fügte er hinzu.
Die Erbauer der Anlage müssen bei ihrer Kommunikation das öffentliche Interesse und nicht nur die Forschung berücksichtigen. Wenn Scott Hanton, Redaktionsleiter der Publikation Lab Manager, über die Wahrnehmungs- und Kommunikationsherausforderungen nachdenkt, vor denen die NASA mit der Sample Receiving Facility stehen wird, fallen mir zwei weitere Akronyme ein: NIMBY und WIIFM. Not In My Backyard und What’s in It For Me, die ausgeglichen werden müssen.
Die Antwort auf Letzteres, meint Dr. Hanton, muss aus der persönlichen Sicht des Bewohners kommen. „Nicht nur aus der Perspektive des Wissenschaftlers, etwas Neues zu lernen“, sagte er. „Aber warum sollte die Nachbarschaft, die Region, der Staat, das Land diese Investition und dieses Risiko eingehen?“
Community-Beratungsgruppen zu haben, die absichtlich lautstarke Kritiker einbeziehen – was er „einen Banditen in den Zug setzen“ nennt – könnte Vertrauen schaffen.
Dennoch sieht Dr. Hanton in diesem außerirdischen Risiko einen irdischen Segen. „Für mich fühlt es sich an, als wäre es ein neues Problem“, sagte er. „Es wird eine neue Antwort brauchen.“ Die Investition der NASA in den Bau einer sicheren Einrichtung könnte im Allgemeinen zu besseren Biolabors führen.
„Es wird sehr interessante technische Herausforderungen geben“, sagte er, „die der Menschheit ehrlich gesagt mehr Nutzen bringen könnten als alles, was sie aus der Probe lernen.“
Dr. Harrington ist natürlich von den Proben begeistert. Der Mars ist eine geologische und ökologische Zeitkapsel, die enthüllt, wie die Erde vor Äonen gewesen sein könnte. „Wir werden wirklich viel über die Entwicklung der Erde sagen können“, sagte Dr. Harrington.
Es könnte uns dem Verständnis einen kleinen Schritt näher bringen, wie zum Beispiel ein Planet Wesen hervorbringt, die ein Raumschiff produzieren, das in eine andere Welt fliegt und diese Welt dann zurück zu dieser bringt.
Die New York Times
