En geologistudent vid University of Cincinnati hjälper NASA att avgöra om det fanns liv på andra planeter.

Doktorand Andrew Gangidine arbetar tillsammans med UC geologiprofessor Andrew Czaja för att utveckla en markör för forntida bakterieliv på Mars. Forskningen kan hjälpa forskare att sätta ett av våra mest grundläggande mysterier i vila.

"Vi försöker svara på frågan:Hur sällsynt är liv i universum?" Sa Gangidine.

Czaja, en biträdande professor vid UC:s McMicken College of Arts and Sciences, sitter i en rådgivande kommitté för NASA som kommer att besluta vart på Mars nästa fjärrstyrda rover ska skickas. Bland andra mål, Rover kommer att leta efter bevis för att liv en gång funnits på den röda planeten. Den rådgivande kommittén har minskat listan över landningsplatskandidater till tre och kommer att rekommendera en finalist senare i år.

Under tiden, Gangidin studerar mikrobiellt liv i kiseldioxidvarma källor för att komma fram till en användbar indikator på liv på Mars. De senaste två åren, han har utfört fältarbete i gejserbassängerna i Wyomings Yellowstone National Park för att undersöka vilka grundämnen som är förknippade med bakterier som lever i dessa geotermiska pooler.

"Vi vill förbli objektiva. Vissa människor tror att det måste finnas liv på Mars, ", sa Gangidine. "Andra tror att det verkligen inte finns liv på Mars. Och båda sidor har goda chanser att få rätt. Båda har giltiga argument. Det är därför om vi går dit och inte ser något, det kommer inte att vara 'mission fail'."

Gangidine presenterade sin forskning den 25 april vid den andra internationella Mars Sample Return-konferensen i Berlin, Tyskland.

I dag, vi vet att liv inte kan existera på Mars, åtminstone inte på sin torra yta. Solstrålning delade upp det mesta av dess ytvatten i dess elementära delar för nästan 3 miljarder år sedan när den röda planeten förlorade sitt skyddande magnetfält.

Men forskare diskuterar om liv kan existera någonstans djupt under jorden, bland vattenfickor instängda runt geotermiska områden som liknar Yellowstones gejsrar.

Att hitta bevis på liv på Mars är förvånansvärt komplicerat.

Om Mars någonsin upprätthöll liv, det är möjligt att den utplånades när det mesta av dess atmosfär försvann i solvinden, sa Czaja.

Så NASA-forskare måste vara beredda att leta efter fossila bevis på bakterieliv som går så långt tillbaka. Gangidine sa att de goda nyheterna är att liknande fossil från tidigt bakterieliv för mer än 3,5 miljarder år sedan har hittats på jorden. Detta gör honom optimistisk att om liknande liv någonsin funnits på Mars, NASA har en chans att hitta ett fossilregister av det.

"Vi kan se hur liv bevaras i dessa kiseldioxidavlagringar idag. Vi har bevis på att detta händer under geologisk tid, " Sa Gangidine. "Vad vi försöker göra är att fånga fossilisering när det händer. Vad händer med själva mikroberna? Och vad händer med de spårämnen som vi tror är associerade med dem medan de lever?"

För att få fram ledtrådar om forntida liv på Mars, geologer ser till varma källor som de som finns i USA:s första nationalpark.

Gangidine och hans kollegor behöver tillstånd för att samla in prover i parkens bakland. Men att utforska gejserbassängerna kan vara knepigt och farligt. En turist dog 2017 efter att ha fallit i en av bassängens kokande pooler när han vandrade utanför spåret.

"Dessa saker kan verkligen ta bort köttet från dina ben, " Sa Gangidine. "Längst ner i varma källor vi studerar ser du dödskallar av bison och andra djur som var olycklig nog att vandra för nära."

Gangidines team inkluderar en erfaren backcountry-fältforskare, UC postdoktor Jeff Havig som nu är vid University of Minnesota. De tar sig försiktigt fram över kalderan. Ibland, de kan se var en bisons hov har brutit genom den tunna skorpan för att avslöja ångande lera.

Geologiarbetet tar dem över "skakande myrar, " ett tunt lager av torv och gräs som täcker djup skiftande lera. Gangidine gick tillsammans med en kollega på en sådan vandring när han sjönk över sina knän i den förrädiska myren.

"Lyckligtvis, det stället var inte supervarmt. Men jag gick bara en fot ifrån någon annan. Marken kan verkligen förändras snabbt, " sa han. "När vi går in i dessa inställningar, vi måste vara väldigt försiktiga."

Kokande syra och lavaliknande lera är inte de enda riskerna för forskare i gejserbassängerna. De måste också vara noga med att inte spendera för lång tid runt ångventilerna, som innehåller en blandning av gaser som koldioxid, svavelväte och metan som kan kväva en person under rätt förhållanden.

U.S. Geological Survey dokumenterade detta fenomen 1888 i en del av parken med smeknamnet "Death Gulch, " en naturlig depression mellan två branta kullar där giftiga gaser bubblar upp från Cache Creek. Harvard University geolog T.A. Jaggar Jr. återvände till området 1899 och hittade sex björnar, en älg och olika smådjur som dött tydligen efter att ha dukat under för de giftiga ångorna.

Men även i friska luften, gasen som stiger upp från marken kan ha en kumulativ effekt, Sa Gangidine.

"Dessa varma källor avger mycket gaser du inte vill andas in. De binder till hemoglobinet som transporterar syre genom din kropp. Andas in det, man blir väldigt trött, sa Gangidine.

"Det är därför vi försöker schemalägga en dag utanför fältet var tredje dag vi arbetar i fält. Om du är där i fyra dagar, du kan verkligen känna dig som en zombie. Det är verkligen svårt att tänka, svårt att flytta."

Som biologistudent vid UC, Gangidine arbetade med biologiprofessorn Dennis Grogan vid UC för att undersöka mikrobiellt liv som kallas extremofiler som lever på fientliga platser som Yellowstones sura eller alkaliska varma källor. Nu som geolog, Gangidine studerar fossilerna som dessa tåliga encelliga varelser lämnar efter sig.

"Varmkällor gör kiseldioxidavlagringar som bevarar liv riktigt bra, "Sade Gangidin. "När den lämnas exponerad på en planets yta, det kristalliserar inte och omvandlas inte. Så dessa prover borde vara relativt välbevarade om vi hittar dem."

I UC-professor Czajas geologilabb, Gangidin tittar genom ett mikroskop på objektglas han förberedde av bitar av Yellowstone-kiseldioxid som han tog från en bergig ångkongejser.

Bakteriefilamenten från prover tagna på toppen av gejsern är fulla av färg. Men de äldre proverna, några kanske tusentals år gamla, är färglösa, även om de håller formen. Så för fler ledtrådar om denna grundläggande livsform, Gangidin utsätter bakterieproverna för elementaranalys med användning av en sekundär jonmasspektrometer. Analysen återger elementen i levande färger:djupt gult, röda och gröna som representerar krom eller gallium kanske förknippas med bakterielivet.

Om gangidin hittar en korrelation mellan koncentrationer och rumsfördelningar av vissa element och bakterierna, det kan fungera som en biosignatur som forskare kan använda för att identifiera tidigare liv på Mars.

"Anledningen till att vi valde gallium är att det inte är känt för att vara associerat med liv. Men när vi tittar på de fossiliserade bakterieproverna, vi hittar det, så det måste vara något på gång, "Sade Gangidin. "Lagrar bakterierna vissa grundämnen i motsats till vad du skulle hitta någon annanstans i dessa stenar?"

Gangidine arbetar med forskare i Australien, hem till några av världens äldsta fossiler, vissa går tillbaka 3,5 miljarder år.

"Om jag vill skapa en biosignatur, Jag måste bevisa att det håller i sig hela tiden, "Sade Gangidin. "Den finns i dessa relativt yngre prover. Men finns det i dessa gamla prover, för? Det kommer att vara avgörande att ta reda på."

Gangidine planerar också att bygga en konstgjord varm källa i ett labbakvarium med liknande element som finns i gejsrar. Genom att introducera en övermättnad i vattnet, överskottet av kiseldioxid kommer att falla ut ungefär på samma sätt som det gör i naturen. Sedan kan han lägga till spårkemikalier förknippade med liv och studera vad som händer i en miniatyrvärld utan liv.

"För att bevisa att vi hittade en biosignatur, vi måste bevisa att signaturen inte sker utan liv, " han sa.

"Gallium är den vi blev överraskade av, "Czaja sa. "Det är förknippat med kiseldioxid nära bakterierna men finns inte i bakterierna."

Som gangidin, Czaja började med naturvetenskaperna genom att studera biologi innan han gjorde en karriär inom paleontologi.

Czajas rådgivande kommitté för NASA kommer att träffas i oktober för att besluta vart på Mars de vill skicka rovern bland de tre föredragna destinationerna. Rover är preliminärt planerad att lanseras i juli eller augusti 2020, anländer till Mars cirka sju månader senare.

"NASA tenderar att gilla att gå till nya platser för att tänja på gränsen. Geologer gillar att gå tillbaka till samma platser om och om igen för att ställa nya frågor, " sa Czaja.

Rovern kommer att samla in prover i förseglade behållare för frakt tillbaka till jorden i ett senare uppdrag. Så det kan dröja många år innan geologer som Czaja och Gangidine vet om deras gissningar om var det är bäst att leta efter liv på Mars var korrekta.

Att hjälpa till att formulera en fråga som du kanske aldrig lever för att få svar på är en av vetenskapens mest osjälviska sysselsättningar, sa Czaja.

"En sak jag gillar med dessa NASA-uppdrag är det långsiktiga tänkandet och planeringen, " sade han. "Folk som arbetar med dessa projekt nu kanske aldrig ser resultaten. Men de är fortfarande villiga att lägga ner arbetet eftersom det är en så fascinerande fråga."

Mars 2020-uppdraget kommer inte att misslyckas om forskare inte hittar några bevis på liv. Raka motsatsen, Sa Gangidine.

"Om vi ​​hittar det, vi kan säga att livet kanske inte är så sällsynt bland planeter, " Sa Gangidine. "Men om vi inte hittar liv på platser som skulle vara de mest idealiska och bäst bevarade kandidaterna, då kanske livet är ganska sällsynt."

Men om NASA hittar bevis på liv på Mars, som kanske tyder på att det inte är så extraordinärt att få liv i en ursoppa trots allt. Och den första frågan kommer att vara hur livet på Mars jämförs med livet på jorden, sa Czaja. Fanns det en gemensam förfader?

"Kanske är vi alla marsbor, " sa Czaja.

Alla påståenden om existensen eller frånvaron av liv på Mars kommer att bli föremål för världsomspännande granskning och skepsis. Czaja sa att forskare måste vara beredda att tillhandahålla en mängd bevis för att befästa sina resultat.

"Det räcker inte med att hitta något som ser ut som en bakteriecell, ", sa Czaja. "Det finns icke-biologiska saker som kan se ut så. Men om du har en kaskad av egenskaper - det här och det här och det här läggs ihop - är det svårt att förklara det på något annat sätt än för livet."