Bardzo czuły instrument odebrał silne sygnały biofluorescencyjne od skamieniałych organizmów, które wyginęły miliony lat temu. Według twórców, nowy Compact Color Biofinder byłby równie przydatny w wykrywaniu oznak życia na innych ciałach planetarnych, a zatem mógłby odegrać kluczową rolę w przyszłych misjach NASA i innych agencji kosmicznych.
Materiały biologiczne, takie jak aminokwasy, białka, lipidy, a nawet skały osadowe, emitują sygnały biofluorescencyjne, które można wykryć za pomocą specjalnych kamer. Compact Color Biofinder, który został opracowany przez Anupam Miśra z Hawajski Instytut Geofizyki i Planetologii na Szkoła Nauk i Technologii Oceanów i Ziemi UH Manoa (SOEST) udoskonala te starsze kamery, wykrywając niewielkie ilości biopozostałości, które przywierają do skał. Może również pracować w odległości kilku metrów i szybko skanować duże obszary.
„Pierwsza wersja Biofindera została wykonana przy użyciu dużego, czułego detektora ICCD [intensified charge-coupled device]” – mówi Misra. „Ponieważ sygnały z tego instrumentu były bardzo silne, pomyślałem, że można użyć mniejszej kolorowej kamery CMOS. Dzięki dostępnym obecnie czułym detektorom CMOS o słabym oświetleniu jest to teraz możliwe”.
Prosta zasada działania
Zasada działania Biofindera jest prosta, mówi Misra Świat Fizyki. Cała biofluorescencja ma bardzo krótki czas życia, poniżej 20 nanosekund, więc system najpierw oświetla obszar za pomocą rozszerzonej impulsowej wiązki laserowej o szerokości impulsu wynoszącej kilka nanosekund. Kamera CMOS wykonuje następnie obraz fluorescencyjny przy najkrótszym czasie ekspozycji (1 µs dla obecnego detektora). Następnie system czeka na kolejny impuls laserowy, aby powtórzyć pomiar.
„Nasz laser wystrzeliwuje 20 impulsów laserowych w ciągu jednej sekundy”, wyjaśnia Misra. „Dlatego system wykonuje 20 klatek obrazu na sekundę i działa z prędkością wideo”. Dodaje, że granice wykrywalności są poniżej poziomów ppm w docelowej odległości jednego metra.
Wykrywanie biopozostałości w skamieniałościach ryb
W swojej pracy, którą szczegółowo opisują Natura raporty naukoweMisra i współpracownicy badali biopozostałości w skamielinach ryb z Formacja Green River, który pochodzi z epoki eocenu 56-33.9 mln lat temu. Odkryli, że skamieniałości nadal zawierają znaczne ilości pozostałości, co sugeruje, że ta materia organiczna nie została w pełni zastąpiona minerałami w procesie fosylizacji, nawet po tak długim czasie.
Zespół poparł wyniki uzyskane w obrazowaniu fluorescencyjnym Biofinder pomiarami przy użyciu szeregu innych technik, w tym spektroskopii Ramana i spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera z transformacją Fouriera (ATR-FIR), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (SEM-EDS) i mikroskopia obrazowania czasu życia fluorescencji (FLIM).
Wyniki potwierdzają, że biologiczne pozostałości mogą przetrwać miliony lat, mówi Misra, oraz że obrazowanie biofluorescencyjne jest skuteczne w wykrywaniu tych śladowych pozostałości w czasie rzeczywistym.
„Krytyczny w przyszłych misjach NASA”
Poszukiwanie życia – czy to istniejącego, czy wymarłego – na innych planetach jest głównym celem misji eksploracji planet, a naukowcy mają nadzieję, że ich technologia stanie się kiedyś częścią misji mających na celu poszukiwanie biomarkerów na odległych światach. Rzeczywiście, teraz ubiegają się o zakwalifikowanie ich przestrzeni instrumentalnej.
„Wzajemna wykrywalność” usprawni poszukiwania pozaziemskich cywilizacji
„Gdyby Biofinder był zamontowany na łaziku na Marsie lub innej planecie, bylibyśmy w stanie szybko przeskanować duże obszary w celu wykrycia śladów przeszłego życia, nawet jeśli organizm był mały, niełatwy do zobaczenia gołym okiem i martwy dla wiele milionów lat”, mówi Misra. „Przewidujemy, że obrazowanie fluorescencyjne będzie miało kluczowe znaczenie w przyszłych misjach NASA w celu wykrycia substancji organicznych i istnienia życia na innych ciałach planetarnych”.
Współautorka badania Sonia J Rowley dodaje, że możliwości Biofindera byłyby również ważne dla NASA Program Ochrony Planety, którego celem jest wykrywanie zanieczyszczeń, takich jak drobnoustroje ziemskie w odlatujących statkach kosmicznych, a także wszelkich pozaziemskich zagrożeń biologicznych, które mogą spowodować podróż powrotną.
