Et svært følsomt instrument har fanget opp sterke biofluorescenssignaler fra fossiliserte organismer som omkom for millioner av år siden. Ifølge utviklerne vil den nye Compact Color Biofinder være like nyttig til å oppdage tegn på liv på andre planetariske kropper og kan derfor spille en kritisk rolle i fremtidige oppdrag fra NASA og andre romorganisasjoner.
Biologiske materialer som aminosyrer, proteiner, lipider og til og med sedimentære bergarter sender alle ut biofluorescenssignaler som kan oppdages ved hjelp av spesielle kameraer. Compact Color Biofinder, som ble utviklet av Anupam Misra fra Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology på UH Manoa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST), forbedrer disse eldre kameraene ved å oppdage små mengder biorester som klamrer seg til steinen. Den kan også fungere på flere meters avstand og skanne store områder raskt.
"Den første versjonen av Biofinder ble laget ved hjelp av en stor sensitiv ICCD [intensified charge-coupled device]-detektor," sier Misra. «Siden signalene fra dette instrumentet var veldig sterke, tenkte jeg at et mindre farge-CMOS-kamera kunne brukes. Takket være de sensitive CMOS-detektorene med lite lys som er tilgjengelige i dag, er dette nå mulig."
Enkelt arbeidsprinsipp
Biofinders arbeidsprinsipp er enkelt, forteller Misra Fysikkens verden. All biofluorescens har en svært kort levetid på mindre enn 20 nanosekunder, så systemet belyser først et område ved hjelp av en utvidet pulsert laserstråle med en pulsbredde på noen få nanosekunder. CMOS-kameraet tar deretter et fluorescensbilde med den korteste eksponeringstiden (1 µs for gjeldende detektor). Systemet venter deretter på neste laserpuls for å gjenta målingen.
"Laseren vår avfyrer 20 laserpulser på ett sekund," forklarer Misra. "Derfor tar systemet 20 bilderammer per sekund og kjører med videohastighet." Deteksjonsgrensene er under ppm-nivåer i en målavstand på én meter, legger han til.
Påvisning av biorester i fiskefossiler
I sitt arbeid, som de detaljerer i Naturvitenskapelige rapporter, Misra og kolleger studerte biorester i fiskefossiler fra Green River-formasjonen, som stammer fra eocen-tiden for 56-33.9 millioner år siden. De fant at fossilene fortsatt inneholder betydelige mengder rester, noe som tyder på at dette organiske materialet ikke er fullstendig erstattet av mineraler i fossiliseringsprosessen, selv etter så lang tid.
Teamet støttet funnene fra Biofinder fluorescensbilder med målinger ved bruk av en rekke andre teknikker, inkludert Raman og dempet totalrefleksjon Fourier-transform infrarød (ATR-FIR) spektroskopi, skanning elektronmikroskopi (SEM), energidispersiv røntgenspektroskopi (SEM-EDS) og fluorescens livstidsbildemikroskopi (FLIM).
Resultatene bekrefter at biologiske rester kan overleve millioner av år, sier Misra, og at biofluorescensavbildning er effektiv til å oppdage disse sporrestene i sanntid.
"Kritisk i fremtidige NASA-oppdrag"
Jakten på liv – det være seg eksisterende eller utdødd – på andre planeter er et hovedmål for planetariske utforskningsoppdrag, og forskerne håper at teknologien deres en dag vil bli en del av oppdrag designet for å lete etter biomarkører i fjerne verdener. Faktisk søker de nå om å få kvalifisert instrumentplass.
"Gjensidig påvisbarhet" vil forbedre søket etter utenomjordiske sivilisasjoner
"Hvis Biofinder var montert på en rover på Mars eller en annen planet, ville vi raskt kunne skanne store områder raskt for å oppdage bevis på tidligere liv, selv om organismen var liten, ikke lett å se med øynene våre, og død for mange millioner år, sier Misra. "Vi forventer at fluorescensavbildning vil være avgjørende i fremtidige NASA-oppdrag for å oppdage organiske stoffer og eksistensen av liv på andre planetariske kropper."
Studiemedforfatter Sonia J Rowley legger til at Biofinders evner også vil være viktige for NASAs Planetarisk beskyttelsesprogram, som tar sikte på å oppdage forurensninger som jordmikrober på utgående romfartøy, samt eventuelle utenomjordiske biofarer som kan gjøre returreisen.
