Erittäin herkkä instrumentti on poiminut vahvoja biofluoresenssisignaaleja fossiilisista organismeista, jotka kuolivat miljoonia vuosia sitten. Kehittäjiensä mukaan uusi Compact Color Biofinder olisi yhtä kätevä havaitsemaan merkkejä elämästä muilla planeetan kappaleilla ja voisi siksi olla tärkeässä roolissa NASAn ja muiden avaruusjärjestöjen tulevissa tehtävissä.
Biologiset materiaalit, kuten aminohapot, proteiinit, lipidit ja jopa sedimenttikivet, lähettävät kaikki biofluoresenssisignaaleja, jotka voidaan havaita erityisillä kameroilla. Compact Color Biofinder, jonka on kehittänyt Anupam Misra mistä Havaijin geofysiikan ja planetologian instituutti klo UH Manoa Ocean and Earth Science and Technology School (SOEST), parantaa näitä vanhempia kameroita havaitsemalla pieniä määriä kiveen tarttuvia biojäämiä. Se voi toimia myös useiden metrien etäisyydellä ja skannata suuria alueita nopeasti.
"Ensimmäinen versio Biofinderistä tehtiin käyttämällä suurta herkkää ICCD-ilmaisinta (intensified charge-coupled device)", Misra sanoo. ”Koska tämän instrumentin signaalit olivat erittäin voimakkaita, ajattelin, että pienempää värillistä CMOS-kameraa voisi käyttää. Nykyään saatavilla olevien herkkien hämärässä valaistujen CMOS-ilmaisimien ansiosta tämä on nyt mahdollista."
Yksinkertainen toimintaperiaate
Biofinderin toimintaperiaate on yksinkertainen, Misra kertoo Fysiikan maailma. Kaiken biofluoresenssin elinikä on hyvin lyhyt, alle 20 nanosekuntia, joten järjestelmä valaisee ensin alueen käyttämällä laajennettua pulssilaserisädettä, jonka pulssin leveys on muutaman nanosekunnin. CMOS-kamera ottaa sitten fluoresenssikuvan lyhimmällä valotusajalla (1 µs nykyiselle ilmaisimelle). Järjestelmä odottaa seuraavaa laserpulssia toistaakseen mittauksen.
"Laserimme laukaisee 20 laserpulssia yhdessä sekunnissa", Misra selittää. "Tästä syystä järjestelmä ottaa 20 kuvaa sekunnissa ja toimii videonopeudella." Havaintorajat ovat alle ppm-tason yhden metrin tavoiteetäisyydellä, hän lisää.
Biojäämien havaitseminen kalojen fossiileista
Heidän työssään, jossa he yksityiskohtaisesti Luonto tieteellisten kertomusten, Misra ja kollegat tutkivat biojäämiä kalojen fossiileista Vihreän joen muodostuminen, joka on peräisin eoseenikaudelta 56-33.9 miljoonaa vuotta sitten. He havaitsivat, että fossiilit sisältävät edelleen huomattavia määriä jäämiä, mikä tarkoittaa, että tätä orgaanista ainetta ei ole kokonaan korvattu mineraaleilla fossiiliprosessissa, edes näin pitkän ajan jälkeen.
Ryhmä tuki Biofinderin fluoresenssikuvien löydöksiä mittauksilla, joissa käytettiin useita muita tekniikoita, mukaan lukien Raman- ja vaimennettu kokonaisheijastus Fourier-muunnos infrapunaspektroskopiat (ATR-FIR), pyyhkäisyelektronimikroskooppi (SEM), energiaa hajottava röntgenspektroskopia. (SEM-EDS) ja fluoresenssin elinikäinen kuvantamismikroskoopia (FLIM).
Tulokset vahvistavat, että biologiset jäännökset voivat selviytyä miljoonia vuosia, Misra sanoo, ja että biofluoresenssikuvaus on tehokas näiden jäämien havaitsemisessa reaaliajassa.
"Kriittinen NASA tulevissa tehtävissä"
Elämän etsiminen – olipa se olemassa tai sukupuuttoon – muilla planeetoilla on planeettatutkimustehtävien päätavoite, ja tutkijat toivovat, että heidän teknologiansa tulee jonain päivänä osaksi tehtäviä, jotka on suunniteltu etsimään biomarkkereita kaukaisista maailmoista. He todellakin hakevat nyt saadakseen instrumenttitilansa kelpuutetun.
"Keskinäinen havaittavuus" parantaa maan ulkopuolisten sivilisaatioiden etsintää
"Jos Biofinder asennettaisiin Marsilla tai toisella planeetalla olevaan mönkijään, pystyisimme nopeasti skannaamaan suuria alueita nopeasti havaitaksemme todisteita menneestä elämästä, vaikka organismi olisi pieni, silmillämme vaikea nähdä ja kuollut. monia miljoonia vuosia”, Misra sanoo. "Odotamme, että fluoresenssikuvaus on kriittinen NASA tulevissa tehtävissä orgaanisten aineiden ja elämän olemassaolon havaitsemiseksi muilla planeetan kappaleilla."
Tutkimuksen toinen kirjoittaja Sonia J Rowley lisää, että Biofinderin ominaisuudet olisivat tärkeitä myös NASAn Planeetan suojeluohjelma, jonka tarkoituksena on havaita epäpuhtaudet, kuten maapallon mikrobit lähtevistä avaruusaluksista, sekä kaikki maan ulkopuoliset biovaarat, jotka saattavat tehdä paluumatkan.
