Sådan opdager du liv på Mars

Da MIT-forsker Christopher Carr besøgte en grøn sandstrand på Hawaii i en alder af 9, han troede nok ikke, at han ville bruge de små olivinkrystaller under sine fødder til en dag at søge efter udenjordisk liv. Carr, nu den videnskabelige hovedforsker for instrumentet Search for Extraterrestrial Genomes (SETG), der udvikles i fællesskab af Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS) ved MIT og Massachusetts General Hospital, arbejder for at gifte sig med biologiens verdener, geologi, og planetarisk videnskab for at hjælpe med at forstå, hvordan livet udviklede sig i universet.

"Vores historie afsløret af videnskaben er en virkelig utrolig historie, " siger Carr. "Du og jeg er en del af en ubrudt kæde af 4 milliarder års evolution. Jeg vil gerne vide mere om den historie."

SETG blev oprindeligt foreslået af professor i genetik ved Harvard Medical School Gary Ruvkun, og har siden 2005 været ledet af Maria Zuber, E. A. Griswold professor i geofysik i EAPS og vicepræsident for forskning ved MIT.

Som den videnskabelige principforsker af SETG, Carr, sammen med et stort hold af videnskabsmænd og ingeniører, har hjulpet med at udvikle instrumentering, der kunne modstå stråling og detektere DNA, en type nukleinsyre, der bærer genetisk information i de fleste levende organismer, i rumfartsmiljøer. Nu, Carr og hans kolleger arbejder på at finjustere instrumenteringen til at fungere på den røde planet. At gøre det, holdet havde brug for at simulere den slags jord, der menes for at bevare beviser for liv på Mars, og for det, de havde brug for en geolog.

Angel Mojarro, en kandidatstuderende i EAPS, var klar til opgaven. Mojarro brugte måneder på at syntetisere Mars-jord, der repræsenterede forskellige regioner på Mars, som fastslået af Mars rover-data.

"Det viser sig, at du kan købe de fleste af de sten og mineraler, der findes på Mars online, " siger Mojarro. Men ikke alle.

En af de svære at finde komponenter i jorden var olivin fra stranden Carr havde besøgt som barn:"Jeg ringede til mine folk og sagde, 'Hej, kan du finde olivinsandet i kælderen og sende mig noget af det?'"

Efter at have skabt en samling af forskellige analoge Mars-jordarter, Mojarro ønskede at finde ud af, om SETG kunne udvinde og detektere små mængder DNA indlejret i disse jorder, som det ville gøre på en fremtidig Mars-mission. Mens der allerede eksisterer mange teknologier på Jorden til at opdage og sekventere DNA, nedskalering af instrumenteringen til at passe på en rover, overleve transport fra Jorden, og udføre high fidelity-sekventering i et barskt Mars-miljø er en unik udfordring. "Det er en hel masse trin, uanset hvad sekventeringsteknologien er lige nu, " siger Carr.

SETG-instrumenteringen har udviklet sig og forbedret siden dens udvikling begyndte i 2005, og, i øjeblikket, teamet arbejder på at integrere en ny metode, kaldet nanopore-sekventering, ind i deres arbejde. "I nanopore-sekventering, DNA-strenge bevæger sig gennem huller i nanostørrelse, og sekvensen af ​​baser detekteres via ændringer i en ionstrøm, " siger Mojarro.

På egen hånd, Mojarros Mars-analogjord indeholdt ikke mikrober, så at teste og udvikle nanopore-sekventering af DNA i Mars analog jord, Mojarro tilføjede kendte mængder sporer fra bakterien Bacillus subtilis til jorden. Uden menneskelig hjælp på Mars, SETG-instrumentering skal være i stand til at indsamle, rense, og gøre det muligt for DNA'et at blive sekventeret, en proces, der normalt kræver omkring et mikrogram DNA på Jorden, siger Mojarro.

Gruppens resultater ved hjælp af den nye sekventerings- og forberedelsesmetode, som blev indberettet i Astrobiologi , skubbede grænserne for detektion til dele-per-milliard-skalaen - hvilket betyder, at selv de mindste spor af liv kunne detekteres og sekventeres af instrumentet.

"Dette gælder ikke kun for Mars ... disse resultater har implikationer på andre områder, også, " siger Mojarro. Lignende metoder til DNA-sekventering på Jorden er blevet brugt til at hjælpe med at styre og spore ebola-udbrud og i medicinsk forskning. Og yderligere, forbedringer af SETG kan have vigtige konsekvenser for planetarisk beskyttelse, som har til formål at forhindre og minimere jord-oprindende biologisk forurening af rummiljøer.

Selv ved den nye detektionsgrænse for SETG-instrumenteringen, Mojarro var i stand til at skelne mellem menneskeligt DNA og Bacillus DNA. "Hvis vi opdager liv på andre planeter, " Mojarro siger, "vi har brug for en teknik, der kan skelne blaffemikrober fra Jorden og livet på Mars."

I deres udgivelse, Mojarro og Carr foreslår, at denne udvikling kan udfylde nogle af de manglende huller i historien om livet på Jorden. "Hvis der er liv på Mars, der er en god chance for, at det er relateret til os, "Carr siger, citerer tidligere undersøgelser, der beskriver den planetariske udveksling af materialer under den sene tunge bombardementperiode (4,1 til 3,8 milliarder år siden).

Hvis SETG opdager og sekvenserer DNA på Mars i fremtiden, Carr siger, at resultaterne kunne "omskrive selve vores forestilling om vores egen oprindelse."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.