Более надежные признаки жизни: лучший класс инструментов для обнаружения признаков жизни на других планетах и ​​лунах
Более надежные признаки жизни: лучший класс инструментов для обнаружения признаков жизни на других планетах и ​​лунах

Когда в 1976 году они достигли поверхности Марса, два посадочных модуля НАСА «Викинг» приземлились с легким стуком. Эти космические корабли высотой 7 футов, длиной 10 футов и весом около 1300 фунтов - первая миссия США, успешно приземлившаяся на марсианской поверхности - выглядели как заросшие жуки-таблетки.

Перед ними лежала ржавая пыльная пустошь, усыпанная камнями, под желто-оранжевым небом, вдали от шумных инопланетных мегаполисов, которые изображали писатели-фантасты и фильмы. Ученые никогда не ожидали, что инопланетные города, но они подозревали, что в марсианской почве могут скрываться колонии микробных пришельцев. Лендеры первыми начали поиск внеземная жизнь .

Оба посадочных модуля были оснащены тремя автоматическими приборами для обнаружения жизни, каждый из которых инкубировал образец с поверхности, изучая воздух наверху на предмет наличия молекул, таких как углекислый газ, который может указывать на фотосинтез, или метана, который микробы могут выделять, метаболизируя питательные вещества. предоставлены посадочные модули.

Один из инструментов получил положительный сигнал. Эксперимент с маркировкой высвобождения, отслеживающий переход радиоактивного углерода от легкоусвояемого сахара к переваренному углекислому газу, обнаружил контрольный признак существования живых, метаболизирующих микробов.

Однако два других эксперимента так и не прошли.

Это возможное открытие вызвало дискуссию, которая продолжается даже сегодня, сторонники настаивают (и новые исследования предполагают), что только что-то живое могло подать этот положительный сигнал.

Но, как и многие представители научного сообщества, Кейт Крафт, планетолог из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса, остается скептичной. «Это был хороший эксперимент, но он был очень ограничен в том, что он мог обнаружить», - заявила она.

Во-первых, эксперименты викингов предполагали, что микробы на Марсе будут есть питательные вещества, которые мы им предоставили, что не обязательно верно. И даже если бы они это сделали, все равно трудно поверить хотя бы одной линии доказательств. «Мы всегда хотим иметь положительные результаты при нескольких подписях», - сказала она.

Однако более проблематично то, что ученые в то время не знали, что поверхность Марса покрыта солями перхлората, минералами, содержащими хлор и кислород, которые, как показывают эксперименты, могут разрушить органические молекулы и микробы при нагревании, производящие газообразный хлор, который десантные корабли «Викинг» действительно обнаружили. Никто не знал о наличии солей до 2008 года, когда их обнаружил спускаемый аппарат НАСА «Феникс».

Для Крафт и ее коллеги Криса Брэдберна, биолога и старшего научного сотрудника APL, миссии викингов подчеркнули чудовищную проблему.Ученые однозначно заявляют, что нашли жизнь в другом мире. Все имеют значение тип, надежность и повторяемость этого доказательства. Многочисленные космические корабли после приземления викингов вернулись на Марс в поисках органических молекул, которые содержат в основном углерод, водород и кислород. Они обычно ассоциируются с жизнью, но не являются точными индикаторами ее.

Но открытие о солях на Марсе высветило более заметный, хотя и несколько скучный момент: шансы обнаружить признаки жизни даже с помощью лучших технологий, вероятно, невелики, если вы не очистите свои образцы предварительно.

Исследователи зациклились на обнаружении в уравнении, но подготовка образца - более ранний этап рабочего процесса - по большей части игнорировалась. Особую тревогу вызывают соли, поскольку они могут затруднить анализ, а главные цели будущих миссий по обнаружению жизни - это места с солеными жидкими океанами под их поверхностью - миры, такие как спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад.

С 2013 года Брэдберн, Крафт и группа исследователей из APL разрабатывают новые микрофлюидные системы размером с ладонь для будущих космических кораблей, чтобы решить эту проблему. Они могут очищать и выделять молекулы, которые могут быть сильными индикаторами жизни - аминокислоты, белки, РНК, ДНК.

«Гораздо сексуальнее думать о детекторе», - сказал Брэдберн. «Но если вы не можете подготовить образцы и оптимизировать их, чтобы сенсор мог определить, что вам нужно, они не принесут вам никакой пользы».

Но команда продвигает один из своих инструментов еще дальше: секвенсор для космоса. Он не только подготовит и сконцентрирует длинноцепочечные молекулы, такие как ДНК и РНК, но и выкачает весь их генетический код прямо в пункт назначения. Кроме того, он будет обнаруживать эти молекулы, независимо от того, похожи ли они на земную ДНК и РНК, что дает возможность обнаруживать жизнь совершенно отдельного происхождения.

«Это может дать вам действительно убедительный сигнал», - сказал Брэдберн. Вам просто нужно придумать, как его построить.

Машины для уборки

Крафт и Брэдберн подумывали о создании чипа для подготовки образцов ДНК и РНК еще в 2014 году, основываясь на работе, которую Брэдберн начал несколькими годами ранее.

Что касается показателей жизни, ДНК и РНК занимают относительно высокие места в списке, поскольку обе составляют основу, на которой произошла вся земная жизнь. Но именно по этой причине многие ученые скептически относились к поискам ДНК и РНК в других местах Солнечной системы.

Они утверждали, что для того, чтобы генетический материал передавал информацию от поколения к поколению, организмы уже должны были в некоторой степени развиться; «это довольно маловероятная возможность», - сказал Крафт. Таким образом, многие ученые считали ДНК и РНК менее важными биосигнатурами и вместо этого отдавали приоритет другим строительным блокам жизни, таким как аминокислоты - составляющие всех белков и ферментов. «Жизнь не должна быть« такой же развитой »для этих подписей», - пояснил Крафт.

Итак, команда переключилась на создание миниатюрной системы подготовки проб для аминокислот. К команде присоединились химик APL Джен Скерритт, инженер-химик Тесс Ван Волкенбург, а затем Корин Охири, эксперт по микрофлюидике. С 2018 года они постепенно совершенствуют дизайн.

Имея ширину около 4 дюймов, длину 4 дюйма и высоту 2 дюйма, система легко помещается в ладони. Тем не менее, он оснащен всеми насосами и клапанами, необходимыми для проталкивания пробы. Активная область новейшей конструкции заполнена крошечными шариками, которые притягивают аминокислоты в кислых растворах, в то время как соли и прочий мусор продолжают вытекать с другой стороны в хранилище отходов. После прохождения образца аминокислоты удаляются с шариков с помощью основного раствора и отправляются на любой детектор, прикрепленный к чипу.

По словам Охири, создать систему подготовки для космоса было непросто. Доступная мощность - это часть того, что можно использовать в лаборатории, и материалы должны выдерживать потенциально экстремальные температуры и радиацию. Команда в настоящее время создает систему очистки от аминокислот из распространенных материалов для быстрого прототипирования, таких как смолы с высоким разрешением, используемые в трехмерной печати, но добиться того, чтобы материал был компактным, сохраняя при этом его производительность, по словам Охири, остается сложной задачей. «Но вот что такого захватывающего в этом проекте: так много аспектов, которые действительно находятся на переднем крае».

Однако недостатком аминокислот является то, что они повсюду - от метеоритов до комет и межзвездных облаков. Некоторые подсказки могут указать, являются ли они биологическими или нет. Аминокислоты бывают двух видов, которые являются зеркальным отображением друг друга: одна считается левосторонней, другая - правой. По какой-то случайности эволюции вся жизнь на Земле использует только левосторонние аминокислоты. Таким образом, если один тип появляется больше, чем другой в образце из другого мира, это может быть признаком жизни.

Брэдберн, однако, не полностью на это соглашается. «Откуда вы знаете, что это не просто заражение?» - спросил он, например, от микроба, путешествующего автостопом, который каким-то образом избежал процесса глубокой очистки, который проходят все космические корабли перед запуском. По его словам, обнаружение жизни во Вселенной сводится не только к обнаружению молекул, которые вы ищете, но и к минимизации шансов получения ложных срабатываний и обеспечению повторяемости ваших экспериментов.

ДНК и РНК не обязательно лучше подходят для решения этих проблем, если вы не можете их секвенировать. И вот почему, когда были изобретены секвенаторы с нанопорами, команда увидела новую возможность.

Путь к секвенированию

Секвенсоры с нанопорами - это небольшие машины размером с флэш-накопитель, которые могут брать нить ДНК или РНК и считывать серию молекулярных строительных блоков, из которых она состоит. Нить движется через пору шириной всего в миллиардные доли дюйма, через которую проходит электрическое поле. Каждый нуклеотид уникальным образом разрушает это электрическое поле, когда он движется через пору. И компьютер может интерпретировать это нарушение и сказать, какой именно нуклеотид только что прошел.

По словам Брэдбурна, помимо того, что они являются идеальным размером для космического корабля, секвенсоры нанопор должны теоретически уметь интерпретировать любой тип протекающей длинноцепочечной молекулы - ДНК, РНК, белки или некоторую неизвестную XNA. Но они также уменьшают вероятность того, что сигнал - это не просто микроб-безбилетник. У организмов с земным стеблем есть узнаваемые нити, например, те, которые кодируют определенные ферменты и другие белки, общие для живых существ на Земле. Так что, если последовательности кажутся совпадающими с теми, которые часто встречаются здесь, на Земле, скорее всего, это ложноположительный результат.

«Научные результаты были бы просто потрясающими», - сказал Брэдберн.

Однако существует множество причин, по которым нынешние секвенаторы с нанопорами не готовы к использованию в космосе. Во-первых, они сделаны из материалов, которые не выдерживают долгие годы отрицательных температур и радиации; даже на Земле они длятся всего около шести месяцев. Еще более проблематично то, что они используют белки стафилококковых бактерий для пор, что вызывает опасения по поводу случайного попадания биологических продуктов с Земли.

Эти проблемы вынудили команду вместо этого начать разработку нового секвенатора и сопутствующей системы подготовки проб.

«Идея состоит в том, что в конечном итоге у нас будет полноценный инструмент, чтобы подготовить образец так, как мы хотим, а затем проанализировать его», - сказал Крафт.

Компонент подготовки проб за последний год значительно продвинулся вперед. Команда пробует звуковые волны и другие разрушающие методы, чтобы разрушить открытые клетки и споры, в которых может находиться генетический материал и магнитные шарики для удержания длинноцепочечных молекул.

Но создание секвенсора нанопор оказалось более сложной задачей. Синтетическая платформа с вдавленными в нее нанопорами является наиболее идеальной, но как контролировать размер пор и заставить их замедлять молекулу, чтобы компьютер мог регистрировать каждую молекулу в цепи, когда она проходит, остается неясным. Канадский сотрудник даже предложил делать поры, когда они достигают места назначения, чтобы уменьшить проблемы со сроком годности. «Я не уверен, как мы это сделаем, но сейчас ничего особенного», - сказал Брэдберн.

Несмотря на препятствия, команда, не теряя времени, обсудила свой инструмент с исследователями, разрабатывающими концептуальные миссии. «Мы говорим об этом, когда можем», - сказал Крафт, главным образом для того, чтобы люди знали, что это новый жизнеспособный инструмент.

И одна недавняя концепция, миссия на спутник Сатурна Энцелад, включает нечто очень похожее на нее.

Очередной поиск жизни

При ширине 314 миль - примерно ширине Пенсильвании - и в среднем в девять раз дальше от Солнца, чем Земля, Энцелад должен был быть просто замороженным ледяным шаром.

Но в 2006 году миссия НАСА «Кассини» обнаружила дразнящее открытие: шлейф водяного пара и льда, извергающийся из четырех пещеристых «полос тигра» на южном полюсе Энцелада. Различные измерения показывают, что разломы напрямую связаны с глобальным океаном жидкой воды под поверхностью. Океан может взаимодействовать со скалистым ядром Луны подобно глубоководным гидротермальным жерлам Земли, где обитают и процветают почти 600 видов животных.

Когда «Кассини» проходил сквозь шлейфы, он обнаружил такие молекулы, как метан, диоксид углерода , и аммиак - предполагаемые химические фрагменты более сложных молекул с четырьмя из шести ключевых для жизни элементами: углеродом, водородом, азотом и кислородом.

«Энцелад - это океанический мир, в котором у нас достаточно данных, чтобы не ограничиваться вопросом, пригоден ли он для жизни», - сказала Шеннон Маккензи, планетолог из APL. «На Энцеладе мы готовы сделать следующий шаг и искать признаки жизни».

Маккензи недавно руководил разработкой концепции миссии, которая должна именно это сделать. Он называется Энцелад Орбиландер, и он будет работатьпросто как это звучит: частично орбитальный аппарат, частично посадочный модуль. Шесть приборов будут проводить измерения на материале, собранном из шлейфа Энцелада, для поиска нескольких потенциальных биосигнатур - лево- и правосторонних аминокислот, жиров и других длинноцепочечных углеводородов, молекул, способных хранить генетическую информацию, и даже структур, подобных клеткам.

В качестве концепции миссии исследование Орбиландера не определяет конкретных реализаций инструментов, подобных тем, которые разрабатывает команда Крафта и Брэдберна, но включает их концептуальные идеи.

«Всегда будет некоторая неопределенность в измерениях в поисках жизни», - сказал Маккензи. «Вот почему так важно иметь хороший этап подготовки образца, который помогает минимизировать предел обнаружения, и почему так важно иметь такие инструменты, как секвенатор нанопор, который может предлагать как идентификацию, так и характеризацию».

Имея шанс получить образцы океанской луны, команда Крафт и Брэдбурна пытается определить, сколько воды необходимо для обнаружения этих биосигнатур. И конечно, это непросто. «Я думал, что мы можем отправиться в эти океанические миры, окунуться в них и увидеть, есть там жизнь или нет», - сказал Крафт. Но, читая исследования океанографов, она узнала, что им нужно фильтровать литры воды, чтобы искать доказательства жизни - даже здесь, на Земле. «Это просто потрясающе. Из-за всей этой воды она такая разбавленная», - сказала она.

Как собрать такие большие объемы воды и сконцентрировать их в другом мире? Как вы обрабатываете их в микрочипе и видите, есть ли там какие-нибудь важные молекулы?

«Есть просто ряд проблем, которые еще не решены», - сказал Крафт. Однако команда продолжает отключаться. В прошлом месяце они провели несколько экспериментов, промывая различные объемы разбавленных образцов аминокислот, добавленных в океанскую воду, через чип для образцов. Первоначальные результаты многообещающие: система улавливает все аминокислоты с рядом показателей эффективности, о которых будет сообщено в следующей научной статье.

Если когда-нибудь перейти от концепции к стартовой площадке, Энцелад Орбиландер не сможет взлететь до середины 2030-х годов, что даст команде Крафт и Брэдберна время для дальнейшей разработки своих инструментов. Но даже если технология не готова для этой миссии, Охири, как и другие в команде, сохраняет оптимизм в отношении того, что технология однажды станет популярной.

«Я надеюсь, что к тому времени, когда технология станет достаточно зрелой, у нас будет миссия, и мы будем готовы к ней», - сказала она.

Источник
Имя:*
E-Mail:


Популярные новости
602

Марсоход НАСА Perseverance находится на полпути к Марсу

Все о космосе

567

Данные Юноны указывают на то, что «спрайты» или «эльфы» резвятся в атмосфере Юпитера

Все о космосе

524

Геологи моделируют почвенные условия, чтобы помочь выращивать растения на Марсе

Все о космосе

541

Изображение: Космические эндотелиальные клетки человека

Все о космосе

591

Метеорит «Огненный шар» содержит нетронутые внеземные органические соединения

Все о космосе

498

Вода на Луне: исследования раскрывают ее тип и изобилие, что расширяет планы исследований

Все о космосе

652

Луна богаче водой, чем когда-то думали

Все о космосе

581

НАСА начнет деликатную укладку образцов астероида OSIRIS-REx

Все о космосе

552

Tupperware стреляет по звездам с помощью устройства, предназначенного для выращивания овощей в космосе

Все о космосе

468

SpaceX начинает развертывание Интернета Starlink, надеясь, что это профинансирует полеты на Марс

Все о космосе

Комментарии
Сообщество
Оцените работу движка
Календарь
«    Январь 2023    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031 
Облако тегов
Ingenio закрыта от обзора Soyuz for launching SpaceX запускает Starship в самый высокий испытательный полет и совершает аварийную посадку «Юнона» наносит на карту водный лед на северном Ганимеде Астробиологи НАСА готовятся исследовать его Венера снова стала похожа на Землю Видео Дары японских космических кораблей Древние минералы циркона с Марса раскрывают неуловимую внутреннюю структуру красной планеты Индонезия хочет заманить SpaceX на строительство стартовой площадки Испытательный полет космического корабля SpaceX в последнюю секунду был прерван Исследователи раскрывают ключевые ключи к истории Солнечной системы Капсула с образцами астероидов прибыла в Японию для исследований Китайская капсула с лунными камнями начинает возвращение на Землю Китайский корабль возвращается на Землю с лунными камнями Лабораторные эксперименты Лунный зонд готовится вернуть образцы горных пород на Землю Мировые космические достижения Мощные электрические события быстро изменяют химический состав поверхности Марса и других планетных На борту марсохода НАСА Perseverance Наклон Сатурна из Обсерватория Аресибо в Пуэрто Первая женщина Праздник для звездочетов Сердца Спецпоставка Ученые утверждают Шведский космический прибор участвует в поисках жизни вокруг Юпитера Японское космическое агентство обнаружило обширную почву и газ с астероида где лава прорвала стену марсианского кратера и начала его заполнять изучающих поверхность Луны но изменение климата сделало ее непригодной для жизни обновление пик метеоров Геминид превращение изображений в физику пролетавший мимо Земли спутник на орбите Цереры что Марс когда что темное покрытие может снизить отражательную способность спутника яркое пятно в напряженном 2020 году

Внешний вид
Panel heading without title
Panel content
Panel heading without title
Panel content

Новости про космос планеты и космические технологии