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一直以来，科学家在思考火星上存在生命的可能性，因为这颗行星离地球近，而日与地球相似。虽然大众娱乐中反复出现虚构的火星人，但火星上是否有生命或者是否有过生命一直是个未解决的问题。
早期的推测
早在17世纪中期人们已经观察到火星极地的冰盖，18世纪后期威廉·赫歇尔首次证实，在每个半球的夏冬两季其扩展和减缩交替发生。到了19世纪中期，天文学家了解到火星与地球也有其他方面的相似性，比如说火星上的一天其长度和地球上几乎一样。他们也了解到火星的轴面刃倾角与地球相似，这意味着它和地球一样，有季节变化，但长度是地球的两倍，因为火星年比地球年长得多。这些发现使人们进一步推测较暗的星体反照率特征为水，较亮的部分为陆地，因此就自然地假设火星上居住着某种生命。
1854年，剑桥三一学院研究员威廉·惠威尔推测火星上有海、陆地和某种生命形式。19世纪后期，人们通过望远镜看到明显的火星运河之后，对火星上拥有生命的推测急剧升温，然而不久之后发现是人们的错觉。尽管如此，到1895年，美国天文学家珀西瓦尔·洛威尔发表了自己的著作《火星》，1897年发表了《火星及其运河》，认为这些运河是一个远去文明的杰作。这个观念引导了英国作家H.G.威尔斯于1897年撰写了《火星人入侵》，描写火星人为了逃避它们星球上的干旱而对地球的入侵。
1894年人们开始对火星大气进行认真的光谱分析，美国天文学家威廉·华莱士·坎贝尔指出火星大气中既没有水，也没有氧。截止到1909年，随着更强大的望远镜的发明和1877年以来最佳的近日点冲断然结束了运河理论。
“水手4”号探测器1965年低空飞越时拍到的照片表明干旱的火星上没有江河湖海，没有任何生命的迹象。这些照片还进一步显示火星表面(至少在拍到的部分)到处是火山口，说明火星在过去的40亿年中还没有板块构造和任何风化。探测器还发现火星上没有保护自身免于潜在威胁生命的宇宙辐射攻击的全球磁场。探测器也能计算出火星大气压，大约是0.6千帕，这意味着水在火星表面不可能存在。“水手4”号之后，火星生命的寻找变为探寻细菌之类的生命有机体，而不是多细胞机体，因为生命环境显然太严酷。
“海盗”号实验
20世纪70年代发射的“海盗”号探测器其首要使命是探测火星土壤中有无微生物，以寻找类似地球上的生命，共4次实验，其中仅“标号释放”实验发回了一个肯定的结果，表明土壤初次接触水和营养物时t4C02的增加。针对“海盗”号使命，所有科学家都有着两点共识：在“标记释放”实验中得到了放射性标记14C02，GC—MS没有探测到有机分子。然而，这些结果具有什么含义，各种解释截然不同。
“标记释放”实验设计师之一的吉尔伯特·勒温认为他的结果是对火星生命的权威判断。然而，许多科学家对此结果均有争议，他们认为土壤中过氧化物即使在没有生命的情况下也能产生这种效果。“标记释放”实验数据作为生命的证据被几乎异口同声地废除，因为为识别自然有机物而设计的气相色谱质谱仪并未检测到有机分子。学界对“海盗”号探寻生命结果的观点是：没有决定性意义。
既然火星在40亿年前已经失去其磁场，火星电离层不能阻止太阳风或射线，这样一来太阳风或射线与暴露的土壤直接作用，使生命无法存在下去。既然大气压这么低，气温也很低，生命和新陈代谢所需的水在火星表面也无法存在，水只有在最低且带阴影的区域才能短暂存在，液态水在表面根本就没有出现过。
2007年，美国华盛顿的卡耐基研究所地球物理实验室的一次研讨会对吉尔伯特·勒温的研究进行了又一次评估，勒温仍然认为他的原始数据正确，因为正负对照实验都合乎程序。
土壤生态学家罗纳尔多·裴普告诉欧洲地球科学联盟大会，最近在火星土壤中发现页硅酸盐可能表明，成土作用或土壤的发生过程可以扩展到火星的整个表面。裴普的解释将火星表面的大部分视为活性土，由于无数年代水、植物和微生物活性的大范围磨蚀而变红。
拉斐尔·纳瓦罗·冈萨雷斯主持的索尔克生物研究所的一个研究小组认为，“海盗”号使用的探寻有机分子的设备(TV-GC-MS)其检测低水平有机物的灵敏度不够高。由于取样处理的简单性，该设备仍然是未来火星使命检测有机物的标准方法，纳瓦罗·冈萨雷斯建议设计未来探测火星有机物工具时应该包括其他探测方法。
吉尔维尼亚种
吉尔伯特·勒温、拉斐尔·纳瓦罗·冈萨雷斯和罗纳尔德·裴普将旧数据重新解释为生命存在的充足证据，认为火星的生命以吉尔维尼亚种的形式存在。支持吉尔维尼亚种微生物存在的证据是探寻生命痕迹的两次火星“海盗”号着陆器收集到的数据，但是其分析结果还没有正式定论。
2006年，阿根廷布宜诺斯艾利斯博达神经精神病医院的神经生物学专家马里奥·克罗考提议创建一个新名类，将这些结果划分为“代谢类的”，因此属于一种生命形式。克罗考建议在生命的新王国系统中建立生物学新等级范畴Taxa，以便能够对火星微生物归类。他提出下列分类条目：
有机生命系：太阳系
生物圈：火星圈
国：雅氏国(自神经生物学家克里斯特弗里德·雅克布取名)
属与种：吉尔维尼亚种
这样一来，吉尔维尼亚种就不是细菌(地球分类)，而是太阳系火星生物圈“雅氏”国之成员。
这个新术语期望的效用是解除有关生命问题证据的沉重负担，但这种分类法还没有得到科学界认可，被看作一个提议；而且火星使命仍然没有找到生物分子的痕迹。
陨石
陨石沉积是否真正可以解释为古代火星生命的证据仍然有争议，但生物学家对此有着极大的兴趣。火星上的单细胞生命即使现在已经灭绝，但仍然能够证实生命起源理论。NASA保存着至少57块火星陨石，极其珍贵，因为它们是唯一的火星实物标本。研究表明其中的三块中含有火星过去可能存在生命的证据，也因此这方面的研究得到升温。虽然收集到的科学证据很可靠，但对它的解释却五花八门。尽管这些误解曾向媒体公布过几次，截止到目前对这些原始的科学证据仍然没有决定性的结论。
在过去的几十年里，确立了7条辨认地球地质标本中过去生命的标准，它们是：
标本的地质环境是否与过去生命相容?
标本的年代及其地层位置是否与可能的生命相容?
标本是否含有细胞形态学及群体的证据?
有无生物矿物证据表明化学或矿物的不均衡?
有无生物学独有的稳定同位素模式的证据?
有无有机生物标记?
检测到的特征是否标本固有?
地质标本中存在过去生命要获得普遍认可，必须满足上述大多数条件或所有条件。
ALH84001陨石是南极陨石研究项目组成员于1984年12月在南极发现的，重量1.93千克。该标本大约1700万年前 被火星甩出，在南极冰盖里呆了11000年。NASA的复合分析显示一种磁铁矿在地球上只与某些微生物有关。
2002年8月，NASA的另一个由托马斯·凯普特拉率领的小组发表了一项研究结果，表明ALH 84001中25％的磁铁矿呈清一色的小晶体，这种情况在地球上只与生物活动有关，其余部分似乎是正常的无机磁铁矿。提取技术无法确定可能的生物磁铁矿是否组织成链。陨石表明相对低温的水次生矿化和地前水蚀变的证据，多环芳烃随离去表层而水平提高。
有些类似陆生细菌的矿化特性及其附件(小纤维)或副品(细胞外聚合物)的结构产生于碳酸盐小球和地前水蚀变区域的边缘，大小及形状与地球矿化毫微细菌一致，但是否存在毫微细菌这本身是有争议的。
透辉橄无球粒陨石于1911年6月28日坠落在埃及亚历山大里亚的纳克拉地区。
1998年，NASA约翰逊太空研究中心的一个小组获得了一小片标本以供分析，研究人员发现与地球上化石标本极微细菌大小和形状一致的地前水蚀变相和物体，但是极微细菌本身的存在仍然值得怀疑。2000年，NASA的科学家以气相色谱质谱分析法研究其高分子量多环芳烃，得到的结论是在纳克拉多至75％的有机物都“可能不是新近的地球污染”。
这给这块陨石增添了更多的神秘，所以2006年NASA想法从伦敦自然历史博物馆得到另一块更大的标本，从中观察到巨大的枝状碳含量。当2006年公布了这些结果和证据时，有些独立研究人员称这种碳沉积源自生物。然而，人们注意到既然碳是宇宙中第四个最丰富的元素，它形成的稀奇图案不能表明或暗示与生物源有什么关系。
无球粒陨石
无球粒陨石是一块4千克重的火星陨石，1865年8月25日坠落在印度的陨石，几乎是立刻被目击者捡了回来。这块陨石比较年轻，根据计算，它是火星上仅仅1650万年前从火山形成的，成分大多是辉石，科学家认为它经历了几百年的地前水蚀变。它的内部某些特征暗示其为生物膜残余及其相关的微生物群体。搜寻蚀变相里的磁铁矿工作正在进行中。
液态水
自“海盗”号之后，火星探测再也没有直接探测火星风化层以寻找生命迹象。NASA的近期任务集中于另一个问题：火星的表面在遥远的过去是否有过液态水的湖或海。科学家发现了赤铁矿，这种矿物的形成必须有水。许多科学家一直以来都认为，基于该行星上各种不同的地质地形，这一点几乎是不言而喻的，但其他科学家提出不同的解释——风蚀、氧海等等，因此2004年“火星探索者”的使命不是寻找现在或过去是否存在生命，而是寻找火星久远的过去其表面是否有过液态水的痕迹。
2000年6月发现了火星表面下存在水的证据，形式为呈洪水状的溪谷。靠近火星液态核的深度次表层水沉积可以形成当今生命的居住地。然而，2006年3月，天文学家宣布在月球上发现类似的溪谷，但其表面从来都不会有过液态水。天文学家暗示这种溪谷可能是微小陨石撞击形成的。
2004年3月，NASA宣布其“机遇”号飞船发现证据，表明在遥远的过去，火星曾经是一颗有水的星球。这给人们带来了希望：可以在现在的火星上找到其早先存在生命的证据。
2006年12月，NASA展示了火星全球测量器拍摄的图像，暗示在火星的表面偶尔有水流淌。这些图像没有流水的真实细节，而是火山口和沉积物的变化，提供了截止到目前最为强有力的证据，以说明几年前曾有水流过，而且也许现在正在流淌。有些研究人员怀疑从航天器上看到的火星表面的地貌变化为液态水所致，他们说其他物质如沙或尘土也能像液体那样移动并产生类似的结果。
近来利用轨道光谱测定法获得的数据分析火星沙石表明，先前存在于火星表面的水可能含盐量过高，像地球上的生命在这种环境下不可能生存。托斯卡等人发现他们所研究的位置的火星水都具有水分活性，aw≤0.78～0.86，这个水平对大多数地球生命来说是致命的。然而，嗜盐古生物能够生活在达到饱和点的超盐度溶液中。
NASA的“凤凰”号火星登陆器于2008年5月在火星北极平原着陆，证实了表面附近存在结冰的水：着陆器的挖掘臂挖出的光亮物三四天之后蒸发和消失。这被看作是地下冰，因挖掘而暴露，然后上升到大气中。
甲烷
2003年发现火星大气中的甲烷痕迹，2004年得到了证实。火星上甲烷的存在非常有趣，因为既然它是一种不稳定的气体，这就表明在火星上有个源头保持大气中甲烷的含量水平。据估计，火星每年肯定生产270吨甲烷，但是小行星撞击只占甲烷生产总量的O.8％。虽然甲烷可能有诸如蛇纹岩化之类的地质源头，现在缺乏火山活动、水热活动或热点，这对地质甲烷的产生是不利的。在可能的来源中有产烷生物等以微生物形式存在的生命，但至今没有得到证实。如果火星上的微小生命正在生产甲烷，那么很可能就在地面下的深层中，那里的温度足以让液态水存在。
甲醛
2005年2月，欧洲航天局的“火星快车”号飞船上装载的傅里叶行星光谱仪检测到火星大气中甲醛的痕迹。项目主管维托里奥·福弥萨诺推测甲醛可能是甲烷氧化的副产品，他认为，这可以证明火星的地质活性既不太高，也没有隐匿微生物群体。NASA的科学家认为这些初步的发现很值得继续下去，但他们也排斥生命存在的主张。
硅石
2007年5月，“勇气”号未动的轮子擦了一下地面，结果暴露出一片富含硅石(90％)的地面。这不禁令人想起温泉水或气体与火山岩接触所产生的效果。科学家认为这是过去可能曾有利于微生物生活的环境的证据，因而推断硅石的一个可能源头是土壤与火山活动产生的酸在有水的环境中相互作用而形成，另一个来源可能是温泉环境中的水。
沙丘斑点
沙丘斑点主要是火星南极地区(经度介于60°～80°)能够看到的地貌特征，位于极地冰原上或下，属于1998年。1999年火星全球测量器获得的图像中发现的。这些斑点在火星春季初出现，冬季初消失。这些斑点可能是生物起源地的看法是匈牙利的一个研究小组提出来的，他们认为这些点可能是生活于冰盖下的火星光合微生物群体。早春时当太阳回到极地时，阳光穿透冰层，微生物发生光合作用，加热它们的身边环境。一袋液态水在通常情况下会在稀薄的火星大气中立刻挥发，但是上面有一层冰盖时，则会截留在它们周围。如果冰层变薄，微生物透过冰层显露出灰色。当冰完全融化时，它们会很快变干发黑，周边呈现出一圈灰色。有人建议把嗜盐古生物这种“嗜盐”细菌作为“模特儿”，用它来研究假设中的火星极端微生物。
NASA的现行理论是这些斑点或者由玄武岩灰残片组成，或者由形成升华残留物的分层沉积物较小的、暗色的尘土聚集而成。欧洲航天局虽然没有形成一种理论，但已声明这些斑点的位置和形状无法用物理学进行解释。
宇宙辐射
1965年，“水手4”号探测器发现火星没有磁场来保护可能威胁生命的宇宙辐射和太阳辐射，20世纪90年代后期火星全球测量器的观察证实了这一发现。科学家推断，缺乏磁场保护使得太阳风在过去的几十亿年里刮走了大部分火星大气。
2007年，据计算，宇宙辐射对DNA和RNA的伤害使得火星上的生命只能呆在7，5米以下的深度，因此，对火星上生命的最佳期望在尚未研究的环境，即地下。
“凤凰”号登陆器，2008
2008年11月10日，“凤凰”号将一个遥控机器人降落在火星极地。它本次任务的两大使命分别是：一，在火星风化层寻找一个生命能够存在的“可居住地带”；二，研究火星上水的地质史。登陆器有个2.5米的机械臂可以在风化层挖掘一个0.5米的沟。一项电化学实验对风化层中的离子和火星上的抗氧化物的数量和类型进行了分析。“海盗”项目数据表明火星上的氧化物可能会随着纬度而变化，注意到“海盗2”号比“海盗1”号在更北位置发现的氧化物要少，“凤凰”着陆在更北地带。“凤凰”的初步数据显示火星土壤包含高氯酸盐，因此不会像早先认为的那样对生命有利。从生物学的角度看，pH值和盐度水平是有益的。分析器也表明存在固态水和二氧化碳。
未来使命
“火星科学实验室”是NASA的一项研究工程，计划2011年晚些时候发射。它将包含用来寻找与生物活性相关的过去或现在的条件所设计的仪器和实验。
NASA正在计划于2016年发射太空生物学野外实验室，以帮助解答火星生命的问题，火星探险及有效载荷分析小组负责确定这次任务要进行的实验。
有人倡导未来使命应该进行深层钻探以收集火星表面下不同深度的标本，有人相信那里会有液态水，微生物在那里也会躲避宇宙辐射的攻击。
火星标本回收使命——对于火星生命的最佳检测应该是在地球上检查火星土壤标本。然而，目前还无法解决从火星到地球数月的载运必须提供和维持生命的支持环境，提供其他未知的环境和营养要求简直令人不寒而栗。即便在标本中发现死亡的生命形式，也难以断定获得时是否存活。
早期的推测
早在17世纪中期人们已经观察到火星极地的冰盖，18世纪后期威廉·赫歇尔首次证实，在每个半球的夏冬两季其扩展和减缩交替发生。到了19世纪中期，天文学家了解到火星与地球也有其他方面的相似性，比如说火星上的一天其长度和地球上几乎一样。他们也了解到火星的轴面刃倾角与地球相似，这意味着它和地球一样，有季节变化，但长度是地球的两倍，因为火星年比地球年长得多。这些发现使人们进一步推测较暗的星体反照率特征为水，较亮的部分为陆地，因此就自然地假设火星上居住着某种生命。
1854年，剑桥三一学院研究员威廉·惠威尔推测火星上有海、陆地和某种生命形式。19世纪后期，人们通过望远镜看到明显的火星运河之后，对火星上拥有生命的推测急剧升温，然而不久之后发现是人们的错觉。尽管如此，到1895年，美国天文学家珀西瓦尔·洛威尔发表了自己的著作《火星》，1897年发表了《火星及其运河》，认为这些运河是一个远去文明的杰作。这个观念引导了英国作家H.G.威尔斯于1897年撰写了《火星人入侵》，描写火星人为了逃避它们星球上的干旱而对地球的入侵。
1894年人们开始对火星大气进行认真的光谱分析，美国天文学家威廉·华莱士·坎贝尔指出火星大气中既没有水，也没有氧。截止到1909年，随着更强大的望远镜的发明和1877年以来最佳的近日点冲断然结束了运河理论。
“水手4”号探测器1965年低空飞越时拍到的照片表明干旱的火星上没有江河湖海，没有任何生命的迹象。这些照片还进一步显示火星表面(至少在拍到的部分)到处是火山口，说明火星在过去的40亿年中还没有板块构造和任何风化。探测器还发现火星上没有保护自身免于潜在威胁生命的宇宙辐射攻击的全球磁场。探测器也能计算出火星大气压，大约是0.6千帕，这意味着水在火星表面不可能存在。“水手4”号之后，火星生命的寻找变为探寻细菌之类的生命有机体，而不是多细胞机体，因为生命环境显然太严酷。
“海盗”号实验
20世纪70年代发射的“海盗”号探测器其首要使命是探测火星土壤中有无微生物，以寻找类似地球上的生命，共4次实验，其中仅“标号释放”实验发回了一个肯定的结果，表明土壤初次接触水和营养物时t4C02的增加。针对“海盗”号使命，所有科学家都有着两点共识：在“标记释放”实验中得到了放射性标记14C02，GC—MS没有探测到有机分子。然而，这些结果具有什么含义，各种解释截然不同。
“标记释放”实验设计师之一的吉尔伯特·勒温认为他的结果是对火星生命的权威判断。然而，许多科学家对此结果均有争议，他们认为土壤中过氧化物即使在没有生命的情况下也能产生这种效果。“标记释放”实验数据作为生命的证据被几乎异口同声地废除，因为为识别自然有机物而设计的气相色谱质谱仪并未检测到有机分子。学界对“海盗”号探寻生命结果的观点是：没有决定性意义。
既然火星在40亿年前已经失去其磁场，火星电离层不能阻止太阳风或射线，这样一来太阳风或射线与暴露的土壤直接作用，使生命无法存在下去。既然大气压这么低，气温也很低，生命和新陈代谢所需的水在火星表面也无法存在，水只有在最低且带阴影的区域才能短暂存在，液态水在表面根本就没有出现过。
2007年，美国华盛顿的卡耐基研究所地球物理实验室的一次研讨会对吉尔伯特·勒温的研究进行了又一次评估，勒温仍然认为他的原始数据正确，因为正负对照实验都合乎程序。
土壤生态学家罗纳尔多·裴普告诉欧洲地球科学联盟大会，最近在火星土壤中发现页硅酸盐可能表明，成土作用或土壤的发生过程可以扩展到火星的整个表面。裴普的解释将火星表面的大部分视为活性土，由于无数年代水、植物和微生物活性的大范围磨蚀而变红。
拉斐尔·纳瓦罗·冈萨雷斯主持的索尔克生物研究所的一个研究小组认为，“海盗”号使用的探寻有机分子的设备(TV-GC-MS)其检测低水平有机物的灵敏度不够高。由于取样处理的简单性，该设备仍然是未来火星使命检测有机物的标准方法，纳瓦罗·冈萨雷斯建议设计未来探测火星有机物工具时应该包括其他探测方法。
吉尔维尼亚种
吉尔伯特·勒温、拉斐尔·纳瓦罗·冈萨雷斯和罗纳尔德·裴普将旧数据重新解释为生命存在的充足证据，认为火星的生命以吉尔维尼亚种的形式存在。支持吉尔维尼亚种微生物存在的证据是探寻生命痕迹的两次火星“海盗”号着陆器收集到的数据，但是其分析结果还没有正式定论。
2006年，阿根廷布宜诺斯艾利斯博达神经精神病医院的神经生物学专家马里奥·克罗考提议创建一个新名类，将这些结果划分为“代谢类的”，因此属于一种生命形式。克罗考建议在生命的新王国系统中建立生物学新等级范畴Taxa，以便能够对火星微生物归类。他提出下列分类条目：
有机生命系：太阳系
生物圈：火星圈
国：雅氏国(自神经生物学家克里斯特弗里德·雅克布取名)
属与种：吉尔维尼亚种
这样一来，吉尔维尼亚种就不是细菌(地球分类)，而是太阳系火星生物圈“雅氏”国之成员。
这个新术语期望的效用是解除有关生命问题证据的沉重负担，但这种分类法还没有得到科学界认可，被看作一个提议；而且火星使命仍然没有找到生物分子的痕迹。
陨石
陨石沉积是否真正可以解释为古代火星生命的证据仍然有争议，但生物学家对此有着极大的兴趣。火星上的单细胞生命即使现在已经灭绝，但仍然能够证实生命起源理论。NASA保存着至少57块火星陨石，极其珍贵，因为它们是唯一的火星实物标本。研究表明其中的三块中含有火星过去可能存在生命的证据，也因此这方面的研究得到升温。虽然收集到的科学证据很可靠，但对它的解释却五花八门。尽管这些误解曾向媒体公布过几次，截止到目前对这些原始的科学证据仍然没有决定性的结论。
在过去的几十年里，确立了7条辨认地球地质标本中过去生命的标准，它们是：
标本的地质环境是否与过去生命相容?
标本的年代及其地层位置是否与可能的生命相容?
标本是否含有细胞形态学及群体的证据?
有无生物矿物证据表明化学或矿物的不均衡?
有无生物学独有的稳定同位素模式的证据?
有无有机生物标记?
检测到的特征是否标本固有?
地质标本中存在过去生命要获得普遍认可，必须满足上述大多数条件或所有条件。
ALH84001陨石是南极陨石研究项目组成员于1984年12月在南极发现的，重量1.93千克。该标本大约1700万年前 被火星甩出，在南极冰盖里呆了11000年。NASA的复合分析显示一种磁铁矿在地球上只与某些微生物有关。
2002年8月，NASA的另一个由托马斯·凯普特拉率领的小组发表了一项研究结果，表明ALH 84001中25％的磁铁矿呈清一色的小晶体，这种情况在地球上只与生物活动有关，其余部分似乎是正常的无机磁铁矿。提取技术无法确定可能的生物磁铁矿是否组织成链。陨石表明相对低温的水次生矿化和地前水蚀变的证据，多环芳烃随离去表层而水平提高。
有些类似陆生细菌的矿化特性及其附件(小纤维)或副品(细胞外聚合物)的结构产生于碳酸盐小球和地前水蚀变区域的边缘，大小及形状与地球矿化毫微细菌一致，但是否存在毫微细菌这本身是有争议的。
透辉橄无球粒陨石于1911年6月28日坠落在埃及亚历山大里亚的纳克拉地区。
1998年，NASA约翰逊太空研究中心的一个小组获得了一小片标本以供分析，研究人员发现与地球上化石标本极微细菌大小和形状一致的地前水蚀变相和物体，但是极微细菌本身的存在仍然值得怀疑。2000年，NASA的科学家以气相色谱质谱分析法研究其高分子量多环芳烃，得到的结论是在纳克拉多至75％的有机物都“可能不是新近的地球污染”。
这给这块陨石增添了更多的神秘，所以2006年NASA想法从伦敦自然历史博物馆得到另一块更大的标本，从中观察到巨大的枝状碳含量。当2006年公布了这些结果和证据时，有些独立研究人员称这种碳沉积源自生物。然而，人们注意到既然碳是宇宙中第四个最丰富的元素，它形成的稀奇图案不能表明或暗示与生物源有什么关系。
无球粒陨石
无球粒陨石是一块4千克重的火星陨石，1865年8月25日坠落在印度的陨石，几乎是立刻被目击者捡了回来。这块陨石比较年轻，根据计算，它是火星上仅仅1650万年前从火山形成的，成分大多是辉石，科学家认为它经历了几百年的地前水蚀变。它的内部某些特征暗示其为生物膜残余及其相关的微生物群体。搜寻蚀变相里的磁铁矿工作正在进行中。
液态水
自“海盗”号之后，火星探测再也没有直接探测火星风化层以寻找生命迹象。NASA的近期任务集中于另一个问题：火星的表面在遥远的过去是否有过液态水的湖或海。科学家发现了赤铁矿，这种矿物的形成必须有水。许多科学家一直以来都认为，基于该行星上各种不同的地质地形，这一点几乎是不言而喻的，但其他科学家提出不同的解释——风蚀、氧海等等，因此2004年“火星探索者”的使命不是寻找现在或过去是否存在生命，而是寻找火星久远的过去其表面是否有过液态水的痕迹。
2000年6月发现了火星表面下存在水的证据，形式为呈洪水状的溪谷。靠近火星液态核的深度次表层水沉积可以形成当今生命的居住地。然而，2006年3月，天文学家宣布在月球上发现类似的溪谷，但其表面从来都不会有过液态水。天文学家暗示这种溪谷可能是微小陨石撞击形成的。
2004年3月，NASA宣布其“机遇”号飞船发现证据，表明在遥远的过去，火星曾经是一颗有水的星球。这给人们带来了希望：可以在现在的火星上找到其早先存在生命的证据。
2006年12月，NASA展示了火星全球测量器拍摄的图像，暗示在火星的表面偶尔有水流淌。这些图像没有流水的真实细节，而是火山口和沉积物的变化，提供了截止到目前最为强有力的证据，以说明几年前曾有水流过，而且也许现在正在流淌。有些研究人员怀疑从航天器上看到的火星表面的地貌变化为液态水所致，他们说其他物质如沙或尘土也能像液体那样移动并产生类似的结果。
近来利用轨道光谱测定法获得的数据分析火星沙石表明，先前存在于火星表面的水可能含盐量过高，像地球上的生命在这种环境下不可能生存。托斯卡等人发现他们所研究的位置的火星水都具有水分活性，aw≤0.78～0.86，这个水平对大多数地球生命来说是致命的。然而，嗜盐古生物能够生活在达到饱和点的超盐度溶液中。
NASA的“凤凰”号火星登陆器于2008年5月在火星北极平原着陆，证实了表面附近存在结冰的水：着陆器的挖掘臂挖出的光亮物三四天之后蒸发和消失。这被看作是地下冰，因挖掘而暴露，然后上升到大气中。
甲烷
2003年发现火星大气中的甲烷痕迹，2004年得到了证实。火星上甲烷的存在非常有趣，因为既然它是一种不稳定的气体，这就表明在火星上有个源头保持大气中甲烷的含量水平。据估计，火星每年肯定生产270吨甲烷，但是小行星撞击只占甲烷生产总量的O.8％。虽然甲烷可能有诸如蛇纹岩化之类的地质源头，现在缺乏火山活动、水热活动或热点，这对地质甲烷的产生是不利的。在可能的来源中有产烷生物等以微生物形式存在的生命，但至今没有得到证实。如果火星上的微小生命正在生产甲烷，那么很可能就在地面下的深层中，那里的温度足以让液态水存在。
甲醛
2005年2月，欧洲航天局的“火星快车”号飞船上装载的傅里叶行星光谱仪检测到火星大气中甲醛的痕迹。项目主管维托里奥·福弥萨诺推测甲醛可能是甲烷氧化的副产品，他认为，这可以证明火星的地质活性既不太高，也没有隐匿微生物群体。NASA的科学家认为这些初步的发现很值得继续下去，但他们也排斥生命存在的主张。
硅石
2007年5月，“勇气”号未动的轮子擦了一下地面，结果暴露出一片富含硅石(90％)的地面。这不禁令人想起温泉水或气体与火山岩接触所产生的效果。科学家认为这是过去可能曾有利于微生物生活的环境的证据，因而推断硅石的一个可能源头是土壤与火山活动产生的酸在有水的环境中相互作用而形成，另一个来源可能是温泉环境中的水。
沙丘斑点
沙丘斑点主要是火星南极地区(经度介于60°～80°)能够看到的地貌特征，位于极地冰原上或下，属于1998年。1999年火星全球测量器获得的图像中发现的。这些斑点在火星春季初出现，冬季初消失。这些斑点可能是生物起源地的看法是匈牙利的一个研究小组提出来的，他们认为这些点可能是生活于冰盖下的火星光合微生物群体。早春时当太阳回到极地时，阳光穿透冰层，微生物发生光合作用，加热它们的身边环境。一袋液态水在通常情况下会在稀薄的火星大气中立刻挥发，但是上面有一层冰盖时，则会截留在它们周围。如果冰层变薄，微生物透过冰层显露出灰色。当冰完全融化时，它们会很快变干发黑，周边呈现出一圈灰色。有人建议把嗜盐古生物这种“嗜盐”细菌作为“模特儿”，用它来研究假设中的火星极端微生物。
NASA的现行理论是这些斑点或者由玄武岩灰残片组成，或者由形成升华残留物的分层沉积物较小的、暗色的尘土聚集而成。欧洲航天局虽然没有形成一种理论，但已声明这些斑点的位置和形状无法用物理学进行解释。
宇宙辐射
1965年，“水手4”号探测器发现火星没有磁场来保护可能威胁生命的宇宙辐射和太阳辐射，20世纪90年代后期火星全球测量器的观察证实了这一发现。科学家推断，缺乏磁场保护使得太阳风在过去的几十亿年里刮走了大部分火星大气。
2007年，据计算，宇宙辐射对DNA和RNA的伤害使得火星上的生命只能呆在7，5米以下的深度，因此，对火星上生命的最佳期望在尚未研究的环境，即地下。
“凤凰”号登陆器，2008
2008年11月10日，“凤凰”号将一个遥控机器人降落在火星极地。它本次任务的两大使命分别是：一，在火星风化层寻找一个生命能够存在的“可居住地带”；二，研究火星上水的地质史。登陆器有个2.5米的机械臂可以在风化层挖掘一个0.5米的沟。一项电化学实验对风化层中的离子和火星上的抗氧化物的数量和类型进行了分析。“海盗”项目数据表明火星上的氧化物可能会随着纬度而变化，注意到“海盗2”号比“海盗1”号在更北位置发现的氧化物要少，“凤凰”着陆在更北地带。“凤凰”的初步数据显示火星土壤包含高氯酸盐，因此不会像早先认为的那样对生命有利。从生物学的角度看，pH值和盐度水平是有益的。分析器也表明存在固态水和二氧化碳。
未来使命
“火星科学实验室”是NASA的一项研究工程，计划2011年晚些时候发射。它将包含用来寻找与生物活性相关的过去或现在的条件所设计的仪器和实验。
NASA正在计划于2016年发射太空生物学野外实验室，以帮助解答火星生命的问题，火星探险及有效载荷分析小组负责确定这次任务要进行的实验。
有人倡导未来使命应该进行深层钻探以收集火星表面下不同深度的标本，有人相信那里会有液态水，微生物在那里也会躲避宇宙辐射的攻击。
火星标本回收使命——对于火星生命的最佳检测应该是在地球上检查火星土壤标本。然而，目前还无法解决从火星到地球数月的载运必须提供和维持生命的支持环境，提供其他未知的环境和营养要求简直令人不寒而栗。即便在标本中发现死亡的生命形式，也难以断定获得时是否存活。