När MIT-forskaren Christopher Carr besökte en grön sandstrand på Hawaii vid 9 års ålder, han trodde förmodligen inte att han skulle använda de små olivinkristallerna under sina fötter för att en dag söka efter utomjordiskt liv. Carr, nu den vetenskapliga huvudforskaren för instrumentet Search for Extraterrestrial Genomes (SETG) som utvecklas gemensamt av Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) vid MIT och Massachusetts General Hospital, arbetar för att gifta sig med biologins världar, geologi, och planetarisk vetenskap för att hjälpa till att förstå hur livet utvecklades i universum.

"Vår historia som avslöjas av vetenskapen är en helt otrolig historia, " säger Carr. "Du och jag är en del av en obruten kedja av 4 miljarder år av evolution. Jag vill veta mer om den historien."

SETG föreslogs ursprungligen av professor i genetik vid Harvard Medical School Gary Ruvkun, och har sedan 2005 letts av Maria Zuber, E. A. Griswold professor i geofysik i EAPS och vicepresident för forskning vid MIT.

Som vetenskapsprincipens utredare för SETG, Carr, tillsammans med ett stort team av forskare och ingenjörer, har hjälpt till att utveckla instrumentering som kan motstå strålning och detektera DNA, en typ av nukleinsyra som bär genetisk information i de flesta levande organismer, i rymdfärdsmiljöer. Nu, Carr och hans kollegor arbetar med att finjustera instrumenteringen för att fungera på den röda planeten. Att göra det, teamet behövde simulera de typer av jordar som troddes för att bevara bevis på liv på Mars, och för det, de behövde en geolog.

Angel Mojarro, en doktorand i EAPS, var redo för uppgiften. Mojarro tillbringade månader med att syntetisera marsjordar som representerade olika regioner på Mars, som fastställts av Martian roverdata.

"Det visar sig att du kan köpa de flesta stenar och mineraler som finns på Mars online, " säger Mojarro. Men inte alla.

En av de svåra att hitta komponenterna i jorden var olivin från stranden Carr hade besökt som barn:"Jag ringde upp mina vänner och sa, 'Hallå, kan du hitta olivinsanden i källaren och skicka lite av det till mig?'"

Efter att ha skapat en samling av olika Mars-analogjordar, Mojarro ville ta reda på om SETG kunde extrahera och detektera små mängder DNA inbäddat i dessa jordar som det skulle göra på ett framtida Mars-uppdrag. Medan många tekniker redan finns på jorden för att upptäcka och sekvensera DNA, skala ner instrumenteringen för att passa på en rover, överleva transport från jorden, och utföra high fidelity-sekvensering i en hård marsmiljö är en unik utmaning. "Det är en hel massa steg, oavsett vad sekvenseringstekniken är just nu, " säger Carr.

SETG-instrumenteringen har utvecklats och förbättrats sedan dess utveckling började 2005, och, för närvarande, teamet arbetar med att integrera en ny metod, kallas nanopore-sekvensering, in i sitt arbete. "I nanopore-sekvensering, DNA-strängar färdas genom hål i nanostorlek, och sekvensen av baser detekteras via förändringar i en jonström, " säger Mojarro.

Av sig själva, Mojarros Mars-analogjordar innehöll inte mikrober, så att testa och utveckla nanopore-sekvensering av DNA i Mars analoga jordar, Mojarro tillsatte kända mängder sporer från bakterien Bacillus subtilis till jorden. Utan mänsklig hjälp på Mars, SETG-instrumentering skulle behöva kunna samla in, rena, och gör att DNA:t kan sekvenseras, en process som vanligtvis kräver ungefär ett mikrogram DNA på jorden, säger Mojarro.

Gruppens resultat med den nya sekvenserings- och beredningsmetoden, som redovisades i Astrobiologi , flyttade gränserna för upptäckt till delar-per-miljard-skalan – vilket innebär att även de minsta spåren av liv kunde detekteras och sekvenseras av instrumentet.

"Detta gäller inte bara Mars ... dessa resultat har implikationer på andra områden, för, " säger Mojarro. Liknande metoder för DNA-sekvensering på jorden har använts för att hjälpa till att hantera och spåra ebolautbrott och i medicinsk forskning. Och vidare, förbättringar av SETG kan få viktiga konsekvenser för planetskyddet, som syftar till att förhindra och minimera biologisk förorening av rymdmiljöer som härrör från jorden.

Även vid den nya detektionsgränsen för SETG-instrumenteringen, Mojarro kunde skilja mellan mänskligt DNA och Bacillus DNA. "Om vi ​​upptäcker liv på andra planeter, " Mojarro säger, "vi behöver en teknik som kan skilja liftande mikrober från jorden och livet på mars."

I deras publikation, Mojarro och Carr föreslår att denna utveckling kan fylla några av de saknade luckorna i historien om livet på jorden. "Om det finns liv på Mars, det finns en god chans att det är relaterat till oss, "Carr säger, med hänvisning till tidigare studier som beskriver det planetära utbytet av material under den sena tunga bombningen (4,1 till 3,8 miljarder år sedan).

Om SETG upptäcker och sekvenserar DNA på Mars i framtiden, Carr säger att resultaten kan "skriva om själva vår uppfattning om vårt eget ursprung."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.