Lebenswissenschaften auf dem Weg ins All – Astrobiologie, Bioastronautik und Weltraum-Bioprozess­technik

Mit jeder neuen Mission rückt die Frage näher: Wie können wir im All langfristig überleben?

Es geht nicht nur um Raketen und Technik – es geht um Lebenserhaltung, Gesundheit und biologische Systeme, die auf fremden Himmelskörpern funktionieren müssen.

Die Forschung dazu ist in drei große Bereiche gegliedert:
Astrobiologie – die Suche nach Leben im Universum und das Verständnis seiner Grundlagen.
Bioastronautik – die Untersuchung der Auswirkungen des Raumflugs auf Menschen, Tiere, Pflanzen und Mikroben.
Space Bioprocess Engineering – die Entwicklung biologischer Produktionssysteme für Nahrung, Wasser, Medikamente und Materialien im All.

Astrobiologie – Leben im Universum verstehen

Astrobiologie untersucht die Ursprünge, Entwicklung, Verbreitung und Zukunft des Lebens.

Dazu gehört die Suche nach bewohnbaren Umgebungen auf Mars, Europa oder Enceladus, der Nachweis organischer Moleküle als mögliche Bausteine des Lebens sowie der Schutz vor Kontamination – sowohl anderer Planeten als auch der Erde bei Rückkehr.

Forscher analysieren auch Extremophile wie Tardigraden oder Haloarchaea, die unter extremen Bedingungen überleben können – wichtig für das Verständnis, wie Leben außerhalb der Erde existieren könnte.

Bioastronautik – Gesundheit und Überleben im All

Bioastronautik verbindet Biologie, Medizin und Ingenieurwesen, um die Auswirkungen von Mikrogravitation, Strahlung, Isolation und Enge zu erforschen.

Zu den größten Problemen gehören Knochenabbau, Muskelschwund, Herz-Kreislauf-Probleme, Veränderungen des Immunsystems und des Sehens sowie psychologische Belastungen bei langen Missionen.

Wichtige Forschungsfelder sind das Mikrobiom von Astronauten – dessen Veränderungen Krankheiten begünstigen können – sowie Gegenmaßnahmen wie Sportprogramme, Probiotika oder neue Lebensunterstützungssysteme.

Auch der Einsatz von Modellorganismen wie Mäusen, Fischen, Pflanzen und Bakterien hilft, Risiken zu verstehen und Lösungen zu entwickeln.

Space Bioprocess Engineering – Biologische Selbstversorgung im All

Dieser Bereich konzentriert sich auf die Entwicklung biologischer Produktionsprozesse für Weltraummissionen.

Dazu gehören die In-situ-Ressourcennutzung (ISRU), etwa das Gewinnen von Wasser aus Marsboden oder die Umwandlung von CO₂ in Sauerstoff, geschlossene Kreisläufe zur Wiederverwertung von Wasser, Luft und Nährstoffen sowie das Biomanufacturing – also die Nutzung von Mikroben und Pflanzen zur Herstellung von Nahrungsmitteln, Medikamenten, Bioplastik oder Baustoffen.

Beispiele dafür sind Cyanobakterien wie Arthrospira platensis, die Nährstoffe und pharmazeutische Wirkstoffe produzieren, oder selbstheilende Materialien aus biologischen Komponenten, die Strukturen reparieren könnten.

Einstiegsmöglichkeiten für Biologen

Wer sich beteiligen will, findet zahlreiche Wege in die Raumfahrtbiologie.

Dazu gehören internationale Konferenzen wie ABSciCon, ASGSR oder COSPAR, Forschungsnetzwerke von NASA, ESA und JAXA sowie offene Wissenschaftsprojekte und Topical Teams für junge Wissenschaftler.

Ausblick – Warum jetzt handeln

In den nächsten 20 Jahren werden Missionen länger und komplexer – inklusive möglicher Marsreisen über mehrere Jahre.

Für den Erfolg solcher Unternehmungen ist entscheidend, nachhaltige biologische Versorgungssysteme, stabile Recycling- und Produktionskreisläufe sowie fundiertes Wissen über Gesundheit und Anpassung im All zu entwickeln.

Diese drei Disziplinen bilden gemeinsam das Fundament, um Leben jenseits der Erde möglich zu machen – und sie liefern auch auf der Erde Innovationen, von nachhaltiger Landwirtschaft bis zu neuen medizinischen Verfahren.

Quelle: Berliner, A. J. et al. (2024). Domains of life sciences in spacefaring: what, where, and how to get involved. npj Microgravity. DOI: 10.1038/s41526-024-00354-y

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