Det finns inget lätt med att söka efter bevis på liv på Mars. Inte bara måste vi på något sätt landa en rover där, vilket är utomordentligt svårt. Men rovern behöver rätt instrument och den måste söka på rätt plats. Just nu har Perseverance-landaren kryssat i dessa rutor när den fullföljer sitt uppdrag Crater Lake .
Men det finns ett annat problem: det finns strukturer som ser ut som fossiler men som inte är det. Många naturliga kemiska processer producerar strukturer som efterliknar biologiska. Hur kan vi skilja dem åt? Hur kan vi förbereda oss för dessa falska positiva?
Forskare känner till dussintals naturliga processer som kan skapa organiskt utseende strukturer. Och det finns förmodligen många fler som inte har upptäckts ännu. Vissa av de mikroskopiska strukturerna är mycket tjusande och har lurat forskare tidigare.
I en ny artikel beskriver ett par forskare några av problemen med falska fossil i sökandet efter riktiga mikroskopiska fossil på Mars. Artikeln heter ' Falska biosignaturer på Mars: Anticipating Ambiguity .” Det är publicerat i Journal of the Geological Society.
Ingen artikel om falska indikationer på liv på Mars skulle vara komplett utan att nämna det Allan Hills 84001 meteorit som upptäcktes i Antarktis 1984. Den Mars-meteoriten är mycket gammal – cirka fyra miljarder år gammal – vilket är då forskare tror att Mars en kort tid var beboelig.
De mikroskopiska strukturerna i Allan Hills-meteoriten har ett distinkt biologiskt utseende. De är bara 20-100 nanometer långa, vilket är den storlek som teoretiska nanobakterier skulle ha. Men de är mindre än någon känd livsform, och sedan dess har forskare förkastat tanken att nanobakterier existerar.
'Vi har blivit lurade av livshärmande processer tidigare.'
Dr Julie Cosmidis, artikelmedförfattare, Oxford.
Strukturerna i meteoriten väckte en hel del uppmärksamhet och affären drog ut på tiden i några år. Men så småningom gick det vetenskapliga samfundet vidare och insåg att morfologi ensam inte kan användas för att upptäcka primitivt liv.
Denna elektronmikroskopbild av Allan Hills-meteoriten visar kedjeliknande strukturer som liknar levande organismer. Bildkredit: Av NASA – Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=229231
Allan Hills-meteoritaffären har bleknat, men den är fortfarande betydelsefull och är ett slags lärarögonblick för oss alla. Falska starter som att det inspirerade författarna till det nya dokumentet att ta en hårdare titt på abiotiskt ursprung för strukturer som ser organiskt ut.
'Vi har blivit lurade av livshärmande processer tidigare,' sa artikelns medförfattare Dr Julie Cosmidis i en pressmeddelande. ”Vid många tillfällen beskrevs föremål som såg ut som fossila mikrober i forntida stenar på jorden och till och med i meteoriter från Mars, men efter djupare undersökning visade sig de ha icke-biologiskt ursprung. Den här artikeln är en varnande berättelse där vi efterlyser ytterligare forskning om livshärmande processer i Mars-sammanhang så att vi undviker att hamna i samma fällor om och om igen.'
Författarna påpekar att allt som Perseverance hittar på Mars som ser ut som ett fossil sannolikt har mycket tvetydigt ursprung. Om Perseverance hittar något, kommer nyheterna om 'upptäckten' att spridas snabbt. Men försiktighet krävs, och idealiskt sett kommer forskare att stå inför alla snabbt spridande slutsatser om fossiliserat liv på Mars. Hur kan de göra det?
Cosmidis och hennes medförfattare Dr. Sean McMahon, från University of Edinburgh, säger att en tvärvetenskaplig ansträngning behövs för att '... kasta mer ljus över hur verklighetstrogna avlagringar kan bildas på Mars.'
'I något skede kommer en Mars-rover nästan säkert att hitta något som ser mycket ut som ett fossil, så att med säkerhet kunna skilja dessa från strukturer och ämnen gjorda av kemiska reaktioner är avgörande,' sa McMahon. 'För varje typ av fossil där ute finns det åtminstone en icke-biologisk process som skapar mycket liknande saker, så det finns ett verkligt behov av att förbättra vår förståelse för hur dessa bildas.'
Dessa bilder är alla 'kemiska trädgårdar' som ser biologiska ut men är rent kemiska till sin natur. Kemiska trädgårdsbilder SM (delar a–c) eller återgivna från McMahon (2019) under creative commons-licens (creativecommons.org/licenses/by/4.0/) (del d).
Kemiska trädgårdar är naturtrogna strukturer som produceras enbart genom icke-biologiska kemiska processer. Strukturerna är särskilt fascinerande eftersom många av dem ser nästan identiska ut med faktiska mikroskopiska fossiler. Dessutom kan både kemiska trädgårdar och faktiska fossil hittas i samma typer och åldrar av sten.
'Många av dessa är förmodligen fossiler – faktiskt fossiler från en djup biosfär som finns i magmatiska bergarter, med speciell relevans för vissa scenarier för liv på Mars – men vissa är förmodligen inte och kan härröra från kemiska trädgårdsliknande processer och/eller andra typer av självorganisering som leder till filamentösa kristaller och aggregat”, skriver författarna.
Karbonat-kiseldioxidbiomorfer är en annan typ av abiotisk struktur som ser ut som om de har biologiskt ursprung. 'Även om de är rent oorganiska, framkallar de krökta och slingrande formerna av biomorferna biologiska objekt, såsom spiralformade och segmenterade trådformiga mikrober, protister och till och med växter och djur', skriver författarna. De är gjorda av jordalkalimetaller och ser fantastiskt organiska ut. Forskare delar in dem i tre klasser: spiralformade filament, maskliknande flätor och lövliknande platta ark.
Dessa bilder från artikeln visar strukturer som kallas karbonat-kiseldioxid-biomorfer som verkar biologiska men inte är det. Bilden till vänster visar blobstrukturer, arkstrukturer och spiralformade strukturer som alla verkar biologiska. Bilden till höger är det uppblåsta området i den vita rektangeln till vänster, som visar vad som ser ut som en förgrenad, blommande organism. Bildkredit: P. Knoll och O. Steinbock (Florida State University)
Sen finns det kol-svavel biomorfer . De verkar också chockerande biologiska i ursprung och bildar sfärer och både raka och spiralformade filament. Författarna till en uppsats från 2016 om kol-svavelbiomorfer sa: 'Morfologin och sammansättningen av dessa kol/svavelmikrostrukturer liknar så mycket mikrobiella cellulära och extracellulära strukturer att ny försiktighet måste tillämpas på tolkningen av förmodade mikrobiella biosignaturer i fossilregistret. ”
Kol-svavelbiomorfer bildar nätverk av sfärer och filament som verkar övertygande biotiska i ursprung. Bildkredit: Bilder anpassade från Nims et al. (2021) (delarna a och b) eller JC (delarna c och f) och med tillstånd av
C. Nims (University of Michigan) (delarna d och e).
Människans historia är på något sätt en lång berättelse om att missförstå naturen, åtminstone tills vi utarbetade den vetenskapliga metoden. Så det är inte chockerande att vi fortfarande kämpar med det. I sin slutsats påpekar författarna hur svårt det är att dra slutsatsen att något är ett fossil.
Bilderna gör det tydligt att abiotiska processer kan producera strukturer som ser väldigt verklighetstrogna ut. Men det som gör upptäckten ännu svårare är att dessa biomorfer efterliknar biotiska strukturer på andra sätt än bara morfologi.
'För det första kan abiotiska processer efterlikna inte bara morfologiska biosignaturer utan också kemiska/molekylära, mineralogiska, isotopiska och texturella biosignaturer; en kritisk hållning krävs i alla fall och morfologiska data är inte nödvändigtvis mindre tillförlitliga än andra möjliga bevis för livet”, förklarar de. Så flera bevis kan tyda på biologiskt ursprung där det inte finns några.
Kanske har vi tur och Perseverance rover eller något annat uppdrag kommer att avslöja obestridliga bevis på forntida liv på mars. Men det är mer troligt att vi står inför en rad falska positiva resultat. 'Eftersom livet i sig antas vara en produkt av självorganisering i abiotiska geokemiska reaktioner, bör komplexiteten hos abiotiska naturprodukter inte underskattas', påpekar de.
Mycket arbete har lagts ner på att studera falska biosignaturer, och författarna tror att det krävs mer. Enligt McMahon och Cosmidis behövs mer tvärvetenskapligt arbete. Nyckeln är att bygga upp en rik datauppsättning för falska positiva på samma sätt som vi har byggt upp en för biosignaturer. De föreslår att fältexperiment på Mars-analoga platser, såväl som laboratoriearbete, kan ta oss dit.
De är övertygade om att det kan göras.
'Icke desto mindre är vi optimistiska att problemet med falska biosignaturer inte är svårlösta. Ju bättre dessa fenomen förstås, desto mer känsligt kommer vi att kunna skilja mellan sanna bevis på liv och dessa bedragare.”