Het leven zoals we het kennen is nog nooit ergens in ons zonnestelsel of heelal gevonden, anders dan op aarde. Maar dat betekent niet noodzakelijk dat het er niet is.

De Mars 2020-missie is de eerste NASA-missie met een expliciete astrobiologische component. Gepland om gedurende tientallen jaren in meerdere delen te worden uitgevoerd, Mars 2020 en aanverwante missies zijn bedoeld om als eerste monsters van een andere planeet terug te sturen om ze te onderzoeken op tekenen van leven.

Maar wat hopen wetenschappers te vinden? Hoe weten ze of en wanneer ze het hebben gevonden? Wat betekent het voor het leven op aarde als er iets wordt gevonden, en wat betekent het als het niet zo is?

Voor inzicht in deze vragen, we spraken met Woody Fischer, hoogleraar geobiologie en associate director van het Caltech Center for Autonomous Systems and Technologies. Fischer bestudeert oude rotsen op aarde op tekenen van oud leven.

Wat zijn de belangrijkste manieren waarop Mars verschilt van de aarde, in termen van mogelijk hostingleven?

Er zijn veel dingen die Mars anders maken, maar een grote is dat het niet tektonisch actief is. In sommige opzichten, Mars is misschien zelfs beter geschikt dan de aarde voor het bewaren van handtekeningen van het vroege leven. De aarde is tektonisch actief, dus elke steen uit het begin van de geschiedenis van de planeet, zeg drie tot vier miljard jaar geleden, is nu begraven bij hoge temperaturen en drukken, en die omstandigheden kunnen alle aanwijzingen over het leven dat het bevatte wissen. Het oppervlak van Mars, anderzijds, is relatief onveranderd door oppervlakteprocessen zoals tektoniek of de eroderende kracht van water. Als Mars drie tot vier miljard jaar geleden het leven had gehost, het zou een bewijs kunnen zijn van het vroegste leven in het zonnestelsel.

We weten dat Mars vroeger veel natter was, en we denken dat water een behoorlijk cruciaal onderdeel is voor de ontwikkeling en bloei van het leven. In feite, de Jezero Crater-landingsplaats voor Mars 2020 werd gekozen omdat het ooit een meer had ter grootte van Lake Tahoe. Water werkt op rotsen, verandert ze, het verandert hen na hun afzetting. Maar nu is Mars droog. En het gebrek aan water betekent dat er minder veranderingen zijn opgetreden. Mars zou ons eigenlijk een betere kans kunnen geven dan de aarde om vragen te beantwoorden over hoe het zonnestelsel er drie of vier miljard jaar geleden uitzag.

Ervan uitgaande dat het complexe monsterretourproces stukken van het Marsoppervlak terug naar de aarde brengt, wat zou je zoeken in deze monsters?

Natuurlijk, het vinden van een skeletfossiel zoals dat in natuurhistorische musea op aarde wordt gezien, zou volledig van paradigma veranderen. Maar we verwachten dat als het leven op Mars aanwezig zou zijn geweest, het microbieel zou zijn geweest, en microben laten niet vaak skeletfossielen achter; zeldzame records van microben in het gesteente van de aarde zijn filamenten en coccoides die werden begraven door mineralen.

We kennen een aantal factoren die de biologische activiteit meestal goed registreren:eigenlijk overal waar nieuwe mineralen zoals carbonaatzouten worden gevormd. Deze mineralen kunnen delen van hun omgeving vormen en inkapselen terwijl ze zich vormen en hebben microbiële fossiele informatie op aarde bewaard. Er wordt aangenomen dat carbonaatzouten zich in de Jezero-krater bevinden, dus we zijn intens geïnteresseerd in het verzamelen van alle monsters van carbonaten die we vinden om te zien of deze het textuurbewijs van leven behouden. We zouden ook zoeken naar organische biomarkerverbindingen, dat zijn verzamelingen moleculen waarvan de productie zeer ongunstig is zonder de hulp van biologie; moleculen zoals cholesterol in onze eigen cellen zijn daar voorbeelden van.

Er zijn een heleboel voorgestelde biohandtekeningen. Velen zijn niet uniek voor het leven, of diagnose van het leven, maar stel het zeker voor, omdat we geen andere manier kunnen bedenken waarop ze gemaakt kunnen worden zonder cel.

Wat zijn enkele voorbeelden hiervan?

Neem stromatolieten:deze klonterige rotsweefsels die enigszins gelaagd zijn als een schilferig koekje. Op aarde, we denken dat ze het fossiele residu zijn van kleverige netwerken van bacteriën die microbiële matten worden genoemd. Microbiële matten waren ongelooflijk belangrijke biologische gemeenschappen, zelfs voordat dieren zich op onze planeet ontwikkelden. Voor het grootste deel van de geschiedenis van het leven, het record is stromatolieten. Maar er zijn hiaten in onze kennis over hoe ze worden gemaakt - en er kunnen zelfs hele klassen stromatolieten zijn die het resultaat zijn van minerale groeiprocessen die onafhankelijk zijn van de biologie. Wat als er een stromatolietstructuur op Mars zou worden gevonden en er geen extra organische handtekeningen in zaten? Zoeken naar leven op Mars kan ons helpen de hiaten in ons begrip van processen die op onze eigen planeet plaatsvinden, aan te pakken.

Anderzijds, we kennen enkele voorbeelden van de rockplaat op aarde die je voor de gek kunnen houden. Als ik je een dun deel van bepaalde soorten oud gesteente onder een microscoop zou laten zien, je zou ernaar kijken en je zou zeggen, "Oh, dat is zeker een cel. Het moet zo zijn." En ik zou zeggen:"Nee, eigenlijk weet ik dat dit van een metamorf gesteente komt. Dit werd gecreëerd onder omstandigheden van temperatuur en druk die het leven niet kon bereiken."

Iets dat ik opwindend vind, is dat onderzoekers onlangs hebben voorgesteld dat we zouden kunnen zoeken naar handtekeningen van prebiotische processen - de fysieke en chemische processen die voorwaarden zijn voor het ontstaan ​​van leven. Het is absoluut duidelijk uit onze huidige gegevens dat Mars bewoonbare omgevingen huisvestte, maar of ze daadwerkelijk bewoond waren, is de volgende vraag. Een andere manier om deze vraag te stellen is, waren er processen in die omgevingen die misschien de voorlopers waren van iets dat tot leven zou kunnen hebben geleid? Er is deze kans om te zeggen, goed, misschien heeft Mars nooit geleefd, maar misschien begon het op die weg. Misschien is het begonnen met dat soort prebiotische chemie. Misschien is er een opwindende chemie die is gebeurd of gebeurt op oppervlakte-omgevingen op Mars, maar het kwam nooit helemaal tot leven.

Welke processen worden beschouwd als voorlopers van het leven?

Er zijn een heleboel parallelle ideeën over welke soorten omgevingen en processen belangrijk waren voor het ontstaan ​​van het leven. Maar we weten heel weinig met zekerheid. En je kunt de vraag vandaag de dag niet beantwoorden in moderne aardse omgevingen, omdat leven alomtegenwoordig is en dergelijke prebiotische processen kan overtreffen. Maar misschien kun je bewijs van deze processen zien in een oude Mars-omgeving. Stel je voor dat we in Jezero op Mars terechtkomen en zien dat er een hoop organische stof is en dat we een deel van die organische stof kunnen karakteriseren. En misschien lijkt het op sommige dingen die gemaakt worden in laboratoriumomstandigheden onder een bepaalde experimentele opstelling, een hydrothermisch systeem, of een warmwaterbron, of een alkalisch meer.

Er is een echte kans voor ons om iets geweldigs van Mars te ontdekken, maar ook om iets op Mars te ontdekken dat we op aarde als vanzelfsprekend beschouwen. Misschien zijn er abiotische manieren om sommige van de materialen en texturen te genereren waarvan we aannemen dat ze door het leven op aarde worden geproduceerd.

Hoe zou de wetenschappelijke gemeenschap tot consensus komen om te verklaren, "is dit een teken van een vorig leven?" Is er een officiële definitie van 'leven'?

Stel je voor dat we een stromatoliet vinden. Er zullen mensen in het team en buiten het team zijn die klaar zullen zijn om de overwinning uit te roepen. "Dat is het, we hebben het leven gevonden." Er zullen ook een heleboel mensen zijn die zullen zeggen:"We zullen, wacht even. Hoe weten we dat we zo zeker zijn?"

Dit heen en weer zal plaatsvinden, I denk, als we deze materialen ontdekken. Dat soort dialoog zal heel belangrijk zijn tijdens dit proces.

Wetenschap is zo subtiel. Het is altijd zo'n discussie. Met elke nieuwe waarneming en ontdekking komt de mogelijkheid om een ​​meer gedetailleerde, precieser, vraag. Momenteel, als we het hebben over levensdetectie, er zijn altijd kanttekeningen, en als-dan, en dat soort dingen. Dat vertalen we niet altijd even goed naar het publiek. Maar ik denk dat het een groot probleem zou zijn om te kunnen zeggen, "Kijk, we zien hier materialen die we associëren met het leven, en we gaan ons uiterste best doen om dit op een rigoureuze manier te testen, maar dit is dichterbij dan we ooit zijn geweest om te begrijpen of er leven aanwezig is op een andere planeet dan de onze."

Hoe zou de aanwezigheid van leven op Mars onze kijk op het leven op aarde veranderen?

Stel je voor dat je tekenen van oud leven op Mars kunt vinden. Het volgende dat u wilt zien, is of er leven is dat tot op de dag van vandaag op de planeet voortduurt. Stel je voor dat we dat ook vinden. Het volgende dat je wilt weten is, heeft het te maken met het leven op aarde? In welke mate doet het ons aan onszelf denken of niet? Is het een heel ander experiment? Of het nu onafhankelijk is geëvolueerd op Mars, in tegenstelling tot het deel uitmaken van panspermia - het idee dat het leven op de een of andere manier door het zonnestelsel werd verspreid op meteorieten of iets dergelijks - is echt interessant.

We zouden graag willen weten wat de overeenkomsten zijn tussen het leven op Mars en de aarde. Hoe plant het leven op Mars zich voort? Wat zijn de regels om te leven?

Stel je voor dat je zoiets als een cel vindt. Dat zou je kunnen vertellen dat het leven in een membraan moet worden ingesloten. Hoe oogsten deze cellen energie? Voor cellen op aarde, slechts drie smaken van energie - die in fosfoanhydridebindingen zoals in ATP [het molecuul dat energie levert om processen in levende wezens aan te drijven], redoxreacties, en membraan chemische gradiënten - zijn ooit gebruikt, hoewel er misschien in het verleden meer waren waar we niets van weten. Geldt dat ook voor Mars? Heeft het leven daar manieren bedacht om andere energiebronnen aan te boren die het leven op aarde niet heeft?

De vragen die daaruit voortkomen, worden echt spannend, heel snel. En zelfs als panspermia uiteindelijk verantwoordelijk wordt voor het leven op zowel aarde als Mars, wanneer is dat gebeurd? Dat soort dingen zou absoluut fascinerend zijn om te kunnen studeren. Misschien kunnen ze worden bestudeerd in combinatie met het sturen van mensen naar Mars, want we zijn misschien een decennium verwijderd van dat te doen. Ondanks de enorme technologische prestaties die gepaard gaan met het sturen van een rover als Perseverance naar Jezero Crater, het soort onderzoek dat je met een persoon kunt doen, gaat nog steeds verder dan wat we met een rover kunnen bereiken.