Высокочувствительный прибор уловил сильные сигналы биофлуоресценции от окаменелых организмов, которые погибли миллионы лет назад. По словам разработчиков, новый компактный цветной биоискатель будет также удобен для обнаружения признаков жизни на других планетарных телах и, следовательно, может сыграть решающую роль в будущих миссиях НАСА и других космических агентств.
Биологические материалы, такие как аминокислоты, белки, липиды и даже осадочные породы, излучают сигналы биофлуоресценции, которые можно обнаружить с помощью специальных камер. Компактный цветной биоискатель, разработанный Анупам Мишра из Гавайский институт геофизики и планетологии на Школа наук и технологий об океане и Земле, UH Маноа (SOEST), улучшает эти старые камеры, обнаруживая мельчайшие количества биологических остатков, которые цепляются за камень. Он также может работать на расстоянии нескольких метров и быстро сканировать большие площади.
«Первая версия Biofinder была сделана с использованием большого чувствительного детектора ICCD [устройство с зарядовой связью]», — говорит Мисра. «Поскольку сигналы от этого прибора были очень сильными, я подумал, что можно использовать меньшую цветную CMOS-камеру. Благодаря чувствительным КМОП-детекторам для слабого освещения, доступным сегодня, это стало возможным».
Простой принцип работы
Принцип работы биофиндера прост, рассказывает Мисра. Мир физики. Вся биофлуоресценция имеет очень короткое время жизни, менее 20 наносекунд, поэтому система сначала освещает область с помощью расширенного импульсного лазерного луча с шириной импульса в несколько наносекунд. Затем CMOS-камера делает флуоресцентное изображение, используя самое короткое время экспозиции (1 µs для данного детектора). Затем система ожидает следующего лазерного импульса, чтобы повторить измерение.
«Наш лазер запускает 20 лазерных импульсов в секунду, — объясняет Мишра. «Следовательно, система снимает 20 кадров изображения в секунду и работает со скоростью видео». Он добавляет, что пределы обнаружения ниже уровня ppm на целевом расстоянии в один метр.
Обнаружение биоостатков в окаменелостях рыб
В своей работе, подробно описанной в Природа Научные доклады, Мишра и его коллеги изучали биологические остатки в окаменелостях рыб из Формирование Грин-Ривер, который датируется эпохой эоцена 56-33.9 млн лет назад. Они обнаружили, что окаменелости все еще содержат значительное количество остатков, а это означает, что это органическое вещество не было полностью заменено минералами в процессе окаменения, даже по прошествии столь длительного времени.
Команда подкрепила результаты флуоресцентных изображений Biofinder измерениями с использованием ряда других методов, включая спектроскопию комбинационного рассеяния и ослабленного полного отражения с Фурье-преобразованием (ATR-FIR), сканирующую электронную микроскопию (SEM), энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию. (SEM-EDS) и микроскопия времени жизни флуоресценции (FLIM).
Результаты подтверждают, что биологические остатки могут сохраняться миллионы лет, говорит Мисра, и что биофлуоресцентная визуализация эффективна для обнаружения этих следов в реальном времени.
«Критично для будущих миссий НАСА»
Поиск жизни — существующей или вымершей — на других планетах является основной целью миссий по исследованию планет, и исследователи надеются, что их технология однажды станет частью миссий, предназначенных для поиска биомаркеров в отдаленных мирах. Действительно, сейчас они подают заявку на получение квалификации своего приборного пространства.
«Взаимная обнаруживаемость» улучшит поиск внеземных цивилизаций
«Если бы Biofinder был установлен на марсоходе на Марсе или другой планете, мы могли бы быстро сканировать большие территории, чтобы быстро обнаруживать признаки прошлой жизни, даже если организм был маленьким, его было нелегко увидеть невооруженным глазом, и он умер навсегда. много миллионов лет, — говорит Мишра. «Мы ожидаем, что флуоресцентная визуализация будет иметь решающее значение в будущих миссиях НАСА для обнаружения органических веществ и существования жизни на других планетарных телах».
Соавтор исследования Соня Дж. Роули добавляет, что возможности Biofinder также будут важны для НАСА. Планетарная программа защиты, целью которого является обнаружение загрязняющих веществ, таких как земные микробы, на космических кораблях, а также любых внеземных биологических опасностей, которые могут возникнуть на обратном пути.
