Naukowcy zdalnie wykrywają sygnatury życia

Naukowcy zdalnie wykrywają sygnatury życia

Może to być kamień milowy na drodze do wykrywania życia na innych planetach: naukowcy pod kierownictwem Uniwersytetu w Bernie i Narodowego Centrum Kompetencji w Badaniach (NCCR) PlanetS wykrywają kluczową właściwość molekularną wszystkich żywych organizmów z lecącego helikoptera kilka kilometrów nad ziemią. Technologia pomiarowa może również otworzyć możliwości teledetekcji Ziemi. Lewa i prawa dłoń są niemal idealnymi lustrzanymi odbiciami siebie. Ale niezależnie od tego, w jaki sposób są skręcone i obrócone, nie można ich nakładać na siebie. To dlatego lewa rękawica po prostu nie pasuje do prawej ręki tak dobrze, jak pasuje do lewej. W nauce właściwość tę określa się mianem chiralności. Tak jak dłonie są chiralne, molekuły też mogą być chiralne. W rzeczywistości większość cząsteczek w komórkach żywych organizmów, takich jak DNA, jest chiralna. Jednak w przeciwieństwie do rąk, które zwykle występują parami lewą i prawą, molekuły życia występują prawie wyłącznie w wersji „lewoskrętnej” lub „prawoskrętnej”. Jak twierdzą badacze, są homochirami. Dlaczego tak jest, nadal nie jest jasne. Ale ta molekularna homochiralność jest charakterystyczną właściwością życia, tak zwaną biosygnaturą. W ramach projektu MERMOZ międzynarodowemu zespołowi kierowanemu przez Uniwersytet w Bernie i Narodowe Centrum Kompetencji w Badaniach NCCR PlanetS udało się wykryć tę sygnaturę z odległości 2 kilometrów i przy prędkości 70 km/h. Jonas Kühn, kierownik projektu MERMOZ na Uniwersytecie w Bernie i współautor badania, które właśnie opublikowano w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics, mówi: „Istotnym postępem jest to, że pomiary te zostały wykonane na platformie, która się poruszała, wibruje i nadal wykrywamy te biosygnatury w ciągu kilku sekund”.
Instrument, który rozpoznaje żywą materię
„Kiedy światło jest odbijane przez materię biologiczną, część fal elektromagnetycznych światła przemieszcza się po spiralach zgodnych lub przeciwnych do ruchu wskazówek zegara. Zjawisko to nazywa się polaryzacją kołową i jest spowodowane homochiralnością materii biologicznej. Podobne spirale światła nie są wytwarzane przez abiotyczne nie – żywa przyroda”, mówi pierwszy autor badania, Lucas Patty, który jest badaczem podoktoranckim MERMOZ na Uniwersytecie w Bernie i członkiem NCCR PlanetS. Jednak pomiar tej polaryzacji kołowej jest wyzwaniem. Sygnał jest dość słaby i zazwyczaj stanowi mniej niż jeden procent odbijanego światła. Aby to zmierzyć, zespół opracował dedykowane urządzenie zwane spektropolarymetrem. Składa się z kamery wyposażonej w specjalne obiektywy i odbiorniki zdolne do oddzielenia polaryzacji kołowej od reszty światła. Jednak nawet z tym skomplikowanym urządzeniem, nowe wyniki byłyby niemożliwe do niedawna. „Jeszcze 4 lata temu mogliśmy wykryć sygnał tylko z bardzo bliskiej odległości, około 20 cm, i musieliśmy obserwować to samo miejsce przez kilka minut”, jak wspomina Lucas Patty. Ale ulepszenia instrumentu, które on i jego koledzy wykonali, pozwalają na znacznie szybszą i stabilniejszą detekcję, a siła sygnatury w polaryzacji kołowej utrzymuje się nawet z odległością. To sprawiło, że instrument był odpowiedni do pierwszych w historii pomiarów polaryzacji kołowej w powietrzu.
Przydatne pomiary na ziemi i w kosmosie
Używając tego zmodernizowanego instrumentu, nazwanego FlyPol, wykazali, że w ciągu zaledwie kilku sekund pomiarów potrafią odróżnić pola trawiaste, lasy i obszary miejskie od szybko poruszającego się helikoptera. Pomiary z łatwością pokazują żywą materię wykazującą charakterystyczne sygnały polaryzacji, podczas gdy np. drogi nie wykazują żadnych znaczących sygnałów o polaryzacji kołowej. Przy obecnej konfiguracji są nawet w stanie wykryć sygnały pochodzące od glonów w jeziorach. Po udanych testach naukowcy chcą teraz pójść jeszcze dalej. „Następnym krokiem, jaki mamy nadzieję podjąć, jest przeprowadzenie podobnych detekcji z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), patrząc w dół na Ziemię. To pozwoli nam ocenić wykrywalność biosygnatur w skali planety. Ten krok będzie decydujący dla umożliwienia poszukiwania życia w naszym Układzie Słonecznym i poza nim za pomocą polaryzacji” – mówi główny badacz i współautor projektu MERMOZ, Brice-Olivier Demory, profesor astrofizyki na Uniwersytecie w Bernie i członek NCCR PlanetS. Czuła obserwacja tych sygnałów o polaryzacji kołowej jest ważna nie tylko dla przyszłych misji wykrywania życia. Lucas Patty wyjaśnia: „Ponieważ sygnał bezpośrednio odnosi się do składu molekularnego życia, a tym samym do jego funkcjonowania, może również oferować cenne informacje uzupełniające w teledetekcji Ziemi”. Może na przykład dostarczać informacji o wylesianiu lub chorobach roślin. Możliwe byłoby nawet zastosowanie polaryzacji kołowej w monitorowaniu toksycznych zakwitów glonów, raf koralowych i skutków ich zakwaszenia.

science