Una biofirma è un processo chimico o fisico che può essere rilevato a distanza e indica la presenza di organismi viventi in una particolare regione. Il concetto è spesso usato nel campo dell’astrobiologia, che è una branca della biologia che ricerca la vita al di fuori degli ambienti terrestri, aerei e marini della Terra. La ricerca di un biomarcatore per indicare l’esistenza passata o presente della vita sul pianeta Marte ha acquisito crescente attenzione nell’astrobiologia da quando le missioni US Viking I e II sono state inviate lì per cercare la vita tra la metà degli anni ‘1970 e l’inizio degli anni ‘1980, e le sonde ad altre regioni del Sistema Solare hanno continuato la ricerca. Il campo ha iniziato ad ampliarsi a partire dal 2011, tuttavia, a causa del fatto che sono state scoperte dozzine di pianeti extrasolari al di fuori del sistema solare terrestre. Si ipotizza che una piccola minoranza di questi pianeti sia simile alla Terra per dimensioni e struttura, e potrebbero avere un’astrochimica biofirma che indica una capacità di supportare la vita.
La comprensione delle condizioni necessarie per l’abitabilità planetaria da parte di forme di vita almeno primitive come i batteri si è evoluta nel XX e XXI secolo. Questo perché la scienza ha scoperto la biofirma degli organismi sulla Terra in regioni come le profonde bocche vulcaniche sottomarine che in precedenza si pensava fossero completamente inospitali per tutte le forme di vita. La resistenza di tali organismi a vivere in condizioni assenti di luce e ossigeno, e sotto livelli estremi di temperatura e pressione, suggerisce che la biofirma per la vita su altri mondi potrebbe essere più ampia di quanto precedentemente ipotizzato.
La presenza di acqua liquida è ancora considerata essenziale per l’esistenza di qualsiasi forma di vita al di fuori dei confini della Terra. Mentre un tempo si pensava che l’acqua liquida fosse rara nel Sistema Solare esistente solo sulla Terra stessa, questa visione è cambiata nel 21° secolo. Sia Europa che Callisto, lune del pianeta Giove, possono possedere oceani sotto la superficie dell’acqua liquida, ed Encelado, che è una luna di Saturno, è ora noto per avere vulcani a base d’acqua che possono supportare anche organismi viventi di base. L’US Phoenix Mars Lander ha anche trovato prove di ghiaccio a base d’acqua in una regione lontana dalle calotte polari su Marte nel 2008, il che potrebbe indicare una biofirma per l’attività batterica che una volta esisteva o esiste ancora a malapena sotto la superficie del pianeta rosso.
Rilevare un bioindicatore per mondi lontani è più impegnativo per la scienza attuale a partire dal 2011, poiché trovare i mondi stessi è una sfida. Il focus della ricerca potrebbe iniziare restringendo la gamma dei sistemi stellari a quelli delle nane rosse. Questi sono entrambi i tipi più comuni di stelle, che costituiscono circa il 75% di tutte le stelle nella galassia della Via Lattea, e il tipo più probabile che possieda sistemi planetari che possono essere abitabili a causa della loro età e presenza nella sequenza principale di stelle della galassia .
Le stelle nane di classe M sono in media significativamente più piccole e più fredde del Sole della Terra, quindi i pianeti che le orbitano avrebbero bisogno di atmosfere spesse per catturare più luce dai loro soli genitori rispetto alla Terra. La probabilità suggerisce che, se la vita esiste al di fuori della Terra, si troverebbe sui pianeti intorno alle nane rosse con maggiore probabilità che altrove. Anche le classi di stelle come F, G e K, che sono più calde e luminose come il Sole, sono relativamente rare rispetto alle nane rosse, quindi la ricerca si sta concentrando sull’esame delle regioni stellari di classe M per i pianeti con attività di biofirma.
Alcuni gas singolarmente o insieme sarebbero una chiara biofirma per la presenza di potenziali forme di vita. Questi gas sarebbero anche più longevi nelle atmosfere di pianeti in orbita attorno a nane rosse e più facili da rilevare rispetto ai pianeti in orbita attorno a stelle più calde. Questi composti di biofirma includono metano – CH4, protossido di azoto – N2O, clorometano – CH3Cl e ozono sotto forma di O2 o O3.
Il rilevamento di organismi sulla Terra che vivono in ambienti di zolfo vicino a bocche vulcaniche ha anche suggerito che la vita può prosperare su pianeti anossici a basso contenuto di ossigeno o completamente privi di ossigeno. I composti organici dello zolfo sarebbero quindi anche un forte indicatore della vita se fossero rilevati in atmosfere extraterrestri, tra cui metantiolo – CH3SH e disolfuro di carbonio – CS2. La presenza di composti a base di zolfo rifletterebbe le teorie sulla biofirma sulla prima vita sulla Terra che esisteva prima che l’ossigeno fosse diffuso, ed era una condizione di vita dominante sulla Terra per almeno 1,500,000,000 di anni.