MARSサンプルリターンに関連する滅菌感受性科学調査に関連する計画の意味（MSR）

NASA/ESA 火星サンプルリターン (MSR) キャンペーンは、環境条件が許す場所と時期に火星に生命体が存在したかどうかを証明することを目指しています。返送されたサンプルの実験室での測定は、測定されたものが滅菌条件の影響ではなく火星での現象の証拠である場合に役立ちます。この報告書は、サンプルの滅菌にもかかわらず有益な測定が可能なカテゴリーとそうでないカテゴリーがあることを証明しています。滅菌は生きている微生物を殺し、化学結合を切断することによって複雑な生物学的構造を不活性化します。滅菌は、非生物的または生物的以前の還元炭素化合物、含水鉱物、含水非晶質固体などの非生物化合物の化学結合に対して同様の効果をもたらします。我々は、2 つの特定の温度時間領域で乾熱を適用することによる滅菌効果と、γ 線照射の効果を検討しました。揮発性物質の多くの測定は滅菌に敏感であり、滅菌時の脱水または放射線分解のいずれかによって損なわれてしまいます。乾熱滅菌とγ線照射は、その効果は多少異なりますが、同じ化学元素に影響を与えます。滅菌に敏感な測定には、酸化還元に敏感な元素の存在量と酸化還元 (酸化還元) 状態、およびそれらのほとんどの同位体存在量と比率が含まれます。すべての有機分子、ほとんどの鉱物、および居住可能な条件下で形成される天然の非晶質物質には、少なくとも 1 つの酸化還元感受性元素が含まれています。したがって、火星探査車パーサヴィアランスが収集したサンプルを滅菌されていない状態で分析できない場合、火星の古代生命体とその古代環境との関係についての滅菌に敏感な証拠は大きく損なわれることになる。滅菌を行わずに格納容器から放出するのが安全でないとみなされるサンプルであっても、滅菌に敏感な測定を確実に実行できるようにするには、管理、時間に敏感な科学、およびサンプル安全性評価プロトコルに必要な機器に加えて、不測の事態に備えた機器をサンプルに追加する必要があります。受信施設 (SRF)。特に最終的に選択された滅菌レジメンがこの報告書で検討されているものと異なる場合には、重要な科学的測定に対する滅菌効果に関する知識のギャップを埋めるために、MSR キャンペーンに関連する返送サンプルタイプの類似物を使用した対象を絞った調査を実施する必要があります。要旨 計画されている NASA/ESA 火星サンプル返却キャンペーンの最優先事項は、火星に生命体が存在するかどうか、あるいは古環境条件が許す場所と時期に存在したかどうかを立証することです。返されたサンプルの分析からこれらの質問に答えるには、複数の多様な機器を使用して多くの異なる特性や特性を測定する必要があります。惑星保護要件により、滅菌されていないサブサンプルを非バイオセーフティ レベル 4 (BSL-4) の地上研究所に安全に放出できないと判断される場合があります。したがって、滅菌がサンプルの完全性、具体的には測定対象のサブサンプル特性の忠実度に悪影響を及ぼす可能性がある場合、どのような悪影響があるかを判断する必要があります。滅菌しても損なわれないサンプルの特性は、滅菌されていないサブサンプルで測定する必要があり、サンプル受け取り施設 (SRF) はそのような測定をサポートする必要があります。このレポートでは、サブサンプルの滅菌が MSR キャンペーンの科学目標に与える影響を検討します。これは、滅菌の結果がサブサンプルの科学的有用性にどのような影響を与えるか、ひいては高品質の科学調査を実施する能力にどのような影響を与えるかを評価します。我々は、(a) 2 つの温度時間領域での乾熱の適用 (180°C で 3 時間、250°C で 30 分間) と (b) γ 線照射 (1 MGy) の滅菌効果を検討します。 NASA および ESA の惑星保護官 (PPO) によって私たちに報告されています。揮発性物質が豊富な物質の多くの特性の測定は滅菌に敏感であり、サブサンプルにいずれかの滅菌モードを適用すると測定値が損なわれる可能性があります。このような材料には、有機分子、含水鉱物 (結晶固体)、および含水非晶質 (非結晶) 固体が含まれます。どちらの提案された滅菌方法も、生体分子に最も豊富に存在する 6 つの化学元素 (炭素、水素、窒素、酸素、リン、硫黄、CHNOPS) の存在量、同位体、または酸化還元 (レドックス) 状態を変更します。他の主要な酸化還元感受性元素には、鉄 (Fe)、その他の第一列遷移元素 (FRTE)、セリウム (Ce) が含まれます。これらの改変の結果、火星の生命、古環境の歴史、潜在的な居住可能性、潜在的な生体署名などの証拠は破損または破壊されるでしょう。滅菌中に加熱されたサンプル中の一部の希ガスの存在量を変更すると、科学的に重要な放射性同位体地球時計や大気進化測定もリセットされる可能性があります。滅菌は、すべての生きている微生物を最終的に不活性化し（死滅させ）、複雑な生物学的構造（細菌胞子、ウイルス、プリオンを含む）を不活性化するように設計されています。滅菌プロセスは、滅菌前の特定の化学結合 (主に共有結合の性質を持つ強力な CC、CO、CN、CH 結合や、より弱い水素結合やファンデルワールス結合など) を切断し、異なる結合や化合物を形成し、生物学的機能を無効にすることによって滅菌を行います。滅菌前の化合物の機能。同グループは次のことを発見した: 分子構造を完全に無傷に保ちながら、細胞の生存能力を破壊する滅菌プロセスは存在しない。これは、生物の有機分子だけでなく、前世のほとんどの有機分子バイオシグネチャー (分子化石) にも当てはまります。生物学的原理の問題として、滅菌プロセスは生物学的情報および古生物学的情報の損失をもたらします。これが滅菌が達成されるメカニズムであるためです。したがって、どちらかのモードでサブサンプルを滅菌すると、ほぼすべての生命科学研究が損なわれることになります。提案された温度での乾熱による滅菌は、古環境、居住性、潜在的なバイオシグネチャー、および生命科学観察の地質学的状況の研究にとって最も重要な鉱物および非晶質固体の多くに変化をもたらす可能性がある。 MGy 未満の線量でさえもガンマ線 (γ線) を照射すると、水の放射線分解が引き起こされます。放射線分解生成物（フリーラジカルなど）は、古環境、居住性、潜在的なバイオシグネチャーの研究において対象となる酸化還元感受性化学種と反応し、それによってそれらの種の測定に悪影響を及ぼします。加熱滅菌と放射線も CHNOPS と酸化還元感受性元素に悪影響を及ぼします。 MSPG2 は、CHNOPS 元素、他の酸化還元感受性元素 (例: Fe およびその他の FRTE、Ce)、または両方ではなく一方のみの影響を受けるそれらの同位体の存在量または酸化還元状態の測定値を自信を持って特定できませんでした。 、検討された滅菌方法のうち。揮発性物質が豊富なサブサンプルの多くの属性の測定は、熱とγ線照射の両方の滅菌に影響されます。サブサンプルに残っているものが火星の状態の証拠ではなく、滅菌条件とその効果の証拠である場合、そのような測定は火星科学には役に立ちません。現存または絶滅した生命の証拠の検出に関する測定のほとんどは、滅菌に敏感です。生命科学以外の多くの測定では、返されたサンプル中の CHNOPS 元素、その他の酸化還元感受性元素、またはそれらの同位体 (および一部の希ガス) の存在量や酸化還元状態から火星の古環境情報を取得しようとしています。このような測定は、（古）大気の組成と進化、（古）地表水の起源と化学進化、潜在的な（古）居住可能性、（古）地下水と間隙水の溶質の化学、起源と進化、潜在的なバイオシグネチャーの保存、代謝要素、または同位体分別、および生命科学観察の地質学的、地質年代学的、地形学的背景。このような測定のほとんどは滅菌にも敏感です。熱またはγ線照射によって滅菌されたサブサンプルでは、滅菌に敏感な特性を有意義に測定することはできません。このようなサブサンプルが滅菌されていない状態で外部の研究室に放出されても生物学的危険性がないとみなされない限り、そのような測定はすべて、生物封じ込め内の滅菌されていないサンプルに対して行われなければなりません。 SRF は、PPO が提供する両方の滅菌方法に対して滅菌に敏感な科学的調査を実行する能力を備えている必要があります (図 SE1)。この報告書では以下のことが認められています。背景、範囲、および正当化の完全な説明は、各調査結果について特定されたセクションの各調査結果の提示に先立って行われます。 1 つ以上の調査結果は、3 つの広範な測定タイプのカテゴリ (現存または古代の生命の生体署名、古環境条件の地質学的証拠、およびガス) のそれぞれに対する、提供された各滅菌方法の影響に関する以前の研究の評価に続きます。 PPO が提供する両方の滅菌方法に明示的に言及している場合、または SRF 内でサポートする必要がある機能に特定の意味を持っている場合、調査結果は「メジャー」と指定されます。 SS-1 の発見: 返還された火星サンプル中の (主に分子の) バイオシグネチャーの存在を調査するために iMOST によって記述された測定値 (iMOST Objectives 2.1、2.2、および 2.3) の半分以上は滅菌の影響を受けやすいため、許容可能な分析では実行できません。 MSPG2 に提供された滅菌パラメータでの熱またはγ線照射のいずれかによって滅菌されたサブサンプルの精度または感度。その割合は、現存または最近の生命の調査 (iMOST Objective 2.3) に特有の測定値の 86% に上昇します (セクション 2.5 を参照)。この調査結果は、MSPG Science in Containment レポート (MSPG、2019) の調査結果 #4 に代わるものです。発見 SS-2: 科学調査のために iMOST によって記述された測定値のほぼ 4 分の 3 (160 件中 115 件、72%) は、目標 2 とは関連していませんが、水圏との過去の相互作用を含む地質学的現象に関する目的と関連しています (目標 1 および 3)。 ) および大気 (目的 4) は滅菌耐性があるため、MSPG2 に指定された滅菌パラメーター (セクション 2.5 を参照) で熱または γ 線照射のいずれかによって滅菌されたサブサンプルに対して、(一般に) 許容可能な分析精度または感度で滅菌を実行できます。この調査結果は、MSPG Science in Containment レポート (MSPG、2019) の調査結果 #6 をサポートしています。 MSPG2 は、オプションが存在する SRF の外側でできるだけ多くの測定を実施するという、以前に提案された戦略を支持しています。発見 SS-3: 返還された火星サンプル中の現存生命の可能性を調査するための提案された戦略は、バイオシグネチャー、そしてより重要なことに、核酸構造 (DNA/RNA) と、不可知論的な機能的に類似した情報を保持するポリマーの存在を理解することにあります。重要な観察は、微生物が居住可能な地表または地下環境の典型的な温度を超える滅菌に関連する温度にさらされると、生物学的情報が失われるということである。現存する生物がサブサンプル分析の対象である場合、乾熱による材料の滅菌はそのような分析を損なう可能性があります (セクション 3.2 を参照)。発見 SS-4: 返還された火星サンプルにおける現存生命の可能性を調査するための提案された戦略は、核酸構造 (DNA/RNA) や不可知論的な機能的に類似した情報を保持するポリマーの存在などのバイオシグネチャーを理解することにあります。重要な観察は、微生物がγ線に曝露されると、分子の損傷および/または破壊によって生物学的情報が失われるということです。現存する生物がサブサンプル分析の対象である場合、γ線による材料の滅菌は、そのような分析を損なう可能性があります(セクション3.3を参照)。発見 SS-5: 返還された火星サンプル中の生体分子を調査するための提案された戦略は、ペプチド、タンパク質、DNA (デオキシリボ核酸) および RNA (リボ核酸) だけでなく、細胞膜に関連する化合物などのさまざまな複雑な分子の検出にあります。脂質、ステロール、脂肪酸、およびそれらの地質学的に安定な反応生成物 (ホパン、ステランなど)、および機能的に類似した情報を保持する可能性のある不可知論的なポリマーなどです。 MSR キャンペーン レベルのサンプル温度要件を超える温度 (滅菌温度を含む) にさらされると、生物学的情報が失われます。バイオシグネチャーの存在がサブサンプル分析の対象である場合、乾熱による材料の滅菌はそのような分析を損なう可能性があります (セクション 4.2 を参照)。発見 SS-6: 返還された火星サンプル中の生体分子を調査するための提案された戦略は、ペプチド、タンパク質、DNA (デオキシリボ核酸) と RNA (リボ核酸)、および脂質などの細胞膜に関連する化合物を含む、さまざまな複雑な分子の検出にあります。 、ステロール、脂肪酸、およびそれらの地質学的に安定な反応生成物（ホパン、ステランなど）、および機能的に類似した情報を保持する可能性のある不可知論的なポリマー。放射線にさらされると、生体情報が失われます。バイオシグネチャーの存在がサブサンプル分析の対象である場合、γ 線照射による材料の滅菌により、そのような分析が損なわれる可能性があります (セクション 4.3 を参照)。 [図: 本文を参照] 主な発見 SS-7: 有機バイオシグネチャー調査 (絶滅生物または現存生物) に使用することを目的としたサブサンプルについては、熱またはγ線滅菌の使用を避けるべきです。絶滅した生命体または現存する生命体（固有細胞または汚染物質、生細胞または死細胞）の有機分子、あるいは非生物化学に由来する一部の有機分子の研究は、いかなる手段であれ滅菌されたサブサンプルでは確実に行うことができません。返還された火星サンプル中のアミノ酸およびその他の還元された有機バイオシグネチャーの濃度も非常に低いため、追加の加熱および/またはγ線照射滅菌により濃度が検出不可能なレベルまで低下する可能性があります。これらの実験は、格納容器内の滅菌されていないサブサンプルに対して行われることが非常に優先されます (セクション 4.4 を参照)。 SS-8の発見：滅菌されていない火星サンプルを約100℃で溶媒抽出および酸加水分解すると、抽出物中の生体高分子が不活性化され、サブサンプルを滅菌するために追加の熱や放射線処理を必要としません。加水分解抽出物は、格納容器の外での可溶性遊離有機分子の分析に対して安全である必要があり、バイオハザード評価のためのその起源に関する有用な情報を提供する可能性があります。このタイプのアプローチは、承認された場合には強く推奨され、承認されます (セクション 4.4 を参照)。 SS-9 の発見: 火星の低温プロセスによって形成された鉱物および非晶質物質は、熱変質に非常に敏感であり、加熱されると組成および/または構造に不可逆的な変化が生じます。 MSR キャンペーン レベルのサンプル温度要件を超える温度 (滅菌温度を含む) にさらされると、サンプルが受け取ったときの状態から変化する可能性があります。提案された滅菌温度での乾熱による滅菌は、古環境、居住性、および潜在的なバイオシグネチャーまたはバイオシグネチャー宿主の研究にとって最も重要なミネラルの多くに変化をもたらす可能性があります。返送されたサンプルが鉱物転移が起こる温度以上に加熱されないことが重要です (セクション 5.3 を参照)。 SS-10 の発見: 結晶構造、主要および不揮発性微量元素の存在量、鉱物の化学量論的組成は、0.3 ～ 1 MGy までのγ線照射による影響を受けませんが、結晶構造は 130 MGy で完全に破壊されます。これらの特定の特性の測定値は、想定上の 1 MGy 線量でγ線照射されたサブサンプルからは取得できません。サブサンプルは滅菌に敏感です (セクション 5.4 を参照)。 SS-11 の発見: γ 線照射による滅菌 (MGy 未満の線量であっても) は、鉱物格子内に結合した元素の酸化還元状態に重大な変化をもたらします。酸化還元感受性元素には、C、H、N、O、P、S に加え、Fe およびその他の第一列遷移元素 (FRTE) が含まれます。 周囲の古温度を含む居住可能な条件下で形成されたほぼすべての鉱物および天然の非晶質物質火星の表面または浅い地下には、これらの酸化還元に敏感な元素が少なくとも 1 つ含まれています。したがって、そのような地質材料の列挙された特性の測定と調査は滅菌に敏感であり、γ 線照射されたサブサンプルに対して実行されるべきではありません (セクション 5.4 を参照)。発見 SS-12: 高温のマグマおよび衝突関連のプロセス、その年代、および火星の地球物理学的進化の年代に焦点を当てた研究のかなりの部分は滅菌耐性があります。このような研究には、加熱滅菌によってある程度の影響を受ける可能性のあるいくつかの分析が含まれる可能性がありますが、これらの分析のほとんどは、γ 線照射を伴う滅菌によって影響されません (セクション 5.6 を参照)。主な発見 SS-13: 低温 (火星の表面/表面付近) で形成または自然に変性した、含水またはその他の揮発性物質が豊富な鉱物および/または X 線非晶質物質を含む物質の科学的調査は、滅菌に敏感です。これらは、CHNOPS および他の揮発性物質 (例: 時間測定用の希ガス)、FRTE、および Ce の存在量、酸化還元状態、同位体の変化によって損なわれるため、乾熱またはγ線で滅菌されたサブサンプルに対しては実行できません。 - 照射（セクション 5.7 を参照）。主な発見 SS-14: 技術的問題をすべて解決できれば、格納容器内に大規模なガス化学実験室を建設して運営するよりも、格納容器の外で滅菌ガスサンプルを扱う方がはるかに望ましいでしょう。反応性（または不活性）に応じて、サンプル管から抽出されたガスは乾熱またはγ線照射によって滅菌され、格納容器の外で分析される可能性があります。あるいは、ガスサンプルを不活性グリッドでろ過し、ろ過されたガスを格納容器の外で分析することもできます (セクション 6.5 を参照)。主な発見 SS-15: 火星サンプル返却キャンペーンのキャンペーンレベルの科学目標の基礎となるのは、SRF が、火星の周囲の古温度を含む居住可能な条件下で形成された有機物および/または鉱物を含む、火星から返還されたサンプルの特性評価をサポートすることです。ほとんどの粘土、硫酸塩、炭酸塩などの火星の表面または地下 (<~200°C) は、SRF で受け取ったままの状態で地球上の実験室にあります (セクション 7.1 を参照)。主な発見 SS-16: 潜在的なバイオシグネチャーのあらゆるカテゴリーの検索は、提案された滅菌方法のいずれかによって悪影響を受ける可能性があります (セクション 7.1 を参照)。主な発見 SS-17: 炭素、水素、窒素、酸素、硫黄、リン、その他の揮発性物質が滅菌ステップ中にサブサンプルから放出される可能性があります。熱およびγ線滅菌チャンバーは、滅菌中のサブサンプルからの重量損失を監視できなければなりません。滅菌中にサンプルのヘッドスペースおよび滅菌チャンバーで生成されたガスはすべて、滅菌されたサブサンプルすべての発生元素および化合物の化学的および安定同位体組成の将来の分析のために捕捉および封じ込められ、滅菌による変化を完全に特徴付けて記録し、それによって回復する必要があります。そうしないと失われる可能性があるいくつかの重要な情報 (セクション 7.2 を参照)。このレポートは、滅菌に敏感な iMOST 測定タイプのほとんどが、生命検出および生命特性評価のための iMOST 目的のいずれかに含まれていることを示しています。

The NASA/ESA Mars Sample Return (MSR) Campaign seeks to establish whether life on Mars existed where and when environmental conditions allowed. Laboratory measurements on the returned samples are useful if what is measured is evidence of phenomena on Mars rather than of the effects of sterilization conditions. This report establishes that there are categories of measurements that can be fruitful despite sample sterilization and other categories that cannot. Sterilization kills living microorganisms and inactivates complex biological structures by breaking chemical bonds. Sterilization has similar effects on chemical bonds in non-biological compounds, including abiotic or pre-biotic reduced carbon compounds, hydrous minerals, and hydrous amorphous solids. We considered the sterilization effects of applying dry heat under two specific temperature-time regimes and the effects of γ-irradiation. Many measurements of volatile-rich materials are sterilization sensitive-they will be compromised by either dehydration or radiolysis upon sterilization. Dry-heat sterilization and γ-irradiation differ somewhat in their effects but affect the same chemical elements. Sterilization-sensitive measurements include the abundances and oxidation-reduction (redox) states of redox-sensitive elements, and isotope abundances and ratios of most of them. All organic molecules, and most minerals and naturally occurring amorphous materials that formed under habitable conditions, contain at least one redox-sensitive element. Thus, sterilization-sensitive evidence about ancient life on Mars and its relationship to its ancient environment will be severely compromised if the samples collected by Mars 2020 rover Perseverance cannot be analyzed in an unsterilized condition. To ensure that sterilization-sensitive measurements can be made even on samples deemed unsafe for unsterilized release from containment, contingency instruments in addition to those required for curation, time-sensitive science, and the Sample Safety Assessment Protocol would need to be added to the Sample Receiving Facility (SRF). Targeted investigations using analogs of MSR Campaign-relevant returned-sample types should be undertaken to fill knowledge gaps about sterilization effects on important scientific measurements, especially if the sterilization regimens eventually chosen are different from those considered in this report. Executive Summary A high priority of the planned NASA/ESA Mars Sample Return Campaign is to establish whether life on Mars exists or existed where and when allowed by paleoenvironmental conditions. To answer these questions from analyses of the returned samples would require measurement of many different properties and characteristics by multiple and diverse instruments. Planetary Protection requirements may determine that unsterilized subsamples cannot be safely released to non-Biosafety Level-4 (BSL-4) terrestrial laboratories. Consequently, it is necessary to determine what, if any, are the negative effects that sterilization might have on sample integrity, specifically the fidelity of the subsample properties that are to be measured. Sample properties that do not survive sterilization intact should be measured on unsterilized subsamples, and the Sample Receiving Facility (SRF) should support such measurements. This report considers the effects that sterilization of subsamples might have on the science goals of the MSR Campaign. It assesses how the consequences of sterilization affect the scientific usefulness of the subsamples and hence our ability to conduct high-quality science investigations. We consider the sterilization effects of (a) the application of dry heat under two temperature-time regimes (180°C for 3 hours; 250°C for 30 min) and (b) γ-irradiation (1 MGy), as provided to us by the NASA and ESA Planetary Protection Officers (PPOs). Measurements of many properties of volatile-rich materials are sterilization sensitive-they would be compromised by application of either sterilization mode to the subsample. Such materials include organic molecules, hydrous minerals (crystalline solids), and hydrous amorphous (non-crystalline) solids. Either proposed sterilization method would modify the abundances, isotopes, or oxidation-reduction (redox) states of the six most abundant chemical elements in biological molecules (i.e., carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus, and sulphur, CHNOPS), and of other key redox-sensitive elements that include iron (Fe), other first-row transition elements (FRTE), and cerium (Ce). As a result of these modifications, such evidence of Mars' life, paleoenvironmental history, potential habitability, and potential biosignatures would be corrupted or destroyed. Modifications of the abundances of some noble gases in samples heated during sterilization would also reset scientifically important radioisotope geochronometers and atmospheric-evolution measurements. Sterilization is designed to render terminally inactive (kill) all living microorganisms and inactivate complex biological structures (including bacterial spores, viruses, and prions). Sterilization processes do so by breaking certain pre-sterilization chemical bonds (including strong C-C, C-O, C-N, and C-H bonds of predominantly covalent character, as well as weaker hydrogen and van der Waals bonds) and forming different bonds and compounds, disabling the biological function of the pre-sterilization chemical compound. The group finds the following: No sterilization process could destroy the viability of cells whilst still retaining molecular structures completely intact. This applies not only to the organic molecules of living organisms, but also to most organic molecular biosignatures of former life (molecular fossils). As a matter of biological principle, any sterilization process would result in the loss of biological and paleobiological information, because this is the mechanism by which sterilization is achieved. Thus, almost all life science investigations would be compromised by sterilizing the subsample by either mode. Sterilization by dry heat at the proposed temperatures would lead to changes in many of the minerals and amorphous solids that are most significant for the study of paleoenvironments, habitability, potential biosignatures, and the geologic context of life-science observations. Gamma-(γ-)irradiation at even sub-MGy doses induces radiolysis of water. The radiolysis products (e.g., free radicals) react with redox-sensitive chemical species of interest for the study of paleoenvironments, habitability, and potential biosignatures, thereby adversely affecting measurements of those species. Heat sterilization and radiation also have a negative effect on CHNOPS and redox-sensitive elements. MSPG2 was unable to identify with confidence any measurement of abundances or oxidation-reduction states of CHNOPS elements, other redox-sensitive elements (e.g., Fe and other FRTE; Ce), or their isotopes that would be affected by only one, but not both, of the considered sterilization methods. Measurements of many attributes of volatile-rich subsamples are sterilization sensitive to both heat and γ-irradiation. Such a measurement is not useful to Mars science if what remains in the subsample is evidence of sterilization conditions and effects instead of evidence of conditions on Mars. Most measurements relating to the detection of evidence for extant or extinct life are sterilization sensitive. Many measurements other than those for life-science seek to retrieve Mars' paleoenvironmental information from the abundances or oxidation-reduction states of CHNOPS elements, other redox-sensitive elements, or their isotopes (and some noble gases) in returned samples. Such measurements inform scientific interpretations of (paleo)atmosphere composition and evolution, (paleo)surface water origin and chemical evolution, potential (paleo)habitability, (paleo)groundwater-porewater solute chemistry, origin and evolution, potential biosignature preservation, metabolic element or isotope fractionation, and the geologic, geochronological, and geomorphic context of life-sciences observations. Most such measurements are also sterilization sensitive. The sterilization-sensitive attributes cannot be meaningfully measured in any such subsample that has been sterilized by heat or γ-irradiation. Unless such subsamples are deemed biohazard-safe for release to external laboratories in unsterilized form, all such measurements must be made on unsterilized samples in biocontainment. An SRF should have the capability to carry out scientific investigations that are sterilization-sensitive to both PPO-provided sterilization methods (Figure SE1). The following findings have been recognized in the Report. Full explanations of the background, scope, and justification precede the presentation of each Finding in the Section identified for that Finding. One or more Findings follow our assessment of previous work on the effects of each provided sterilization method on each of three broad categories of measurement types-biosignatures of extant or ancient life, geological evidence of paleoenvironmental conditions, and gases. Findings are designated Major if they explicitly refer to both PPO-provided sterilization methods or have specific implications for the functionalities that need to be supported within an SRF. FINDING SS-1: More than half of the measurements described by iMOST for investigation into the presence of (mostly molecular) biosignatures (iMOST Objectives 2.1, 2.2 and 2.3) in returned martian samples are sterilization-sensitive and therefore cannot be performed with acceptable analytical precision or sensitivity on subsamples sterilized either by heat or by γ-irradiation at the sterilization parameters supplied to MSPG2. That proportion rises to 86% of the measurements specific to the investigation of extant or recent life (iMOST Objective 2.3) (see Section 2.5). This Finding supersedes Finding #4 of the MSPG Science in Containment report (MSPG, 2019). FINDING SS-2: Almost three quarters (115 out of 160; 72%) of the measurements described by iMOST for science investigations not associated with Objective 2 but associated with Objectives concerning geological phenomena that include past interactions with the hydrosphere (Objectives 1 and 3) and the atmosphere (Objective 4) are sterilization-tolerant and therefore can (generally) be performed with acceptable analytical precision or sensitivity on subsamples sterilized either by heat or by γ-irradiation at the sterilization parameters supplied to MSPG2 (see Section 2.5). This Finding supports Finding #6 of the MSPG Science in Containment report (MSPG, 2019). MSPG2 endorses the previously proposed strategy of conducting as many measurements as possible outside the SRF where the option exists. FINDING SS-3: Suggested strategies for investigating the potential for extant life in returned martian samples lie in understanding biosignatures and, more importantly, the presence of nucleic acid structures (DNA/RNA) and possible agnostic functionally similar information-bearing polymers. A crucial observation is that exposure of microorganisms to temperatures associated with sterilization above those typical of a habitable surface or subsurface environment results in a loss of biological information. If extant life is a target for subsample analysis, sterilization of material via dry heat would likely compromise any such analysis (see Section 3.2). FINDING SS-4: Suggested strategies for investigating the potential for extant life in returned martian samples lie in understanding biosignatures, including the presence of nucleic acid structures (DNA/RNA) and possible agnostic functionally similar information-bearing polymers. A crucial observation is that exposure of microorganisms to γ-radiation results in a loss of biological information through molecular damage and/or destruction. If extant life is a target for subsample analysis, sterilization of material via γ-radiation would likely compromise any such analysis (see Section 3.3). FINDING SS-5: Suggested strategies for investigating biomolecules in returned martian samples lie in detection of a variety of complex molecules, including peptides, proteins, DNA (deoxyribonucleic acid) and RNA (ribonucleic acid), as well as compounds associated with cell membranes such as lipids, sterols, and fatty acids and their geologically stable reaction products (hopanes, steranes, etc.) and possible agnostic functionally similar information-bearing polymers. Exposure to temperatures above MSR Campaign-Level Requirements for sample temperature, up to and including sterilization temperatures, results in a loss of biological information. If the presence of biosignatures is a target for subsample analysis, sterilization of material via dry heat would likely compromise any such analysis (see Section 4.2). FINDING SS-6: Suggested strategies for investigating biomolecules in returned martian samples lie in detection of a variety of complex molecules, including peptides, proteins, DNA (deoxyribonucleic acid) and RNA (ribonucleic acid), and compounds associated with cell membranes such as lipids, sterols and fatty acids and their geologically stable reaction products (hopanes, steranes, etc.) and possible agnostic functionally similar information-bearing polymers. Exposure to radiation results in a loss of biological information. If the presence of biosignatures is a target for subsample analysis, sterilization of material via γ-irradiation would likely compromise any such analysis (see Section 4.3). [Figure: see text] MAJOR FINDING SS-7: The use of heat or γ-irradiation sterilization should be avoided for subsamples intended to be used for organic biosignature investigations (for extinct or extant life). Studies of organic molecules from extinct or extant life (either indigenous or contaminants, viable or dead cells) or even some organic molecules derived from abiotic chemistry cannot credibly be done on subsamples that have been sterilized by any means. The concentrations of amino acids and other reduced organic biosignatures in the returned martian samples may also be so low that additional heat and/or γ-irradiation sterilization would reduce their concentrations to undetectable levels. It is a very high priority that these experiments be done on unsterilized subsamples inside containment (see Section 4.4). FINDING SS-8: Solvent extraction and acid hydrolysis at ∼100°C of unsterilized martian samples will inactivate any biopolymers in the extract and would not require additional heat or radiation treatment for the subsamples to be rendered sterile. Hydrolyzed extracts should be safe for analysis of soluble free organic molecules outside containment and may provide useful information about their origin for biohazard assessments; this type of approach, if approved, is strongly preferred and endorsed (see Section 4.4). FINDING SS-9: Minerals and amorphous materials formed by low temperature processes on Mars are highly sensitive to thermal alteration, which leads to irreversible changes in composition and/or structure when heated. Exposure to temperatures above MSR Campaign-Level Requirements for sample temperature, up to and including sterilization temperatures, has the potential to alter them from their as-received state. Sterilization by dry heat at the proposed sterilization temperatures would lead to changes in many of the minerals that are most significant for the study of paleoenvironments, habitability, and potential biosignatures or biosignature hosts. It is crucial that the returned samples are not heated to temperatures above which mineral transitions occur (see Section 5.3). FINDING SS-10: Crystal structure, major and non-volatile minor element abundances, and stoichiometric compositions of minerals are unaffected by γ-irradiation of up to 0.3-1 MGy, but crystal structures are completely destroyed at 130 MGy. Measurements of these specific properties cannot be acquired from subsamples γ-irradiated at the notional 1 MGy dose-they are sterilization-sensitive (see Section 5.4). FINDING SS-11: Sterilization by γ-irradiation (even at sub-MGy doses) results in significant changes to the redox state of elements bound within a mineral lattice. Redox-sensitive elements include Fe and other first-row transition elements (FRTE) as well as C, H, N, O, P and S. Almost all minerals and naturally occurring amorphous materials that formed under habitable conditions, including the ambient paleotemperatures of Mars' surface or shallow subsurface, contain at least one of these redox-sensitive elements. Therefore, measurements and investigations of the listed properties of such geological materials are sterilization sensitive and should not be performed on γ-irradiated subsamples (see Section 5.4). FINDING SS-12: A significant fraction of investigations that focus on high-temperature magmatic and impact-related processes, their chronology, and the chronology of Mars' geophysical evolution are sterilization-tolerant. While there may be a few analyses involved in such investigations that could be affected to some degree by heat sterilization, most of these analyses would not be affected by sterilization involving γ-irradiation (see Section 5.6). MAJOR FINDING SS-13: Scientific investigations of materials containing hydrous or otherwise volatile-rich minerals and/or X-ray amorphous materials that formed or were naturally modified at low (Mars surface-/near-surface) temperature are sterilization-sensitive in that they would be compromised by changes in the abundances, redox states, and isotopes of CHNOPS and other volatiles (e.g., noble gases for chronometry), FRTE, and Ce, and cannot be performed on subsamples that have been sterilized by either dry heat or γ-irradiation (see Section 5.7). MAJOR FINDING SS-14: It would be far preferable to work on sterilized gas samples outside of containment, if the technical issues can all be worked out, than to build and operate a large gas chemistry laboratory inside containment. Depending on their reactivity (or inertness), gases extracted from sample tubes could be sterilized by dry heat or γ-irradiation and analyzed outside containment. Alternatively, gas samples could be filtered through an inert grid and the filtered gas analyzed outside containment (see Section 6.5). MAJOR FINDING SS-15: It is fundamental to the campaign-level science objectives of the Mars Sample Return Campaign that the SRF support characterization of samples returned from Mars that contain organic matter and/or minerals formed under habitable conditions that include the ambient paleotemperatures of Mars' surface or subsurface (<∼200°C)-such as most clays, sulfates, and carbonates-in laboratories on Earth in their as-received-at-the-SRF condition (see Section 7.1). MAJOR FINDING SS-16: The search for any category of potential biosignature would be adversely affected by either of the proposed sterilization methods (see Section 7.1). MAJOR FINDING SS-17: Carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, and other volatiles would be released from a subsample during the sterilization step. The heat and γ-ray sterilization chambers should be able to monitor weight loss from the subsample during sterilization. Any gases produced in the sample headspace and sterilization chamber during sterilization should be captured and contained for future analyses of the chemical and stable isotopic compositions of the evolved elements and compounds for all sterilized subsamples to characterize and document fully any sterilization-induced alteration and thereby recover some important information that would otherwise be lost (see Section 7.2). This report shows that most of the sterilization-sensitive iMOST measurement types are among either the iMOST objectives for life detection and life characterization (half or more of the measurements for life-science sub-objectives are critically sterilization sensitive) or the iMOST objectives for inferring paleoenvironments, habitability, preservation of potential biosignatures, and the geologic context of life-science observations (nearly half of the measurements for sub-objectives involving geological environments, habitability, potential biosignature preservation, and gases/volatiles are critically sterilization sensitive) (Table 2; see Beaty et al., 2019 for the full lists of iMOST objectives, goals, investigations, and sample measurement types). Sterilization-sensitive science about ancient life on Mars and its relationship to its ancient environment will be severely impaired or lost if the samples collected by Perseverance cannot be analyzed in an unsterilized condition. Summary: ○The SRF should have the capability to carry out or otherwise support scientific investigations that are sensitive to both PPO-provided sterilization methods. ○Measurements of most life-sciences and habitability-related (paleoenvironmental) phenomena are sensitive to both PPO-provided sterilization modes. (Major Finding SS-7, SS-15, SS-16 and Finding SS-1, SS-3, SS-4, SS-5, SS-6, SS-9, SS-11, SS-13) If subsamples for sterilization-sensitive measurement cannot be deemed safe for release, then additional contingency analytical capabilities are needed in the SRF to complete MSR Campaign measurements of sterilization-sensitive sample properties on unsterilized samples in containment (Figure SE1, below). ○Measurements of high-temperature (low-volatile) phenomena are tolerant of both PPO-provided sterilization modes (Finding SS-12). Subsamples for such measurements may be sterilized and released to laboratories outside containment without compromising the scientific value of the measurements. ○Capturing, transporting, and analyzing gases is important and will require careful design of apparatus. Doing so for volatiles present as headspace gases and a dedicated atmosphere sample will enable important atmospheric science (Major Finding SS-14). Similarly, capturing and analyzing gases evolved during subsample sterilization (i.e., gas from the sterilization chamber) would compensate for some sterilization-induced loss of science data from volatile-rich solid (geological) subsamples (Finding SS-14, SS-17; other options incl. SS-8).