Livet som vi känner det behöver vatten för att frodas. Ändå, vi ser liv kvarstå i de torraste miljöerna på jorden. Men hur torr är för torr? Vid vilken tidpunkt är en miljö för extrem för till och med mikroorganismer, den minsta och ofta mest motståndskraftiga av livsformer, att överleva? Dessa frågor är viktiga för forskare som söker efter liv bortom jorden, inklusive på planeten Mars. För att hjälpa till att svara på denna fråga, ett forskarlag från NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley reste till den torraste platsen på jorden:Atacamaöknen i Chile, en 1000 kilometer lång landremsa på Sydamerikas västkust.

Atacamaöknen är en av jordens miljöer som kommer närmast den uttorkade Mars-ytan. Men Atacama är inte jämnt torr. När du reser från den relativt mindre torra södra änden av öknen i centrala Chile till dess extremt torra centrum i norra Chile, den årliga nederbörden skiftar från några millimeter regn per år till bara några millimeter regn per decennium.

Denna ojämnt torra miljö ger en möjlighet att söka efter liv vid minskande nederbördsnivåer. Genom att fastställa hur mycket vatten en miljö behöver för att vara beboelig, d.v.s. kunna stödja livsformer, forskargruppen kunde fastställa att det finns en torr gräns för beboelighet.

"På jorden, vi hittar bevis på mikrobiellt liv överallt, sa Mary Beth Wilhelm, en astrobiolog vid Ames och huvudförfattare till den nya studien publicerad i tidskriften Astrobiologi den här månaden. "Dock, i extrema miljöer, det är viktigt att veta om en mikrob är vilande och knappt överlever, eller verkligen levande och mår bra."

Biologer definierar något som levande om det är kapabelt till tillväxt och reproduktion. Om mikrober helt enkelt överlever eller utför några grundläggande funktioner, de kommer att dö inom en generation utan att förmedla någon genetisk information. När man letar efter potentialen för liv på Mars, forskare måste se denna reproduktion ske, vilket leder till befolkningsökning och genetisk förändring från en generation till nästa.

"Genom att lära sig om och hur mikrober förblir vid liv i extremt torra områden på jorden, vi hoppas att bättre förstå om Mars en gång hade mikrobiellt liv och om det kunde ha överlevt fram till idag, sa Wilhelm.

Ett tecken på stress är ett tecken på liv

Forskare har några verktyg för att ta reda på om ett prov växer eller bara överlever. Ett viktigt tecken är stress. Att leva tillräckligt länge för att växa och anpassa sig i extrema öknar som Atacama – eller potentiellt på Mars – är ingen lätt uppgift. Om livet verkligen växer i denna extremt torra miljö, det kommer att bli stressat, medan det vilande livet helt enkelt inte kommer att överleva. Eftersom vilande liv inte ens kan försöka växa eller fortplanta sig, det finns inga stressmarkörer, som förändringar i strukturen hos vissa cellmolekyler. Astrobiologer kan leta efter några tydliga tecken på denna stress för att söka efter tecken på tillväxt i de torra jordarna.

Forskarteamet samlade in jordprover från hela Atacamaöknen och förde dem tillbaka till sitt labb i Ames. Där, de utförde tester för att identifiera stressmarkörer i proverna genom att titta på egenskaper som är gemensamma för alla kända levande organismer.

En stressmarkör kan hittas i lipider, molekyler som utgör den yttre ytan av en levande mikrobiell cell, känt som dess membran. När celler utsätts för stressiga förhållanden, deras lipider ändrar struktur, blir stelare.

Forskare hittade denna markör i mindre torra delar av Atacama, men det saknades mystiskt i de torraste områdena, där mikrober borde vara mer stressade. Baserat på dessa och andra resultat, teamet tror att det finns en övergångslinje mellan där små mängder vatten fortfarande är tillräckligt för att liv ska växa och där miljön är så torr att mikroorganismer bara överlever utan tillväxt i ytjorden i Atacama.

Dejta resterna av livet

Forskare kan se hur länge celler har varit döda genom att studera en typ av molekyl som kallas aminosyror, proteiners byggstenar. Strukturerna för dessa aminosyror har två former, var och en en spegelreflektion av den andra, som ett par händer. Faktiskt, denna "handedness" är termen som forskare använder för att beskriva dessa strukturer.

Allt liv på jorden är byggt med "vänsterhänta" aminosyramolekyler. Dock, när en cell dör, några av dess aminosyror förändras med en känd hastighet till den reflekterande "högerhänta" strukturen, så småningom balansera till ett förhållande på 50-50 under många år.

Genom att titta på detta förhållande i de torraste Atacama-jordarna, forskarna hittade mikrober där som har varit döda i minst 10, 000 år. Att hitta ens resterna av så här gamla liv är extremt sällsynt, och överraskande för ett prov som sitter på jordens yta.

Förbereder sig för Mars

Mars är 1, 000 gånger torrare än till och med de torraste delarna av Atacama, vilket gör det mindre sannolikt att mikrobiellt liv som vi känner det existerar på planetens yta, även med viss tillgång till vatten. Dock, även i de torraste områdena i Chiles öken, rester av tidigare mikrobiellt liv från fuktigare tider i Atacamas historia var tydligt närvarande och välbevarade under tusentals år. Detta betyder att eftersom forskare vet att Mars var en blötare, mer levande planet i sitt förflutna, spår av det gamla livet kan fortfarande vara intakta.

"Innan vi åker till Mars, vi kan använda Atacama som ett naturligt laboratorium och, baserat på våra resultat, anpassa våra förväntningar på vad vi kan hitta när vi kommer dit, ", sa Wilhelm. "Att veta att Mars yta idag kan vara för torr för att liv ska växa, men att spår av mikrober kan hålla i tusentals år hjälper oss att designa bättre instrument för att inte bara söka efter liv på och under planetens yta, utan att försöka låsa upp hemligheterna från dess avlägsna förflutna."