Високочутливий інструмент вловив потужні сигнали біофлуоресценції від скам’янілих організмів, які загинули мільйони років тому. За словами його розробників, новий Compact Color Biofinder буде так само зручний у виявленні ознак життя на інших планетарних тілах і, отже, може відігравати вирішальну роль у майбутніх місіях NASA та інших космічних агентств.
Біологічні матеріали, такі як амінокислоти, білки, ліпіди та навіть осадові породи, випромінюють сигнали біофлуоресценції, які можна виявити за допомогою спеціальних камер. Компактний кольоровий біошукач, розроблений Анупам Місра від Гавайський інститут геофізики та планетології в UH Manoa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST), удосконалює ці старіші камери, виявляючи невелику кількість біозалишків, які прилипають до каменів. Він також може працювати на відстані кількох метрів і швидко сканувати великі території.
«Перша версія Biofinder була створена з використанням великого чутливого детектора ICCD [пристрою з посиленим зарядовим зв’язком], — каже Місра. «Оскільки сигнали від цього приладу були дуже сильними, я подумав, що можна використовувати меншу кольорову CMOS-камеру. Завдяки доступним сьогодні чутливим КМОП-детекторам із слабким освітленням це стало можливим».
Простий принцип роботи
Принцип роботи Biofinder простий, розповідає Місра Світ фізики. Уся біофлуоресценція має дуже короткий час життя – менше 20 наносекунд, тому система спочатку освітлює область за допомогою розширеного імпульсного лазерного променя з шириною імпульсу в кілька наносекунд. Потім CMOS-камера робить флуоресцентне зображення, використовуючи найкоротший час експозиції (1 µs для поточного детектора). Потім система чекає наступного лазерного імпульсу, щоб повторити вимірювання.
«Наш лазер видає 20 лазерних імпульсів за одну секунду, — пояснює Місра. «Отже, система приймає 20 кадрів зображення в секунду і працює зі швидкістю відео». Межі виявлення є нижчими за рівні часток на мільйон на цільовій відстані в один метр, додає він.
Виявлення біозалишків у скам'янілостях риб
У своїй роботі, яку вони деталізують в Природа Наукові доповіді, Місра та його колеги вивчали біозалишки в скам’янілостях риб з Формування Грін Рівер, яка датується еоценовою епохою 56-33.9 мільйонів років тому. Вони виявили, що скам'янілості все ще містять значну кількість залишків, що означає, що ця органічна речовина не була повністю замінена мінералами в процесі скам'яніння, навіть після такого тривалого часу.
Команда підтвердила результати флуоресцентних зображень Biofinder вимірюваннями з використанням ряду інших методів, включаючи спектроскопію комбінаційного розсіювання та інфрачервону спектроскопію з перетворенням Фур’є з ослабленим повним відображенням (ATR-FIR), скануючу електронну мікроскопію (SEM), енергодисперсну рентгенівську спектроскопію. (SEM-EDS) і флуоресцентна мікроскопія протягом життя (FLIM).
Результати підтверджують, що біологічні залишки можуть виживати мільйони років, каже Місра, і що біофлуоресцентна візуалізація ефективна для виявлення цих слідів залишків у реальному часі.
«Вирішальне значення для майбутніх місій NASA»
Пошук життя – існуючого чи зниклого – на інших планетах є головною метою місій з дослідження планет, і дослідники сподіваються, що їхня технологія одного дня стане частиною місій, призначених для пошуку біомаркерів у віддалених світах. Дійсно, зараз вони подають заявку, щоб отримати кваліфікацію свого інструментального простору.
«Взаємне виявлення» покращить пошук позаземних цивілізацій
«Якби Biofinder був встановлений на марсоході на Марсі чи іншій планеті, ми змогли б швидко сканувати великі території, швидко виявити докази минулого життя, навіть якщо організм був маленьким, його важко побачити очима, і він мертвий багато мільйонів років», — каже Місра. «Ми очікуємо, що флуоресцентне зображення буде критично важливим у майбутніх місіях NASA для виявлення органіки та існування життя на інших планетарних тілах».
Співавтор дослідження Соня Дж. Роулі додає, що можливості Biofinder також будуть важливими для NASA. Програма захисту планети, яка спрямована на виявлення забруднювачів, таких як земні мікроби на космічних кораблях, що відправляються, а також будь-які позаземні біологічні небезпеки, які можуть здійснити зворотну подорож.
