Eine Biosignatur ist ein chemischer oder physikalischer Vorgang, der aus der Ferne nachgewiesen werden kann und auf das Vorhandensein lebender Organismen in einer bestimmten Region hinweist. Das Konzept wird häufig im Bereich der Astrobiologie verwendet, einem Zweig der Biologie, der nach Leben außerhalb der Land-, Luft- und Meeresumgebungen der Erde sucht. Die Suche nach einem Biomarker, der die vergangene oder gegenwärtige Existenz von Leben auf dem Planeten Mars anzeigt, hat in der Astrobiologie zunehmend an Bedeutung gewonnen, seit die US-Missionen Viking I und II Mitte der 1970er bis Anfang der 1980er Jahre dorthin geschickt wurden, um nach Leben zu suchen, und Sonden in andere Regionen des Sonnensystems haben die Suche fortgesetzt. Das Feld hat jedoch ab 2011 begonnen, sich zu erweitern, da Dutzende extrasolarer Planeten außerhalb des Sonnensystems der Erde entdeckt wurden. Von einer kleinen Minderheit dieser Planeten wird angenommen, dass sie in Größe und Struktur erdähnlich ist, und sie könnten eine Biosignatur-Astrochemie aufweisen, die auf eine Fähigkeit zur Unterstützung des Lebens hinweist.
Das Verständnis der notwendigen Bedingungen für die Bewohnbarkeit des Planeten durch zumindest primitive Lebensformen wie Bakterien hat sich im 20. und 21. Jahrhundert weiterentwickelt. Dies liegt daran, dass die Wissenschaft die Biosignatur von Organismen auf der Erde in Regionen wie tiefen Unterwasservulkanschloten entdeckt hat, die zuvor als völlig unwirtlich für alle Lebensformen galten. Die Widerstandsfähigkeit solcher Organismen, unter Bedingungen ohne Licht und Sauerstoff und unter extremen Temperatur- und Druckniveaus zu leben, legt nahe, dass die Biosignatur für das Leben auf anderen Welten breiter ist als bisher angenommen.
Das Vorhandensein von flüssigem Wasser wird immer noch als wesentlich für das Leben außerhalb der Grenzen der Erde angesehen. Während früher angenommen wurde, dass flüssiges Wasser im Sonnensystem, das nur auf der Erde existiert, selten ist, hat sich diese Ansicht im 21. Jahrhundert geändert. Sowohl Europa als auch Callisto, Monde des Planeten Jupiter, können flüssiges Wasser unter der Oberfläche der Ozeane besitzen, und Enceladus, ein Mond des Saturn, ist jetzt dafür bekannt, dass er Vulkane auf Wasserbasis hat, die auch grundlegende lebende Organismen unterstützen können. Der US-amerikanische Phoenix Mars Lander fand 2008 auch Hinweise auf wasserbasiertes Eis in einer von den Polkappen auf dem Mars entfernten Region, was auf eine Biosignatur für bakterielle Aktivität hinweisen könnte, die einst existierte oder immer noch kaum unter der Oberfläche des Roten Planeten existierte.
Das Auffinden eines Bioindikators für ferne Welten ist ab 2011 für die aktuelle Wissenschaft eine größere Herausforderung, da es eine Herausforderung darstellt, die Welten selbst zu finden. Der Schwerpunkt der Forschung kann damit beginnen, die Reichweite von Sternensystemen auf die von Roten Zwergen einzugrenzen. Dies sind sowohl die häufigsten Arten von Sternen, die etwa 75% aller Sterne in der Milchstraße ausmachen, als auch die wahrscheinlichsten Planetensysteme, die aufgrund ihres Alters und ihrer Präsenz in der Hauptsternreihe der Galaxie bewohnbar sein können .
Zwergsterne der Klasse M sind im Durchschnitt deutlich kleiner und kühler als die Sonne der Erde, sodass die Planeten, die sie umkreisen, dicke Atmosphären benötigen würden, um mehr Licht von ihren Elternsonnen einzufangen als die Erde. Die Wahrscheinlichkeit legt nahe, dass, wenn Leben außerhalb der Erde existiert, es wahrscheinlicher auf Planeten um Rote Zwerge herum zu finden wäre als anderswo. Sternklassen wie F, G und K, die heißer und heller sind wie die Sonne, sind im Vergleich zu Roten Zwergen ebenfalls relativ selten, daher konzentriert sich die Forschung auf die Untersuchung der Sternregionen der M-Klasse auf Planeten mit Biosignaturaktivität.
Bestimmte Gase einzeln oder zusammen wären eine klare Biosignatur für das Vorhandensein potenzieller Lebensformen. Diese Gase wären auch in Atmosphären auf Planeten, die Rote Zwerge umkreisen, langlebiger und leichter zu erkennen als auf Planeten, die heißere Sterne umkreisen. Zu diesen biosignaturen Verbindungen gehören Methan – CH4, Lachgas – N2O, Chlormethan – CH3Cl und Ozon in Form von O2 oder O3.
Der Nachweis von Organismen auf der Erde, die in Schwefelumgebungen in der Nähe von Vulkanschloten leben, hat auch darauf hingewiesen, dass das Leben auf anoxischen Planeten gedeihen kann, die wenig oder keinen Sauerstoff enthalten. Organische Schwefelverbindungen wären daher auch ein starker Indikator für Leben, wenn sie in außerirdischen Atmosphären nachgewiesen würden, darunter Methanthiol – CH3SH und Schwefelkohlenstoff – CS2. Das Vorhandensein von schwefelbasierten Verbindungen würde Biosignaturtheorien über das frühe Leben auf der Erde widerspiegeln, die existierten, bevor Sauerstoff weit verbreitet war, und für mindestens 1,500,000,000 Jahre eine vorherrschende Lebensbedingung auf der Erde war.