Under de senaste två decennierna, NASA rymdfarkoster har identifierat potentiellt beboeliga miljöer i hela solsystemet och utanför. Rymdfarkoster på Mars har hittat bevis på att sjöar och vattendrag en gång täckte planeten, skyddad av en sedan länge borta tjock atmosfär. Vid Saturnus måne Enceladus, rymdfarkosten Cassini sniffade plymer av vatten som sprutade ut ur Enceladus isiga skal – detekterade kemi som liknar den som förekommer på vissa platser på jordens havsbotten, där havsvatten kemiskt reagerar med sten (och där levande varelser trivs). Det kommande Europa Clipper-uppdraget kan göra samma sak vid Jupiters måne Europa, där forskare har sett fler plymer. Även bortom solsystemet, några av de tusentals planeter som nu är kända för att kretsa kring andra stjärnor kan hysa ythav.

Nästa steg i att utforska dessa miljöer är att ta reda på om de faktiskt är beboeliga – och sedan söka efter liv. Tyvärr, inget enkelt instrument för att upptäcka liv existerar för närvarande. Såvida inte en kamera fångar en växande matta av bakterier på en Mars-klippa eller främmande plankton som simmar under Enceladus is, forskare måste använda en uppsättning instrument och olika uppsättningar data för att leta efter biosignaturer – eller tecken på liv.

Men vad är dessa tecken? För att hjälpa till att svara på denna fråga, ett team från NASA:s Astrobiology Program har utvecklat "Ladder of Life Detection, " en guide för forskare där varje steg representerar ett nyckelattribut i livet. The Ladder publicerades i tidskriften Astrobiologi den 4 juni, 2018.

Stegens biosignaturer

"The Ladder of Life Detection listar 15 funktioner som astrobiologiska samfundet föreslog för att representera indikatorer på liv, sa Marc Neveu, en postdoktor vid NASA:s högkvarter i Washington, DC och huvudförfattare till tidningen. The Ladder beskriver också hur forskare kan mäta dessa egenskaper och avgöra om de verkligen är bevis på liv.

Till exempel, allt liv som vi känner till kräver komplexa organiska molekyler och använder aminosyror – två funktioner i stegen.

Men bara att hitta dessa molekyler betyder inte att de uppstod från livet. "Många av de molekyler som används av livet kan bildas utan liv, sa Mary Voytek, Senior forskare för astrobiologi vid NASA:s högkvarter och medförfattare till papper. Till exempel, kemiska reaktioner på en planet eller komet kan bilda aminosyror och andra organiska molekyler.

Forskare måste "räkna ut, med dessa varningar, hur du kan säga att det du tittar på skapades av livet, " sa Voytek.

En indikation skulle vara målmolekyler som finns i unika proportioner jämfört med förväntade nivåer i den omgivande miljön. "Närvaron av något som inte förutsägs i miljön är bevis på liv, " Sa Voytek. "Livet driver saker ur jämvikt."

Till exempel, organiska molekyler av en viss komplexitet (tänk att en Lego-bil kontra enskilda klossar klickade ihop) bara kunde ha gjorts av livet, Voytek fortsatte. "Kemisk komplexitet är ett resultat av biologi - det kräver energi eller enzymer för att få det att hända."

Andra biosignaturer inkluderar pigment, tecken på metabolism (t.ex. spillvärme eller föreningar som andas ut av livet), eller till och med bevis på darwinistisk evolution. Det senare kan för närvarande inte upptäckas inom tidsskalorna för ett rymduppdrag, men skulle vara den gyllene biljetten till att identifiera livet.

Förstå miljökontexten

Huruvida forskare kan mäta dessa biosignaturer, antingen på distans eller på plats, är nästa fråga, sa Voytek. Det handlar inte bara om instrumentprestanda eller att undvika kontaminering av prover med molekyler som kommer från jorden. Forskare kommer också att behöva överväga miljökontexten. Hur ömtåligt är provet? Kan vår analys förstöra provet? Förändrar miljön provet kemiskt? Kan livet tolerera förhållandena där provet kom ifrån (som den strålningsexponerade ytan på Mars eller de kalla djupen i ett hav under is)?

The Ladder listar svar för varje biosignatur, baserat på erfarenheter från att leta efter liv på Mars och i jordens äldsta stenar och mest extrema miljöer. Som det visar sig, lättare mätningar att göra (de nedre stegpinnarna) kan vara svårare att tolka än stegpinnarna längre upp på stegen. Att klättra på stegen mot livet kommer att kräva utmanande mätningar.

Neveu betonade att stegpinnarna på stegen inte är huggna i sten - med mer forskning och diskussion, varje steg på stegen kan flyttas runt, och mer kan läggas till. Han och hans medförfattare uppmuntrar input från det astrobiologiska samhället för att förbättra stegen.