Livet, som vi ikke kender det:Astrobiologi og Mars 2020-missionen

Livet, som vi kender det, er aldrig blevet fundet nogen steder i vores solsystem eller univers, andet end på jorden. Men det betyder ikke nødvendigvis, at det ikke er derude.

Mars 2020-missionen er den første NASA-mission med en eksplicit astrobiologisk komponent. Planlagt til at blive udført i flere dele over årtier, Mars 2020 og relaterede missioner sigter mod at være de første til at returnere prøver af en anden planet med det formål at undersøge dem for tegn på liv.

Men hvad håber forskerne at finde? Hvordan vil de vide, om eller hvornår de har fundet det? Hvad betyder det for livet på Jorden, hvis noget bliver fundet, og hvad betyder det, hvis det ikke er det?

For at få indsigt i disse spørgsmål, vi talte med Woody Fischer, professor i geobiologi og associeret direktør for Caltech Center for Autonome Systemer og Teknologier. Fischer studerer gamle klipper på Jorden for tegn på gammelt liv.

Hvad er de vigtigste måder, hvorpå Mars er forskellig fra Jorden, i forhold til potentielt værtsliv?

Der er mange ting, der gør Mars anderledes, men en stor er, at den ikke er tektonisk aktiv. På nogle måder, Mars kan være endnu bedre egnet end Jorden til at bevare signaturer fra tidligt liv. Jorden er tektonisk aktiv, så enhver sten fra tidligt i planetens historie, sige for tre til fire milliarder år siden, er nu blevet begravet ved høje temperaturer og tryk, og disse forhold kan slette ethvert spor om livet, det måtte have indeholdt. Mars overflade, på den anden side, er forholdsvis uændret af overfladeprocesser såsom tektonik eller vands eroderende kraft. Hvis Mars var vært for liv for tre til fire milliarder år siden, det kunne være bevis på det tidligste liv i solsystemet.

Vi ved, at Mars plejede at være meget vådere, og vi tror, ​​at vand er en ret kritisk komponent for, at livet kan udvikle sig og trives. Faktisk, Jezero Crater-landingsstedet for Mars 2020 blev valgt, fordi det engang havde en sø på størrelse med Lake Tahoe. Vand virker på sten, ændrer dem, det ændrer dem efter deres aflejring. Men nu er Mars tør. Og manglen på vand betyder, at der er sket mindre ændringer. Mars kunne faktisk give os en bedre chance end Jorden til at besvare spørgsmål om, hvordan solsystemet var for tre eller fire milliarder år siden.

Forudsat at den komplekse prøvereturproces bringer stykker af Mars-overfladen tilbage til Jorden, hvad ville du kigge efter i disse prøver?

Selvfølgelig, at finde et skeletfossil som dem man ser på naturhistoriske museer på Jorden ville være fuldstændig paradigmeskifte. Men vi forventer, at hvis liv var til stede på Mars, ville det have været mikrobielt, og mikrober efterlader ikke ofte skeletfossiler; sjældne registreringer af mikrober i Jordens klipperegister er filamenter og coccoider, der blev begravet af mineraler.

Vi kender nogle faktorer, der har tendens til at være gode registreringer af biologisk aktivitet:stort set overalt, hvor der dannes nye mineraler som carbonatsalte. Disse mineraler kan skabe skabeloner og indkapsle stykker af deres miljø, efterhånden som de dannes og har bevaret mikrobiel fossil information på Jorden. Carbonatsalte antages at være i Jezero-krateret, så vi er intenst interesserede i at indsamle prøver af carbonater, som vi finder for at se, om disse bevarer teksturelle beviser på liv. Vi ville også lede efter organiske biomarkørforbindelser, som er sæt af molekyler, hvis produktion er yderst ugunstig uden hjælp fra biologi; molekyler som kolesterol i vores egne celler er eksempler på dette.

Der er et væld af foreslåede biosignaturer. Mange er ikke unikke for livet, eller livsdiagnostik, men foreslå det bestemt, fordi vi ikke kan tænke på en anden måde, hvorpå de kunne laves uden en celle.

Hvad er nogle eksempler på dette?

Tag stromatolitter:disse klumpet stenstoffer, der er lagdelt lidt som en flaget kiks. På jorden, vi tror, ​​de er den fossile rest af klistrede netværk af bakterier kaldet mikrobielle måtter. Mikrobielle måtter var utroligt vigtige biologiske samfund, selv før dyr udviklede sig på vores planet. I det meste af livets historie, rekorden er stromatolitter. Men der er huller i vores viden om, hvordan de er lavet - og der kan endda være hele klasser af stromatolitter, der stammer fra mineralvækstprocesser uafhængigt af biologi. Hvad hvis en stromatolitstruktur blev fundet på Mars, og der ikke var yderligere organiske signaturer i den? At lede efter liv på Mars kan hjælpe os med at løse hullerne i vores forståelse af processer, der sker på vores egen planet.

På den anden side, vi kender nogle eksempler fra rockpladen på Jorden, der kunne narre dig. Hvis jeg skulle vise dig et tyndt udsnit fra visse typer gammel sten under et mikroskop, du ville se på det og du ville sige, "Åh, det er helt sikkert en celle. Det må være." Og jeg vil sige, "Ingen, faktisk ved jeg, at det er fra en metamorf klippe. Dette blev skabt ved temperatur- og trykforhold, som livet ikke kunne opnå."

Noget, der er spændende for mig, er, at forskere for nylig har foreslået, at vi kunne lede efter signaturer af præbiotiske processer – de fysiske og kemiske processer, der er forudsætninger for, at liv kan opstå. Det er helt klart ud fra vores nuværende data, at Mars var vært for beboelige miljøer, men om de faktisk var beboede eller ej er det næste spørgsmål. En anden måde at stille dette spørgsmål på er, forekom der processer i de miljøer, som måske var forløbere for noget, der kunne have ført til liv? Der er denne mulighed for at sige, godt, måske levede Mars aldrig, men måske startede det ad den vej. Måske startede det den slags præbiotisk kemi. Måske er der spændende kemi, der er sket eller sker på overflademiljøer på Mars, men det kom aldrig helt til livs.

Hvilke processer betragtes som forløbere for liv?

Der er en masse parallelle ideer om, hvilke typer miljøer og processer der var vigtige for livets tilblivelse. Men vi ved meget lidt med sikkerhed. Og du kan ikke besvare spørgsmålet i dag i moderne jordmiljøer, fordi livet er allestedsnærværende og kan udkonkurrere sådanne præbiotiske processer. Men måske kunne du se beviser for disse processer i et gammelt Mars-miljø. Forestil dig, hvis vi ender i Jezero på Mars, og vi observerer, at der er en masse organisk stof, og vi er i stand til at karakterisere noget af det organiske stof. Og måske ligner det nogle af de ting, der bliver lavet i laboratorieforhold under en bestemt eksperimentel opsætning, et hydrotermisk system, eller et varmt kildemiljø, eller en alkalisk sø.

Der er denne reelle mulighed for os at opdage noget fantastisk fra Mars, men også for at opdage noget på Mars, som vi tager for givet på Jorden. Måske er der abiotiske måder at generere nogle af de materialer og teksturer, som vi antager, er produceret af livet på Jorden.

Hvordan ville det videnskabelige samfund komme til konsensus om at erklære, "er dette et tegn på tidligere liv?" Er der en officiel definition af "liv?"

Forestil dig, at vi finder en stromatolit. Der vil være folk på holdet og uden for holdet, der vil være klar til at erklære sejr. "Det er det, vi fandt livet." Der vil også være en flok mennesker, der vil sige, "Godt, vent lige lidt. Hvordan ved vi, at vi er så sikre?"

Dette vil foregå frem og tilbage, Jeg tror, efterhånden som vi opdager disse materialer. Den slags dialog bliver virkelig vigtig under denne proces.

Videnskab er så subtil. Det er altid sådan en diskussion. Med hver ny observation og opdagelse kommer evnen til at spørge en mere detaljeret, mere præcis, spørgsmål. I øjeblikket, når vi taler om livsdetektion, der er altid forbehold, og hvis-så, og den slags. Vi oversætter ikke altid så utrolig godt til offentligheden. Men jeg tror, ​​det ville være en stor ting at kunne sige, "Se, vi ser materialer her, som vi forbinder med livet, og vi vil have vores arbejde skåret ud for at teste dette på en streng måde, men dette er tættere på, end vi nogensinde har været på at forstå, om der er liv til stede på en anden planet end vores egen."

Hvordan ville tilstedeværelsen af ​​liv på Mars ændre den måde, vi ser på livet på Jorden?

Forestil dig, at du kan finde tegn på gammelt liv på Mars. Den næste ting, du vil se, er, om der er liv, der har bestået på planeten indtil i dag. Forestil dig, at vi også finder det. Den næste ting du vil vide er, er det relateret til livet på jorden? I hvilken grad minder det os om os selv eller ej? Er det et helt andet eksperiment? Uanset om det udviklede sig uafhængigt på Mars eller ej, i modsætning til at være en del af panspermia - ideen om, at livet på en eller anden måde blev spredt i hele solsystemet på meteoritter eller sådan noget - er virkelig interessant.

Vi vil gerne vide, hvad der er fællestræk mellem liv på Mars og Jorden. Hvordan formerer livet på Mars sig? Hvad er reglerne for at være i live?

Forestil dig, at du finder noget som en celle. Det kan fortælle dig, at livet skal være indesluttet i en membran. Hvordan høster disse celler energi? For celler på Jorden, kun tre eller deromkring smagsstoffer af energi - dem i phosphoanhydridbindinger som i ATP [molekylet, der giver energi til at drive processer i levende ting], redoxreaktioner, og membrankemiske gradienter - nogensinde har været brugt, selvom der måske var flere i fortiden, som vi ikke kender til. Var det også sandt for Mars? Fandt livet der ud af måder at udnytte andre energikilder, som livet ikke har på Jorden?

Spørgsmålene, der dukker op derfra, bliver virkelig spændende, rigtig hurtigt. Og selvom panspermia ender med at være ansvarlig for livet på både Jorden og Mars, hvornår skete det? Den slags ville være helt fascinerende at kunne studere. Måske kunne de studeres i forbindelse med at sende folk til Mars, fordi vi måske er et årti fra at gøre det. På trods af de enorme teknologiske resultater forbundet med at sende en rover som Perseverance til Jezero Crater, den slags forskning, du kan lave med en person, er stadig ud over, hvad vi er i stand til at opnå med en rover.