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In naher Zukunft befinden sich sechs Besatzungsmitglieder der Internationalen Raumstation ISS auf der Mars Pilgrim 7 Mission. Es handelt sich dabei um mehrere Wissenschaftler und Astronauten, darunter Dr. Miranda North, Mitarbeiterin des Centers for Disease Control and Prevention, die die Mission leitet und als Quarantänebeauftragte dafür sorgt, dass während der Mission die Quarantänevorschriften eingehalten werden, wozu sie verschiedene Firewalls eingerichtet hat. Der ehemalige Militärangehörige Dr. David Jordan arbeitet als Bordarzt auf der Station, der Japaner Sho Murakami ist Senior Crewmember und Systemingenieur, und der leitende Wissenschaftler ist der von der Taille abwärts gelähmte Dr. Hugh Derry. Zusätzlich gehören noch der Flugingenieur Roy Adams und die russische Kosmonautin und Wissenschaftlerin Ekaterina Golovkina zur Crew. Sie bekommen den Auftrag, eine Bodenprobe vom Mars zu untersuchen, die von einer Weltraumsonde zu ihnen gebracht und von Adams in einem gewagten Einsatz an Bord geholt werden muss, da die Sonde auf ihrem Rückweg beschädigt wurde. Bei der Untersuchung der Probe machen sie eine sensationelle Entdeckung, denn in einer der ersten Proben des roten Sandes finden sie mithilfe eines Hochleistungsmikroskops die fossile Form eines Einzellers.

Als der Mikrobiologe Dr. Derry den winzigen außerirdischen Organismus isoliert, ihm ein spezielles Luftgemisch zuführt und ihn mit etwas Glucose füttert, erwacht dieser wieder zum Leben. Sie entdecken, dass sich der Mikroorganismus schnell vervielfältigt, seine multifunktionalen Zellen allesamt zugleich Muskel- und Nervenzellen zu sein scheinen und er photorezeptive Eigenschaften besitzt, was sie vermuten lässt, dass er das Potenzial besitzt, sich unglaublich gut und schnell an seine jeweilige Umgebung anzupassen. Sie nennen die außerirdische Lebensform Calvin. Diesen Namen hatte ihm eine amerikanische Grundschule gegeben, wie ein kleines Mädchen auf der Erde medienwirksam verkündet. Derry kann seine Begeisterung kaum verbergen, besonders als der Organismus sogar auf die Handbewegungen des Wissenschaftlers reagiert, doch andere Besatzungsmitglieder an Bord treffen Vorsichtsmaßnahmen für den Notfall, allen voran Miranda North, die Erfahrungen in der Seuchenkontrolle hat. Derry entdeckt, dass jede einzelne sich replizierende Zelle des fremden Organismus imstande ist, alle Körperfunktionen zu übernehmen und ausgewachsene Muskeln, Gehirn und Augen gleichzeitig in einem Organismus vereint. Als der Organismus in eine Art Starre verfällt, nachdem es zu einem Problem mit der Belüftung im Labor gekommen ist, versucht Derry ihn mit leichten Stromstößen wieder zu animieren, doch Calvin setzt sich zur Wehr und entkommt aus seiner Petrischale. Beim Versuch, Dr. Derry zu retten, findet sich Adams mit dem Organismus im Labor wieder, der ihn tötet, nachdem er vergebens versuchte, ihn zu eliminieren. Calvin flüchtet in die Lüftungs- und Kühlungsrohre der Station, und die allgemeine Euphorie über die sensationelle wissenschaftliche Entdeckung verfliegt in diesem Moment. Doch auch der Exobiologe stirbt bald, nachdem sich Calvin, der zuerst nur Derrys Hand zerquetschte, während eines späteren Angriffs an dessen Bein zu schaffen macht.

Die verbliebenen Mitglieder der Besatzung müssen erkennen, dass sich die ungewöhnliche Lebensform nicht nur als äußerst anpassungsfähig und hochintelligent, sondern auch als hochgefährlich erweist und womöglich sogar für die Auslöschung allen Lebens auf dem Mars verantwortlich sein könnte. Calvin stellt aber nicht nur für die Besatzung eine Gefahr dar, sondern ebenso für die gesamte Menschheit, sollte der Organismus jemals auf die Erde gelangen. Der Versuch, die größte Entdeckung der Menschheit zu eliminieren, erweist sich als fast unmöglich, da das fremde Lebewesen sich in der Dunkelheit des Schiffes versteckt hat und ein völlig unberechenbares Verhalten sowie eine enorme Widerstands- und Anpassungsfähigkeit aufweist. Selbst einen Aufenthalt im Vakuum außerhalb der ISS überlebt Calvin unbeschadet, während sich Golovkina bei dem Außeneinsatz opfert, um zu verhindern, dass der Organismus wieder zurück an Bord gelangt. Auch der Plan, Calvin in einem Teil der Station den Sauerstoff zu entziehen, den auch dieser zum Leben benötigt, schlägt fehl. 

Weil auch die letzte von Miranda North eingerichtete Firewall, die Station selbst, nach einigen Fehlmanövern und Störungen an Bord auf die Erde zu stürzen droht, es aber das oberste Ziel der Mannschaft war, den parasitären Organismus mit der einhergehenden Bedrohung für die gesamte Menschheit aufzuhalten, unternehmen die letzten beiden Überlebenden, North und Jordan, einen letzten Versuch, die Infektion der Erde mit dem außerirdischen Organismus zu stoppen. Jordan versucht Calvin in eine Rettungskapsel zu locken und mit ihm in die Weiten des Weltalls zu fliegen, während North auf die Erde zurückkehren soll. Nach einer Kollision der beiden Kapseln gelangt nur eine auf die Erde, die im Meer von Fischern gefunden wird. Es ist die mit Dr. Jordan und Calvin an Bord.

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