Uno strumento altamente sensibile ha raccolto forti segnali di biofluorescenza da organismi fossili morti milioni di anni fa. Secondo i suoi sviluppatori, il nuovo Compact Color Biofinder sarebbe altrettanto utile per rilevare segni di vita su altri corpi planetari e potrebbe quindi svolgere un ruolo fondamentale nelle future missioni della NASA e di altre agenzie spaziali.
I materiali biologici come amminoacidi, proteine, lipidi e persino rocce sedimentarie emettono tutti segnali di biofluorescenza che possono essere rilevati utilizzando telecamere speciali. Il Compact Color Biofinder, sviluppato da Anupam Misura dal Istituto Hawai'i di Geofisica e Planetologia alla UH Manoa Scuola di Scienze e Tecnologie dell'Oceano e della Terra (SOEST), migliora queste vecchie videocamere rilevando quantità minime di bioresidui che si aggrappano alla roccia. Può funzionare anche a una distanza di diversi metri e scansionare rapidamente grandi aree.
"La prima versione di Biofinder è stata realizzata utilizzando un grande rilevatore sensibile ICCD [dispositivo ad accoppiamento di carica intensificato]", afferma Misra. “Dato che i segnali di questo strumento erano molto forti, ho pensato che si potesse usare una fotocamera CMOS a colori più piccola. Grazie ai rivelatori CMOS sensibili e in condizioni di scarsa illuminazione disponibili oggi, questo è ora possibile".
Principio di funzionamento semplice
Il principio di funzionamento di Biofinder è semplice, dice Misra Mondo della fisica. Tutta la biofluorescenza ha una durata molto breve, inferiore a 20 nanosecondi, quindi il sistema illumina prima un'area utilizzando un raggio laser pulsato espanso con un'ampiezza di impulso di pochi nanosecondi. La fotocamera CMOS acquisisce quindi un'immagine a fluorescenza utilizzando il tempo di esposizione più breve (1 µs per il presente rivelatore). Il sistema attende quindi il successivo impulso laser per ripetere la misurazione.
"Il nostro laser emette 20 impulsi laser in un secondo", spiega Misra. "Quindi, il sistema prende 20 fotogrammi immagine al secondo e funziona a velocità video". I limiti di rilevamento sono inferiori ai livelli di ppm a una distanza target di un metro, aggiunge.
Rilevazione di bioresidui nei fossili di pesci
Nel loro lavoro, in cui dettagliano Natura Rapporti scientifici, Misra e colleghi hanno studiato i bioresidui nei pesci fossili del Formazione del fiume Verde, che risale all'era Eocene 56-33.9 milioni di anni fa. Hanno scoperto che i fossili contengono ancora notevoli quantità di residui, il che implica che questa materia organica non è stata completamente sostituita da minerali nel processo di fossilizzazione, anche dopo così tanto tempo.
Il team ha confermato i risultati delle immagini a fluorescenza del Biofinder con misurazioni che utilizzano una gamma di altre tecniche, tra cui Raman e spettroscopie a riflessione totale attenuata a infrarossi a trasformata di Fourier (ATR-FIR), microscopia elettronica a scansione (SEM), spettroscopia di raggi X a dispersione di energia (SEM-EDS) e microscopia per imaging a fluorescenza (FLIM).
I risultati confermano che i residui biologici possono sopravvivere milioni di anni, dice Misra, e che l'imaging a biofluorescenza è efficace nel rilevare questi residui di tracce in tempo reale.
“Critiche nelle future missioni della NASA”
La ricerca della vita, esistente o estinta, su altri pianeti è un obiettivo importante per le missioni di esplorazione planetaria e i ricercatori sperano che un giorno la loro tecnologia diventi parte di missioni progettate per cercare biomarcatori su mondi lontani. In effetti, ora stanno facendo domanda per ottenere la qualificazione del loro spazio strumentale.
La "rilevabilità reciproca" migliorerà la ricerca di civiltà extraterrestri
"Se il Biofinder fosse montato su un rover su Marte o su un altro pianeta, saremmo in grado di scansionare rapidamente vaste aree per rilevare prove di vita passata, anche se l'organismo era piccolo, non facile da vedere con i nostri occhi e morto per molti milioni di anni,” dice Misra. "Prevediamo che l'imaging a fluorescenza sarà fondamentale nelle future missioni della NASA per rilevare la sostanza organica e l'esistenza della vita su altri corpi planetari".
La coautrice dello studio Sonia J Rowley aggiunge che le capacità del Biofinder sarebbero importanti anche per la NASA Programma di protezione planetaria, che mira a rilevare contaminanti come i microbi della Terra sui veicoli spaziali in uscita, nonché eventuali rischi biologici extraterrestri che potrebbero effettuare il viaggio di ritorno.
