Vad kan en massiv grotta i Italien berätta om livet på Mars och andra planeter? Enligt ny forskning från Penn State-forskare, en hel del.

I arbete publicerat i Astrobiologi , Penn State -forskare identifierade biosignaturer - eller tecken på livets närvaro - cirka 1, 300 fot under marken i Frasassi-grottorna i centrala Italien.

"Med den här grottmiljön, vi ger ett verkligt fältexempel på hur vi kan upptäcka liv, förr eller nu, på andra planeter, " sa Jenn Macalady, docent i geovetenskap.

Ursprungligen, Macaladys team undersökte mikrobiologin och geokemin i grottan när de märkte något spännande. De hittade variationer i isotopinnehållet av atomer i mineralgips, som är en vittringsprodukt av grottans bildning. Inte allt gips bildas av mikrober, men gips som bildas av mikrober kommer att ha ett annat förhållande av isotoper i atomerna. Denna isotopvariation, i kombination med andra uppgifter, indikerar att livet spelade en aktiv roll i framställningen av gipsen.

"Vi frågade, vad har detta med biologi att göra?" sa Macalady. "Kan vi använda dessa isotopiska variationer för att visa att livet var ansvarigt för att grottan bildades?"

Forskare känner till mikrober, eller mikroorganismer, påskynda kemiska reaktioner. Till exempel, mineraler som gips som finns i grottan bildas mycket snabbare i närvaro av mikrober. Teamet samlade in prover av gips från grottväggarna som sannolikt hade kommit i kontakt med vätskor eller rörlig luft och använde en masspektrometer för att studera gipsets isotopförhållande.

Eftersom mikrober påskyndar kemiska förändringar, Macalady sa att närvaron av isotopiska biosignaturer skulle kunna användas för att upptäcka inblandning av livsformer i bildandet av andra mineraler, inte bara de som dyker upp i Frasassi-grottorna.

Strukturen i Frasassi-grottorna – myllrande av liv på den lägsta nivån av grottan och endast rester av liv som finns på olika höjder ovanför – erbjuder en verklig laboratoriemiljö för att identifiera nuvarande och rester av biosignaturer.

Vi vet att Mars har grottor bildade av vulkanisk aktivitet, som erbjuder en gästvänlig underjordisk miljö för mikrober att hålla fast vid. Mars har också vätskor som koldioxid och vatten. Dessa vätskor kan tillåta mikrober att interagera med mineraler, påskynda kemiska reaktioner som det som hittades i Frasassi-grottorna.

Macalady, som är associerad med Astrobiology Research Center, sa att hon har tillbringat cirka 15 år med att försöka identifiera en biosignatur som skulle vara relevant för ett verkligt uppdrag till Mars. Hon sa att att hitta pålitliga biosignaturer är nyckeln till att upptäcka liv på andra planeter.

"Om vi ​​skulle hitta en liknande miljö på Mars, vi skulle kunna använda denna speciella biosignatur för att testa för nuvarande eller tidigare närvaro av liv, ", sa Macalady. "Men jag tror mer generellt att det vi föreslår är att när du har mikrober på en yta och en vätska som rör sig förbi, reaktionshastigheterna som mikroberna genererar skulle tillåta dig att se variationer i en signatur som isotoper. Forskningen är spännande eftersom den inte bara är ett exempel. Det är ett allmänt recept för att leta efter bevis på liv."

Nästa, teamet kommer att studera vad Frasassi grottnivåer kan berätta om nuvarande och tidigare liv, möjligen avslöjar vad den nya biosignaturen kan berätta för oss på en längre tidsskala.

"Denna forskning visar att livet lämnar fotspår efter sig var de än finns, " sade Muammar Mansor, en postdoktor vid avdelningen för geologiska vetenskaper vid University of Texas i El Paso som tog sin Ph.D. från Penn State medan han genomförde denna forskning. "Min huvudsakliga passion inom forskning är att studera livet i universum genom det tvärvetenskapliga området astrobiologi."