Et meget følsomt instrument har opfanget stærke biofluorescenssignaler fra fossiliserede organismer, der omkom for millioner af år siden. Ifølge dens udviklere ville den nye Compact Color Biofinder være på samme måde praktisk til at opdage tegn på liv på andre planetariske legemer og kunne derfor spille en afgørende rolle i fremtidige missioner fra NASA og andre rumbureauer.
Biologiske materialer som aminosyrer, proteiner, lipider og endda sedimentære bjergarter udsender alle biofluorescenssignaler, der kan detekteres ved hjælp af specielle kameraer. Compact Color Biofinder, som er udviklet af Anupam Misra fra Hawai'i Institut for Geofysik og Planetologi ved UH Manoa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST), forbedrer disse ældre kameraer ved at registrere små mængder af biorester, der klæber til sten. Den kan også arbejde på flere meters afstand og scanne store områder hurtigt.
"Den første version af Biofinder blev lavet ved hjælp af en stor følsom ICCD [intensified charge-coupled device] detektor," siger Misra. “Da signalerne fra dette instrument var meget stærke, troede jeg, at et mindre farve-CMOS-kamera kunne bruges. Takket være de følsomme CMOS-detektorer med lavt lys, der er tilgængelige i dag, er dette nu muligt."
Enkelt arbejdsprincip
Biofinders arbejdsprincip er simpelt, fortæller Misra Fysik verden. Al biofluorescens har en meget kort levetid på mindre end 20 nanosekunder, så systemet belyser først et område ved hjælp af en udvidet pulseret laserstråle med en pulsbredde på nogle få nanosekunder. CMOS-kameraet tager derefter et fluorescensbillede med den korteste eksponeringstid (1 µs for den aktuelle detektor). Systemet venter derefter på den næste laserimpuls for at gentage målingen.
"Vores laser affyrer 20 laserimpulser på et sekund," forklarer Misra. "Derfor tager systemet 20 billedrammer i sekundet og kører med videohastighed." Detektionsgrænserne er under ppm-niveauer i en målafstand på en meter, tilføjer han.
Påvisning af biorester i fiskefossiler
I deres arbejde, som de uddyber Natur videnskabelige rapporter, Misra og kolleger undersøgte biorester i fiskefossiler fra Green River formation, som stammer fra den eocæne æra for 56-33.9 millioner år siden. De fandt ud af, at fossilerne stadig indeholder betydelige mængder rester, hvilket antyder, at dette organiske stof ikke er blevet fuldt ud erstattet af mineraler i fossiliseringsprocessen, selv efter så lang tid.
Holdet understøttede resultaterne fra Biofinder fluorescensbillederne med målinger ved hjælp af en række andre teknikker, herunder Raman og svækket totalreflektion Fourier-transform infrarød (ATR-FIR) spektroskopi, scanning elektronmikroskopi (SEM), energidispersiv røntgenspektroskopi (SEM-EDS) og fluorescens-lifetime billeddannelsesmikroskopi (FLIM).
Resultaterne bekræfter, at biologiske rester kan overleve millioner af år, siger Misra, og at biofluorescensbilleddannelse er effektiv til at detektere disse sporrester i realtid.
"Kritisk i fremtidige NASA-missioner"
Søgen efter liv – hvad enten det er eksisterende eller uddødt – på andre planeter er et stort mål for planetariske udforskningsmissioner, og forskerne håber, at deres teknologi en dag vil blive en del af missioner designet til at lede efter biomarkører på fjerne verdener. Faktisk søger de nu om at få deres instrumentplads kvalificeret.
'Gensidig sporbarhed' vil forbedre søgen efter udenjordiske civilisationer
"Hvis Biofinder var monteret på en rover på Mars eller en anden planet, ville vi være i stand til hurtigt at scanne store områder hurtigt for at opdage beviser på tidligere liv, selvom organismen var lille, ikke let at se med vores øjne og død for mange millioner år,” siger Misra. "Vi forventer, at fluorescensbilleddannelse vil være afgørende i fremtidige NASA-missioner for at opdage organiske stoffer og eksistensen af liv på andre planetariske legemer."
Studiets medforfatter Sonia J Rowley tilføjer, at Biofinders evner også ville være vigtige for NASAs Planetarisk beskyttelsesprogram, som har til formål at detektere forurenende stoffer såsom jordmikrober på udgående rumfartøjer samt eventuelle udenjordiske biofarer, der kan gøre returrejsen.
