מכשיר רגיש ביותר קלט אותות ביולוגית פלואורסצנטית חזקים מאורגניזמים מאובנים שנספו לפני מיליוני שנים. לדברי המפתחים שלו, ה-Compact Color Biofinder החדש יהיה שימושי באותה מידה בזיהוי סימני חיים על גופים פלנטריים אחרים ולכן יכול למלא תפקיד קריטי במשימות עתידיות של נאס"א וסוכנויות חלל אחרות.
חומרים ביולוגיים כמו חומצות אמינו, חלבונים, ליפידים ואפילו סלעי משקע פולטים כולם אותות ביו-פלואורסצנטי שניתן לזהות באמצעות מצלמות מיוחדות. ה-Compact Color Biofinder, אשר פותח על ידי אנופם מיסרא מ מכון הוואי לגיאופיזיקה ופלנטולוגיה ב UH Manoa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST), משפר את המצלמות הישנות הללו על ידי זיהוי כמויות זעירות של שאריות ביולוגיות שנצמדות לסלע. זה יכול לעבוד גם במרחק של כמה מטרים ולסרוק שטחים גדולים במהירות.
"הגרסה הראשונה של Biofinder נוצרה באמצעות גלאי ICCD רגיש גדול [מכשיר מוגבר מטען צמוד]", אומר מיסרה. "מכיוון שהאותות מהמכשיר הזה היו חזקים מאוד, חשבתי שניתן להשתמש במצלמת CMOS צבעונית קטנה יותר. הודות לגלאי ה-CMOS הרגישים באור נמוך הזמינים כיום, זה אפשרי כעת."
עקרון עבודה פשוט
עקרון העבודה של Biofinder הוא פשוט, מספרת מיסרה עולם הפיזיקה. לכל ביו-פלורסצנטי יש אורך חיים קצר מאוד של פחות מ-20 ננו-שניות, כך שהמערכת מאירה תחילה אזור באמצעות קרן לייזר פועמת מורחבת ברוחב פולס של כמה ננו-שניות. מצלמת ה-CMOS מצלמת תמונת פלואורסצנציה תוך שימוש בזמן החשיפה הקצר ביותר (1 µs עבור הגלאי הנוכחי). לאחר מכן המערכת ממתינה לדופק הלייזר הבא כדי לחזור על המדידה.
"הלייזר שלנו יורה 20 פולסי לייזר בשנייה אחת", מסבירה מיסרה. "לכן, המערכת לוקחת 20 פריימים לשנייה ופועלת במהירות וידאו." מגבלות הזיהוי הן מתחת לרמות ppm במרחק יעד של מטר אחד, הוא מוסיף.
איתור שאריות ביולוגיות במאובני דגים
בעבודתם, עליה הם מפרטים דוחות מדעיים טבע, Misra ועמיתיו חקרו שאריות ביולוגיות במאובני דגים מה- תצורת נהר גרין, המתוארכת לתקופת האיאוקן לפני 56-33.9 מיליון שנים. הם גילו שהמאובנים עדיין מכילים כמויות ניכרות של שאריות, מה שמרמז שהחומר האורגני הזה לא הוחלף במלואו במינרלים בתהליך ההתאבנות, גם לאחר זמן כה רב.
הצוות גיב את הממצאים מתמונות הקרינה של Biofinder במדידות תוך שימוש במגוון טכניקות אחרות, כולל ראמאן והשתקפות מוחלטת מוחלשת ספקטרוסקופיות אינפרא אדום פורייה-טרנספורמציה (ATR-FIR), מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת (SEM), ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן מפזרת אנרגיה. (SEM-EDS) ומיקרוסקופ הדמיה לכל החיים פלואורסצנטי (FLIM).
התוצאות מאשרות ששאריות ביולוגיות יכולות לשרוד מיליוני שנים, אומר מיסרה, ושהדמיית ביולוגית יעילה בזיהוי שאריות עקבות אלו בזמן אמת.
"קריטי במשימות עתידיות של נאס"א"
החיפוש אחר חיים - בין אם הם קיימים או נכחדים - על כוכבי לכת אחרים הוא יעד מרכזי למשימות חקירה פלנטריות, והחוקרים מקווים שהטכנולוגיה שלהם תהפוך יום אחד לחלק ממשימות שנועדו לחפש סמנים ביולוגיים בעולמות רחוקים. ואכן, כעת הם מבקשים להכשיר את שטח המכשיר שלהם.
'יכולת זיהוי הדדית' תשפר את החיפוש אחר תרבויות מחוץ לכדור הארץ
"אם ה-Biofinder היה רכוב על רובר על מאדים או כוכב אחר, היינו מסוגלים לסרוק במהירות אזורים גדולים במהירות כדי לזהות עדויות לחיים קודמים, גם אם האורגניזם היה קטן, לא קל לראות בעיניים שלנו, ומת בגלל מיליוני שנים רבות", אומרת מיסרה. "אנו צופים כי הדמיית פלואורסצנציה תהיה קריטית במשימות עתידיות של נאס"א לגילוי אורגניים וקיומם של חיים בגופים פלנטריים אחרים."
מחברת המחקר סוניה ג'יי רולי מוסיפה כי היכולות של ה-Biofinder יהיו חשובות גם עבור נאס"א תוכנית הגנה פלנטרית, שמטרתה לזהות מזהמים כמו חיידקי כדור הארץ על חלליות יוצאות כמו גם כל מפגע ביולוגי מחוץ לכדור הארץ שעלול לעשות את המסע חזרה.
