Jorden är en väldigt speciell planet. Det är den enda himlakroppen i solsystemet där vi vet att det finns liv. Kan det finnas liv på andra planeter eller månar? Mars är alltid den första som nämns i detta sammanhang; den har många egenskaper gemensamma med jorden, och i dess geologiska förflutna strömmade också vatten över dess yta. I dag, dock, förhållandena på Mars är så extrema att det är svårt att föreställa sig att organismer som de som finns på jorden skulle kunna överleva på den där kalla och torra ökenplaneten. Ett av syftena med det DLR-koordinerade experimentet BIOMEX (BIOlogy and Mars EXperiment) på den internationella rymdstationen (ISS) var att ta reda på om detta verkligen är möjligt. Resultaten är nu tillgängliga.

Ett nyckelresultat är att faktiskt, flera terrestra biologiska ämnen och strukturer är mycket tuffa. De överlevde mycket utmanande miljöförhållanden under ett 18 månader långt stresstest i rymden. Testerna involverade prover av olika organismer som bakterier, alger, lavar och svampar som utsätts för vakuum, intensiv ultraviolett strålning och extrema temperaturvariationer på utsidan av ISS under totalt 533 dagar. Astrobiolog Jean-Pierre Paul de Vera från DLR Institute of Planetary Research i Berlin-Adlershof, den person som är ansvarig för den vetenskapliga förvaltningen av BIOMEX, var imponerad. "Några av organismerna och biomolekylerna visade enormt motstånd mot strålning i yttre rymden och återvände faktiskt till jorden som "överlevande" från rymden, " noterade han. "Bl.a. vi studerade archaea, som är encelliga mikroorganismer som har funnits på jorden i över tre och en halv miljard år, lever i salt havsvatten. Våra "testpersoner" är släktingar till dem som har isolerats i den arktiska permafrosten. De har överlevt i rymdförhållanden och är även detekterbara med våra instrument. Sådana encelliga organismer kan vara kandidater för livsformer som kan finnas på Mars."

Livet på Mars verkar inte omöjligt

Med detta resultat, huvudmålet med experimentet uppnåddes; i princip, levande varelser som finns på jorden under extrema miljöförhållanden – så kallade ”extremofiler” – verkar också kunna existera på Mars. "Självklart, detta betyder inte att det faktiskt finns liv på Mars, " de Vera är snabb att notera. "Men sökandet efter liv är mer än någonsin den starkaste drivkraften för nästa generations uppdrag till Mars."

Förekomsten av åtminstone mycket enkla livsformer på Mars – antingen under de senaste fyra och en halv miljard åren av planetens historia eller till och med nu – är i princip tänkbar för DLR-astrobiologen de Vera och hans kollegor. Dock, ända tills nu, inga bevis för liv på Mars har hittats. Kretsande rymdfarkoster och mobila laboratorier på Mars yta har visat att viktiga förutsättningar för liv fortfarande finns idag – en atmosfär, element som kol, väte, syre, kväve, svavel och fosfor, och även vatten, åtminstone i form av is. Men Marsforskarnas detektorer har ännu inte registrerat själva livet eller dess metaboliska produkter.

BIOMEX-resultaten förstärker också en hypotes som har diskuterats intensivt bland forskare i decennier och som är relevant för frågan om hur livet kom till jorden för 3,8 miljarder år sedan. Panspermi-teorin antyder att organismer existerade på Mars tidigt i dess historia, och kastades från planeten av en asteroidnedslag i eller på utskjutna stenar och transporterades in i det inre solsystemet. Där, några av stenarna kolliderade med jorden som meteoriter, där organismerna de innehöll fortsatte att utvecklas.

Vakuum, ultraviolett strålning, värme, kall – BIOMEX som stresstest för mikroorganismer

För BIOMEX-experimentet, den 18 augusti 2014, De ryska kosmonauterna Alexander Skvortsov och Oleg Artemyev placerade flera hundra prover i en experimentbehållare på utsidan av den ryska ISS-modulen 'Zvezda'. Behållarna, öppen för den omgivande rymdmiljön, höll primitiva landlevande organismer som mossor, lavar, svampar, bakterie, archaea ('urbakterier') och alger, samt cellmembran och pigment. Vissa var inbäddade i, bland annat, simulerade marsjordar med en artificiell Mars-atmosfär. Den 22 oktober 2014, kosmonauterna Maxim Suraev och Aleksandr Samokutyayev tog bort skyddet. Från och med då, proverna exponerades permanent för rymdens hårda förhållanden – ett vakuum med stora temperaturvariationer och intensiv ultraviolett strålning. "Ännu en gång, ISS gav idealiska förhållanden för ett experiment som endast kunde utföras under rymdförhållanden, " förklarade de Vera.

Den 3 februari 2016 locket sattes tillbaka på behållaren av kosmonauterna Yuri Malenchenko och Sergei Volkov under en tredje rymdpromenad, och proverna fördes tillbaka till rymdstationen. Den 18 juni 2016, de återfördes till jorden med ESA-astronauten Tim Peake ombord på en Soyuz-rymdfarkost. Senare, experimentet överfördes från Baikonur (Kazakstan) till DLR-anläggningen i Köln, och BIOMEX-forskare vid 30 forskningsinstitutioner i 12 länder på tre kontinenter undersökte de individuella proverna. Från 27-29 mars 2019, DLR i Berlin kommer att presentera BIOMEX slutrapport med alla resultat vid en vetenskaplig konferens. Hittills, 42 refereegranskade artiklar har publicerats i facktidskrifter. Den berömda tidskriften Astrobiologi tillägnade ett specialnummer till BIOMEX i februari (Vol. 19, nummer 2, 2019).

Nya sensorer kan upptäcka metaboliska produkter från organismer

Instrumenten på framtida uppdrag till Mars-ytan skulle kunna mäta de metaboliska produkter eller cellbeståndsdelar som produceras av mikroorganismer som archaea. Detta representerar uppnåendet av ett annat mål med BIOMEX-experimentet. Berlin-baserade DLR Institute of Optical Sensor Systems, i samarbete med Institutet för Planetforskning, använder detektionsmetoder som inte kräver någon provberedning för att identifiera de ovan nämnda materialen. En av dessa metoder är Ramanspektroskopi. "Med Raman-spektroskopi, vi kan undersöka prover på Mars-ytan från en rover både oförstörande och utan att behöva ta kontakt med dem, " förklarar Ute Böttger från DLR Institute of Optical Sensor Systems. "Laserstrålar (högenergi, koncentrerat ljus) får molekyler att vibrera. Olika molekyler har olika vibrationsmönster som kan användas som ett distinkt fingeravtryck för att identifiera molekyler och kristallstrukturer."

Resultaten av BIOMEX är inte bara ett steg framåt i sökandet efter liv på Mars. De tjänar också till att definiera "biosignaturer" i rymden och utöka grunden för en databas för att fungera som grund för sökandet efter liv i solsystemet. Framtida uppdrag, som ExoMars-uppdraget planerat av European Space Agency (ESA) för 2020, kommer att dra stor nytta av dessa uppgifter. De kommer att vara ett viktigt hjälpmedel vid identifiering och klassificering av signaler som observerats av ExoMars 2020, eller de som erhållits av rymdfarkoster från andra himlakroppar. Till exempel, spår av metan har upptäckts i de isiga fontänerna av Saturnus måne Enceladus. Här, såväl som under de isiga skorporna på Jupiters månar Europa och Ganymedes, det kommer sannolikt att finnas avsevärda mängder vatten där primitiv, encelliga organismer kan ha sitt ursprung.

BIOMEX-experimentet

BIOMEX var ett av fyra experiment av EXPOSE-R2 (R står för den ryska versionen av exponeringsplattformen, 2:an för det andra experimentet i sitt slag). De andra var BOSS, PSS- och IBMP-experiment. BIOMEX utfördes gemensamt av ESA och den ryska rymdorganisationen Roscosmos. "ISS erbjöd idealiska förhållanden för ett experiment som skulle utföras under rymdförhållanden, " noterade de Vera. Parallellt med BIOMEX-experimentet i sin 400 kilometer höga bana, utvalda experiment genomfördes, använder identiska experimentuppställningar som de i rymden, i Mars-simuleringskammaren vid DLR Institute of Planetary Research och i en rymdsimuleringskammare vid DLR Institute of Aerospace Medicine i Köln. Således, "kontrollprover" skapades för experimentet och dess vetenskapliga utvärdering.

BIOMEX – ESA/Roscosmos 'Biology and Mars Experiment' – ägde rum på ISS 2014-2016. Experimentet koordinerades och leddes av DLR Institute of Planetary Research. DLR Institutes of Aerospace Medicine och Optical Sensor Systems var också involverade. I Tyskland, Robert Koch-institutet, tekniska universitetet och naturhistoriska museet i Berlin, University of Applied Sciences i Wildau, Fraunhofer-institutet för cellterapi och immunologi, GFZ German Research Centre for Geosciences i Potsdam och Heinrich-Heine University of Düsseldorf var också involverade i implementering och utvärdering.