Ένα εξαιρετικά ευαίσθητο όργανο έχει λάβει ισχυρά σήματα βιοφθορισμού από απολιθωμένους οργανισμούς που χάθηκαν πριν από εκατομμύρια χρόνια. Σύμφωνα με τους κατασκευαστές του, το νέο Compact Color Biofinder θα είναι εξίσου εύχρηστο στον εντοπισμό σημαδιών ζωής σε άλλα πλανητικά σώματα και επομένως θα μπορούσε να παίξει κρίσιμο ρόλο σε μελλοντικές αποστολές της NASA και άλλων διαστημικών υπηρεσιών.
Βιολογικά υλικά όπως αμινοξέα, πρωτεΐνες, λιπίδια και ακόμη και ιζηματογενή πετρώματα όλα εκπέμπουν σήματα βιοφθορισμού που μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας ειδικές κάμερες. Το Compact Color Biofinder, το οποίο αναπτύχθηκε από Anupam Misra από το Ινστιτούτο Γεωφυσικής και Πλανητολογίας της Χαβάης κατά τη UH Manoa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST), βελτιώνει αυτές τις παλαιότερες κάμερες ανιχνεύοντας ελάχιστες ποσότητες βιο-υπολειμμάτων που προσκολλώνται στους βράχους. Μπορεί επίσης να λειτουργήσει σε απόσταση πολλών μέτρων και να σαρώσει μεγάλες περιοχές γρήγορα.
«Η πρώτη έκδοση του Biofinder κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας έναν μεγάλο ευαίσθητο ανιχνευτή ICCD [συσκευή σύζευξης εντατικής φόρτισης]», λέει ο Misra. «Δεδομένου ότι τα σήματα από αυτό το όργανο ήταν πολύ δυνατά, σκέφτηκα ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μια μικρότερη έγχρωμη κάμερα CMOS. Χάρη στους ευαίσθητους ανιχνευτές CMOS χαμηλού φωτισμού που είναι διαθέσιμοι σήμερα, αυτό είναι πλέον δυνατό.»
Απλή αρχή λειτουργίας
Η αρχή λειτουργίας του Biofinder είναι απλή, λέει ο Misra Κόσμος Φυσικής. Όλος ο βιοφθορισμός έχει πολύ μικρή διάρκεια ζωής μικρότερη από 20 νανοδευτερόλεπτα, επομένως το σύστημα φωτίζει πρώτα μια περιοχή χρησιμοποιώντας μια εκτεταμένη παλμική δέσμη λέιζερ με πλάτος παλμού μερικών νανοδευτερόλεπτων. Στη συνέχεια, η κάμερα CMOS λαμβάνει μια εικόνα φθορισμού χρησιμοποιώντας τον συντομότερο χρόνο έκθεσης (1 µs για τον παρόντα ανιχνευτή). Στη συνέχεια, το σύστημα περιμένει τον επόμενο παλμό λέιζερ για να επαναλάβει τη μέτρηση.
«Το λέιζερ μας εκτοξεύει 20 παλμούς λέιζερ σε ένα δευτερόλεπτο», εξηγεί η Misra. Ως εκ τούτου, το σύστημα παίρνει 20 καρέ εικόνας ανά δευτερόλεπτο και τρέχει με ταχύτητα βίντεο. Τα όρια ανίχνευσης είναι κάτω από τα επίπεδα ppm σε απόσταση στόχου ενός μέτρου, προσθέτει.
Ανίχνευση βιολογικών υπολειμμάτων σε απολιθώματα ψαριών
Στη δουλειά τους, την οποία αναλύουν Φυσικές Επιστημονικές Εκθέσεις, ο Misra και οι συνεργάτες του μελέτησαν βιο-υπολείμματα σε απολιθώματα ψαριών από το Σχηματισμός πράσινου ποταμού, που χρονολογείται από την εποχή του Ηώκαινου πριν από 56-33.9 εκατομμύρια χρόνια. Διαπίστωσαν ότι τα απολιθώματα εξακολουθούν να περιέχουν σημαντικές ποσότητες υπολειμμάτων, υπονοώντας ότι αυτή η οργανική ύλη δεν έχει αντικατασταθεί πλήρως από ορυκτά στη διαδικασία απολιθώματος, ακόμη και μετά από τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα.
Η ομάδα υποστήριξε τα ευρήματα από τις εικόνες φθορισμού Biofinder με μετρήσεις που χρησιμοποιούν μια σειρά άλλων τεχνικών, όπως Raman και φασματοσκοπίες υπέρυθρων μετασχηματισμού Fourier με εξασθενημένη ολική ανάκλαση (ATR-FIR), ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), φασματοσκοπία ακτίνων Χ διασποράς ενέργειας (SEM-EDS) και μικροσκοπία απεικόνισης εφ' όρου ζωής φθορισμού (FLIM).
Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι τα βιολογικά υπολείμματα μπορούν να επιβιώσουν για εκατομμύρια χρόνια, λέει ο Misra, και ότι η απεικόνιση βιοφθορισμού είναι αποτελεσματική στην ανίχνευση αυτών των ιχνών υπολειμμάτων σε πραγματικό χρόνο.
«Κρίσιμο σε μελλοντικές αποστολές της NASA»
Η αναζήτηση ζωής – είτε είναι υπάρχουσα είτε εξαφανισμένη – σε άλλους πλανήτες είναι ένας σημαντικός στόχος για αποστολές πλανητικής εξερεύνησης και οι ερευνητές ελπίζουν ότι η τεχνολογία τους θα γίνει κάποτε μέρος των αποστολών που έχουν σχεδιαστεί για την αναζήτηση βιοδεικτών σε μακρινούς κόσμους. Πράγματι, τώρα υποβάλλουν αίτηση για να εξασφαλίσουν την πιστοποίηση του χώρου οργάνων τους.
Η «αμοιβαία ανιχνευσιμότητα» θα βελτιώσει την αναζήτηση εξωγήινων πολιτισμών
«Εάν το Biofinder ήταν τοποθετημένο σε ένα rover στον Άρη ή σε άλλο πλανήτη, θα μπορούσαμε να σαρώνουμε γρήγορα μεγάλες περιοχές για να ανιχνεύσουμε ενδείξεις προηγούμενης ζωής, ακόμα κι αν ο οργανισμός ήταν μικρός, δεν ήταν εύκολο να δει με τα μάτια μας και νεκρός πολλά εκατομμύρια χρόνια», λέει η Misra. «Αναμένουμε ότι η απεικόνιση φθορισμού θα είναι κρίσιμη στις μελλοντικές αποστολές της NASA για την ανίχνευση οργανικών ουσιών και την ύπαρξη ζωής σε άλλα πλανητικά σώματα».
Η συν-συγγραφέας της μελέτης Sonia J Rowley προσθέτει ότι οι δυνατότητες του Biofinder θα ήταν επίσης σημαντικές για τη NASA Πρόγραμμα Πλανητικής Προστασίας, το οποίο στοχεύει να ανιχνεύσει ρύπους όπως τα μικρόβια της Γης σε εξερχόμενα διαστημόπλοια καθώς και τυχόν εξωγήινους βιολογικούς κινδύνους που μπορεί να κάνουν το ταξίδι της επιστροφής.
