Livet som vi känner det har aldrig hittats någonstans i vårt solsystem eller universum, annat än på jorden. Men det betyder inte nödvändigtvis att det inte finns där ute.

Mars 2020-uppdraget är det första NASA-uppdraget med en explicit astrobiologikomponent. Planerad att utföras i flera delar under decennier, Mars 2020 och relaterade uppdrag syftar till att vara de första som returnerar prover från en annan planet i syfte att undersöka dem för tecken på liv.

Men vad hoppas forskarna hitta? Hur ska de veta om eller när de har hittat den? Vad betyder det för livet på jorden om något hittas, och vad betyder det om det inte är det?

För insikt om dessa frågor, vi pratade med Woody Fischer, professor i geobiologi och biträdande chef för Caltech Center for Autonomous Systems and Technologies. Fischer studerar gamla stenar på jorden efter tecken på forntida liv.

På vilka sätt skiljer sig Mars från jorden, i termer av potentiellt värdliv?

Det finns många saker som gör Mars annorlunda, men en stor är att den inte är tektoniskt aktiv. På vissa sätt, Mars kan vara ännu bättre lämpad än jorden för att bevara signaturer från tidiga liv. Jorden är tektoniskt aktiv, så vilken sten som helst från tidigt i planetens historia, säg för tre till fyra miljarder år sedan, har nu begravts vid höga temperaturer och tryck, och dessa förhållanden kan radera alla ledtrådar om livet som det kan ha innehållit. Mars ytan, å andra sidan, är jämförelsevis oförändrad av ytprocesser såsom tektonik eller vattnets eroderande kraft. Om Mars var värd för liv för tre till fyra miljarder år sedan, det kan vara bevis på det tidigaste livet i solsystemet.

Vi vet att Mars brukade vara mycket blötare, och vi tror att vatten är en ganska kritisk komponent för att livet ska utvecklas och frodas. Faktiskt, Jezero Crater-landningsplatsen för Mars 2020 valdes eftersom den en gång innehöll en sjö lika stor som Lake Tahoe. Vatten fungerar på stenar, ändrar dem, det förändrar dem efter deras avsättning. Men nu är Mars torr. Och bristen på vatten betyder att mindre förändringar har skett. Mars kan faktiskt ge oss en bättre chans än jorden att svara på frågor om hur solsystemet såg ut för tre eller fyra miljarder år sedan.

Förutsatt att den komplexa provreturprocessen för delar av Mars-ytan tillbaka till jorden, vad skulle du leta efter i dessa prover?

Självklart, Att hitta ett skelettfossil som de som ses i naturhistoriska museer på jorden skulle vara helt paradigmskiftande. Men vi antar att om liv fanns på Mars skulle det ha varit mikrobiellt, och mikrober lämnar inte ofta skelettfossiler; sällsynta uppgifter om mikrober i jordens bergarter är filament och coccoider som begravdes av mineraler.

Vi känner till några faktorer som tenderar att vara goda registrerare av biologisk aktivitet:i princip var som helst nya mineraler som karbonatsalter bildas. Dessa mineraler kan malla och kapsla in delar av sin miljö när de bildas och har bevarat mikrobiell fossilinformation på jorden. Karbonatsalter antas finnas i Jezero-kratern, så vi är intensivt intresserade av att samla in alla prover av karbonater som vi hittar för att se om dessa bevarar texturella bevis på liv. Vi skulle också leta efter organiska biomarkörföreningar, som är uppsättningar av molekyler vars produktion är mycket ogynnsam utan hjälp av biologi; molekyler som kolesterol i våra egna celler är exempel på detta.

Det finns massor av föreslagna biosignaturer. Många är inte unika för livet, eller diagnostik av livet, men verkligen föreslå det, eftersom vi inte kan komma på något annat sätt att de skulle kunna göras utan en cell.

Vilka är några exempel på detta?

Ta stromatoliter:dessa klumpiga stentyger som är skiktade ungefär som ett flagigt kex. På jorden, vi tror att de är de fossila resterna av sliskiga nätverk av bakterier som kallas mikrobiella mattor. Mikrobiella mattor var otroligt viktiga biologiska samhällen, även innan djuren utvecklades på vår planet. Under större delen av livets historia, rekordet är stromatoliter. Men det finns luckor i vår kunskap om hur de tillverkas - och det kan till och med finnas hela klasser av stromatoliter som är resultatet av mineraltillväxtprocesser oberoende av biologi. Tänk om en stromatolitstruktur hittades på Mars och det inte fanns några ytterligare organiska signaturer i den? Att leta efter liv på Mars kan hjälpa oss att ta itu med luckorna i vår förståelse av processer som sker på vår egen planet.

Å andra sidan, vi känner till några exempel från rockskivan på jorden som kan lura dig. Om jag skulle visa dig ett tunt snitt från vissa typer av gammal sten under ett mikroskop, du skulle titta på det och du skulle säga, "Åh, det är säkert en cell. Det måste vara." Och jag skulle säga, "Nej, faktiskt vet jag att det här är från en metamorf sten. Detta skapades vid temperatur- och tryckförhållanden som livet inte kunde uppnå."

Något som är spännande för mig är att forskare nyligen har föreslagit att vi skulle kunna leta efter signaturer för prebiotiska processer – de fysiska och kemiska processer som är förutsättningar för att liv ska uppstå. Det är helt klart från våra nuvarande data att Mars var värd för beboeliga miljöer, men om de faktiskt var bebodda eller inte är nästa fråga. Ett annat sätt att ställa denna fråga är, förekom det processer i de miljöerna som kanske var föregångare till något som kan ha lett till liv? Det finns denna möjlighet att säga, väl, kanske Mars aldrig levde, men det kanske började på den vägen. Det kanske började med den typen av prebiotisk kemi. Kanske är det spännande kemi som hänt eller pågår på ytmiljöer på Mars, men det kom aldrig riktigt till liv.

Vilka processer anses vara föregångare till liv?

Det finns ett gäng parallella idéer om vilka typer av miljöer och processer som var viktiga för livets tillkomst. Men vi vet väldigt lite med säkerhet. Och du kan inte svara på frågan idag i moderna jordmiljöer eftersom livet är allestädes närvarande och kan konkurrera ut alla sådana prebiotiska processer. Men kanske kunde du se bevis på dessa processer i en gammal Mars-miljö. Föreställ dig om vi hamnar i Jezero på Mars och vi observerar att det finns en massa organiskt material och vi kan karakterisera en del av det organiska materialet. Och kanske det ser ut som några av de saker som görs i labbförhållanden under en viss experimentell uppställning, ett hydrotermiskt system, eller en miljö med varma källor, eller en alkalisk sjö.

Det finns denna verkliga möjlighet för oss att upptäcka något fantastiskt från Mars, men också att upptäcka något på Mars som vi tar för givet på jorden. Kanske finns det abiotiska sätt att generera några av de material och texturer som vi antar produceras av livet på jorden.

Hur skulle det vetenskapliga samfundet komma till konsensus för att förklara, "är det här ett tecken på tidigare liv?" Finns det en officiell definition av "liv?"

Föreställ dig att vi hittar en stromatolit. Det kommer att finnas folk i laget och utanför laget som kommer att vara redo att utropa seger. "Det är allt, vi hittade livet." Det kommer också att finnas ett gäng människor som kommer att säga, "Väl, vänta en sekund. Hur vet vi att vi är så säkra?"

Detta fram och tillbaka kommer att ske, Jag tror, när vi upptäcker dessa material. Den typen av dialog kommer att vara väldigt viktig under den här processen.

Vetenskapen är så subtil. Det är alltid en sådan diskussion. Med varje ny observation och upptäckt kommer möjligheten att fråga en mer detaljerad, mer precist, fråga. För närvarande, när vi pratar om livsupptäckt, det finns alltid varningar, och om-då, och den sortens sak. Vi översätter inte alltid så otroligt bra till allmänheten. Men jag tror att det skulle vara en stor sak att kunna säga, "Se, vi ser material här som vi associerar med livet, och vi kommer att få ner vårt arbete för att testa detta på ett rigoröst sätt, men det här är närmare än vi någonsin varit att förstå huruvida liv finns på en annan planet än vår egen."

Hur skulle närvaron av liv på Mars förändra hur vi ser på livet på jorden?

Föreställ dig att du kan hitta tecken på forntida liv på Mars. Nästa sak du vill se är om det finns liv som har bestått på planeten till våra dagar. Tänk att vi också hittar det. Nästa sak du vill veta är, är det relaterat till livet på jorden? I vilken grad påminner det oss om oss själva eller inte? Är det ett helt annat experiment? Oavsett om det självständigt utvecklades på Mars eller inte, i motsats till att vara en del av panspermia – idén om att livet på något sätt spreds över hela solsystemet på meteoriter eller något liknande – är verkligen intressant.

Vi skulle vilja veta vad som är gemensamt mellan livet på Mars och jorden. Hur fortplantar sig livet på Mars? Vilka är reglerna för att vara vid liv?

Föreställ dig att du hittar något som liknar en cell. Det kanske säger dig att livet måste vara inneslutet i ett membran. Hur skördar dessa celler energi? För celler på jorden, bara tre eller så smaker av energi - de i fosfoanhydridbindningar som i ATP [molekylen som ger energi för att driva processer i levande varelser], redoxreaktioner, och membrankemiska gradienter – har någonsin använts, även om det kanske fanns fler i det förflutna som vi inte vet om. Gällde det också på Mars? Hittade livet där på sätt att utnyttja andra energikällor som livet inte har på jorden?

Frågorna som dyker upp därifrån blir riktigt spännande, riktigt snabbt. Och även om panspermia slutar vara ansvarig för livet på både jorden och Mars, när hände det? Sådana saker skulle vara helt fascinerande att kunna studera. Kanske skulle de kunna studeras i samband med att människor skickas till Mars, eftersom vi kanske är ett decennium ifrån att göra det. Trots de enorma tekniska landvinningarna i samband med att skicka en rover som Perseverance till Jezero Crater, den typ av forskning som du kan göra med en person är fortfarande bortom vad vi kan åstadkomma med en rover.