Quelle: Universität Bremen Lucie-Patrizia Arndt 5. September 2024.

5. September 2024 – Verseux untersucht in seinem Projekt, wie Cyanobakterien genutzt werden können, um Langzeit-Marsmissionen nachhaltig zu gestalten, indem sie die Crew dauerhaft mit lebensnotwendigen Verbrauchsgütern versorgen. Denn selbst, wenn wir Menschen uns auf das absolut Notwendige beschränken, brauchen wir doch einiges zum Überleben – Sauerstoff und Nahrung zum Beispiel.

Halten wir uns an entlegenen Orten auf der Erde auf, dann bringen wir ausreichend Vorräte mit; im Weltraum werden die Astronaut:innen an Bord der Internationale Raumstation ISS regelmäßig mit Hilfe von Frachtkapseln versorgt. Doch wenn wir zum Mars wollen, sind weder große Vorräte noch ein kontinuierlicher Nachschub möglich. Der Transportweg ist zu riskant und die Kosten zu hoch. Die Lösung liegt somit darin, aus vor Ort vorhandenen Rohstoffen lebensnotwenige Verbrauchsgüter herzustellen.

Dr. Cyprien Verseux hat bereits nachgewiesen, dass manche Cyanobakterien in der Lage sind, aus den natürlichen Ressourcen des Mars Sauerstoff und Biomasse zu produzieren. Erste Forschungsergebnisse erzielte er im Laboratory of Applied Space Microbiology (LASM), welches er am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen leitet.

Die große Frage ist nun: Wie kann dies auf effiziente Art und Weise gelingen? Dazu ist ein besseres Verständnis davon notwendig, wie Cyanobakterien auf zellulärer und molekularer Ebene die Mars-Ressourcen verstoffwechseln. Unter anderem soll dies durch Laborexperimente mit einer eigens entwickelten Apparatur untersucht werden, in der wenig mehr als die Rohstoffe aus dem Marsboden und der Marsatmosphäre verwendet werden. Zusätzlich zur Laborarbeit sollen mathematische Modelle entwickelt werden, die die Wachstumsraten, Produktivität und Effizienz der Bakterienkulturen vorhersagen.

Das Starting Grant des European Research Council eröffnet Cyprien Verseux und seinem Forschungsteam neue Möglichkeiten – insbesondere durch die Einrichtung von zwei Promotionsstellen. „Mit unserem Projekt ,MarCyano‘ möchten wir zwei Ziele erreichen. Zum einen wollen wir grundlegende Erkenntnisse darüber erhalten, wie die Cyanobakterien auf Umgebungsbedingungen reagieren, die für sie ,fremd‘ sind, wenn sie beispielsweise einer Atmosphäre ausgesetzt sind, die auf der Erde nicht existiert. Zum anderen sollen Lösungen entwickelt werden, die dazu beitragen, die Erkundung des Mars durch den Menschen nachhaltig zu gestalten“, erklärt der Wissenschaftler.

Verseux und sein Team befassen sich jedoch nicht nur mit Nachhaltigkeitskonzepten bei Langzeit-Marsmissionen. Ihre Erkenntnisse und entwickelten Systeme werden sie auch in neue Denkansätze und Technologien übersetzen, die einem nachhaltigeren Umgang mit natürlich vorhandenen, aber zunehmend knapper werdenden Ressourcen auf der Erde dienen.

Verseux ist Mitglied der Initiative „Humans on Mars“ und am Antrag für das Exzellencluster „Die Marsperspektive: Ressourcenknappheit als Grundlage eines Paradigmas der Nachhaltigkeit“ der Universität Bremen beteiligt. Seine Expertise fließt in das interdisziplinäre wissenschaftliche Team ein, dessen Forschung nun dazu beitragen könnte, der Universität Bremen erneut den Exzellenzstatus zu sichern.

Über Cyprien Verseux:
Der französische Biologe Dr. Cyprien Verseux forscht seit 2019 am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen. Dort baute er das „Laboratory of Applied Space Microbiology“ (LASM) auf, dessen Leiter er heute ist. Zuvor promovierte er mit dem Schwerpunkt Astrobiologie an der Universität Rom II, Italien, und am NASA Ames Research Center in Kalifornien, USA.

Er selbst verfügt über eigene Erfahrungen mit Explorationsmissionen in abgelegenen Gebieten: 2018 leitete er die französisch-italienische Concordia-Forschungsstation in der Antarktis. Dort verbrachte er ein Jahr, einschließlich der Wintermonate, in denen die Temperaturen auf bis zu minus 80 °C sinken können und monatelange Dunkelheit herrscht. 2015 nahm er am Marssimulationsprojekt HI-SEAS der NASA teil und lebte zusammen mit fünf Wissenschaftler:innen für ein Jahr isoliert in einer „Marsstation“ an den kargen Hängen des Mauna Kea Vulkans auf Hawaii, USA.

Seine wissenschaftliche Leistung wurde 2019 bereits mit einem Forschungsstipendium der renommierten Alexander von Humboldt-Stiftung ausgezeichnet

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• Ehrungen

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Quelle: Universität Zürich 14. Juni 2023.

14. Juni 2023 – Etwa ein Viertel der weltweiten Kohlenstoffemissionen werden durch Wälder, Gras- und Weideland gebunden. Pflanzen speichern mit Hilfe der Photosynthese Kohlenstoff in ihren Zellwänden und im Boden. Etwa die Hälfte des Bodenkohlenstoffs befindet sich in den tieferen Bodenschichten, in mehr als 20 Zentimetern Tiefe. Doch auch diese Schichten werden durch den Klimawandel erwärmt.

Verlust von entscheidenden Kohlenstoffspeichern
Die Erwärmung führt zu einem erheblichen Verlust jener organischen Verbindungen, die den Pflanzen helfen, Kohlenstoff in ihren Blättern und in ihren Wurzeln zu speichern. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass diese chemisch stabileren Verbindungen dem natürlichen Abbau länger widerstehen und somit Kohlenstoff im Boden speichern. Die Studie unter der Leitung von Forschenden des Geographischen Instituts der UZH zeigt nun, dass Lignin, das den Pflanzen Steifigkeit verleiht, um 17% reduziert war. Cutin und Suberin – wachsartige Verbindungen in Blättern, Stängeln und Wurzeln, die die Pflanzen vor Krankheitserregern schützen –, waren fast 30% weniger vorhanden. Selbst der pyrogene, organische Kohlenstoff, der nach einem Waldbrand zurückbleibt, war deutlich weniger vorhanden.

Die Experimente wurden in den Wäldern der kalifornischen Sierra Nevada durchgeführt. Der Boden wurde während 4,5 Jahren in einer Tiefe von einem Meter künstlich um 4 Grad Celsius aufgeheizt, einschliesslich der Tages- und Jahreszeitenzyklen. Diese Erwärmung entspricht den Prognosen eines Klimaszenarios bis zum Ende des Jahrhunderts, bei dem die Erwärmung wie bisher unverändert weitergeht.

Folgen für die Nutzung von Böden gegen globale Erwärmung
Diese Erkenntnis hat grosse Bedeutung für eine der Schlüsselstrategien im Kampf gegen die globale Erwärmung, nämlich auf Böden und Wälder als natürliche Kohlenstoffsenken zu setzen. Dazu werden unter anderem Nutzpflanzen mit besonders tiefen Wurzeln und korkreicher Biomasse entwickelt. «Bisher ging man davon aus, dass damit CO₂ im Boden zurückgehalten werden kann», sagt Michael W. Schmidt, UZH-Professor für Geographie und Letztautor der Studie. «Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass alle Bestandteile des Bodenhumus gleichermassen weniger werden, einfache chemische Stoffe genauso wie komplexe Bestandteile. Wenn sich diese ersten Beobachtungen auch in längerfristigen Feldexperimenten bestätigen, hätte das erschreckende Konsequenzen.» Verliert der Waldboden massiv an Bodenhumus und setzt dieser Kohlenstoff als CO₂ frei, beschleunigt das die Erwärmung weiter. «Die Emissionen an der Quelle zu stoppen, muss unser Ziel sein», so Schmidt.

Literatur:
Zosso, C.U., Ofiti, N.O.E., Torn, M.S. et al. Rapid loss of complex polymers and pyrogenic carbon in subsoils under whole-soil warming. Nature Geoscience. 16, 344–348 (2023). Doi: 10.1038/s41561-023-01142-1
https://www.nature.com/articles/s41561-023-01142-1
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01142-1.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: Airbus Defence and Space.

Stevenage, 21. Oktober 2021 – Biomass, der “Waldsatellit” der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), hat mit der erfolgreichen Entfaltung des Large Deployable Reflector (LDR), der künftig von den Wäldern der Erde reflektierte P-Band-Daten empfangen soll, einen wichtigen Meilenstein erreicht.

Der Test, der bei L3Harris in Florida, USA, stattfand, die den 12 Meter großen Reflektor hergestellt haben, wurde von Vertretern von Airbus, der europäischen Weltraumorganisation ESA und JPL (NASA) beobachtet.

Chris Lloyd, Projektleiter von Biomass bei Airbus Defence and Space, sagte: „Das erfolgreiche Entfalten des größten Reflektors für die Erdbeobachtung ist ein großer Fortschritt für Biomass. Nach den erfolgreichen Struktur- und Mechanik-Tests zu Beginn dieses Jahres sind wir auf Kurs für den Start im Jahr 2023.“

Michael Fehringer, ESA-Projektleiter von Biomass, sagte: „Es war großartig zu sehen, wie sich der riesige Reflektor erfolgreich entfaltet hat. Das ist ein Beweis für die einzigartige Zusammenarbeit der Industrieteams in Europa und den USA sowie für die Kooperation zwischen ESA und NASA/JPL.“

Dr. Paul Bate, Chief Executive der britischen Raumfahrtagentur, sagte: „Mit Blick auf die bevorstehende COP26 geht Großbritannien bei der Nutzung des Weltraums zur Überwachung des Klimawandels voran, wobei Unternehmen wie Airbus bei der Entwicklung von Satelliten, die Wissenschaftlern Zugang zu wertvollen Informationen über unseren Planeten verschaffen, eine zentrale Rolle spielen“. „Die Biomass-Mission wird die Qualität der Daten über die Wälder der Welt erheblich verbessern. Ich hatte das Privileg, kürzlich in Stevenage zu sehen, wie der Satellit Gestalt annimmt, und ich freue mich sehr auf den Start im Jahr 2023“.

Der 12-Meter-Reflektor ist der Schlüssel zum ersten weltraumgestützten P-Band-Radar mit synthetischer Apertur, der längsten für die Erdbeobachtung verfügbaren Radarwellenlänge. Biomass, eine Earth-Explorer-Mission der ESA, wird fünf Jahre lang die Biomasse der Wälder messen, um die terrestrischen Kohlenstoffbestände und -veränderungen zu bewerten.

Der Satellit wird außergewöhnlich genaue Karten der Biomasse der tropischen, gemäßigten und borealen Wälder sowie der Veränderungen des Biomasse-Bestands während der fünfjährigen Laufzeit der Mission liefern, die mit bodengestützten Messverfahren nicht zu erzielen sind. In trockenen Gebieten des Planeten wird das Radarsignal bis zum darunter liegenden Gestein vordringen und so die Kartierung der Gesteinsstruktur und die Suche nach unterirdischen Wasserreservoirs ermöglichen.

Der LDR wird voraussichtlich Ende 2021 an den Hauptauftragnehmer der ESA, Airbus in Stevenage, zur Integration in das Raumfahrzeug geliefert. Biomass soll im Jahr 2023 mit einer Vega-Trägerrakete von Französisch-Guayana aus starten.

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• Biomass (ESA Earth Explorer 7) auf VEGA

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Quelle: Universität Bayreuth.

26. August 2021 – Die an der Studie beteiligten Forscher*innen haben auf 226 ausgewählten Flächen, die sich auf 44 Regionen in 12 afrikanischen Ländern verteilen, die Kohlenstoff-Speicherung in der oberirdischen Biomasse von Bergwäldern untersucht. Das Ergebnis: Die tropischen Bergwälder Afrikas speichern im Durchschnitt rund 149,4 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar. Der IPCC ist dagegen bisher nur von durchschnittlich 89,3 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar ausgegangen. Die in früheren Forschungsarbeiten ermittelte durchschnittliche Speicherleistung der oberirdischen Biomasse von tropischen Wäldern in Zentral- und Südamerika sowie in der Karibik ist erheblich geringer als in den tropischen Bergwäldern Afrikas.

„Vor allem in Ostafrika befinden sich die meisten Wälder in Gebirgsregionen, so dass sie hier eine herausragende Bedeutung für den Kohlenstoffhaushalt und den Klimaschutz haben. Unsere Studie, die diese Speicherleistung erstmals quantifiziert hat, macht deutlich, welche ökologischen Schäden ein weiteres Abholzen der Bergwälder verursachen würde. Und sie zeigt umgekehrt auch den Nutzen der von vielen afrikanischen Staaten unterstützten Maßnahmen zur Wiederaufforstung. Aufgrund früherer Forschungsarbeiten ist bekannt, dass die afrikanischen Bergwälder Hotspots der Biodiversität darstellen und eine große Zahl endemischer Pflanzen- und Tierarten beherbergen, das heißt von Arten, die es nirgendwo sonst auf der Erde gibt. Auch unter diesem Aspekt sollten die Anstrengungen zum Erhalt dieser Ressourcen verstärkt werden“, sagt Dr. Andreas Hemp.

Der Bayreuther Biologe erforscht seit mehr als 30 Jahren gemeinsam mit Partnern in Deutschland, Kenia und Tansania die Pflanzenwelt am Kilimanjaro. Im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Verbundprojekts „Kili-SES“ untersucht er den Wandel der Vegetation am Kilimanjaro und die daran beteiligten klimatischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Ursachen. Für die jetzt in „Nature“ veröffentlichte Studie hat er gemeinsam mit seinem Forschungsteam systematische Messungen in Bergwäldern am Kilimanjaro durchgeführt: „Wenn man die Höhe, den Umfang und die Holzdichte der Baumstämme kennt, kann man auf der Basis dieser Messdaten die Menge des in den Bäumen gespeicherten Kohlenstoffs mit einiger Genauigkeit ermitteln“, erklärt Hemp.

Bedingt durch die Seltenheit zerstörerischer Wirbelstürme in Afrika, beruhen die vergleichsweise hohen Kohlenstoffvorräte der tropischen Wälder in Afrika nicht zuletzt auf der hohen Speicherkapazität sehr großer Bäume, die sowohl in Berg- als auch in Tieflandregionen ungestört wachsen können. Die höchsten Bäume Afrikas befinden sich am Kilimanjaro, wie eine Forschungsgruppe um Dr. Andreas Hemp 2016 herausgefunden hat.

Veröffentlichung:
Aida Cuni-Sanchez et al.: High aboveground carbon stock of African tropical montane forests. Nature (2021).

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• Klimawandel

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Quelle: ESA.

20. Februar 2015 – Die Mission Biomass gilt einem der wichtigsten Bestandteile des Systems Erde, nämlich dem Zustand und der Entwicklung der tropischen Regenwälder. Zu ihren wissenschaftlichen Hauptzielen gehören die Bestimmung der Verteilung der oberirdischen Biomasse in den Regenwäldern und die Messung der jährlichen Veränderungen dieser Masse während des Einsatzzeitraums des Satelliten.

Die Biomasse und die Vegetationshöhe werden mit einer Auflösung von 200m, Eingriffe in das Waldsystem, wie etwa Kahlschlag, mit einer Auflösung von 50m erfasst, womit die Mission ein wichtiges Hilfsmittel für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung darstellt.

Die Untersuchung der tropischen Biomasse ist für das Verständnis des Klimas auf unserem Planeten von grundlegender Bedeutung.

Mit Biomass bietet sich zum ersten Mal die Möglichkeit, satellitengestützte Radarbeobachtungen der Erdoberfläche im P-Band zu machen. Über die Untersuchung der Regenwälder hinaus werden die Daten auch der Überwachung der Ionosphäre, von Gletschern und Eiskappen sowie der Erfassung unterirdischer geologischer Strukturen in Wüstengebieten und der Topografie von unter dichter Vegetation verborgenen Oberflächen dienen.

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