Tärkein TähtitiedeRoversien rakentaminen, jotka voivat havaita elämän ja sekvenssin DNA: n muissa maailmoissa

Roversien rakentaminen, jotka voivat havaita elämän ja sekvenssin DNA: n muissa maailmoissa

Tähtitiede : Roversien rakentaminen, jotka voivat havaita elämän ja sekvenssin DNA: n muissa maailmoissa

Vuonna 2015 tuolloin NASA: n päätieteilijä Ellen Stofan totesi, että ”uskon, että meillä on vahvoja viitteitä elämästä Maan ulkopuolella seuraavan vuosikymmenen aikana ja varmoja todisteita seuraavien 10–20 vuoden aikana”. todisteita elämästä (menneisyydestä ja nykyisyydestä) Marsissa ja ulkoisessa aurinkokunnassa, tuskin tämä tuntuu epärealistiselta arviolta.

Mutta tietysti todisteiden löytäminen elämästä ei ole helppoa. Kontaminaatioon liittyvien huolenaiheiden lisäksi on myös äärimmäisissä ympäristöissä työskentelyyn liittyviä riskejä ja vaaroja - joihin elämän etsiminen aurinkokunnassa varmasti liittyy. Kaikki nämä huolenaiheet otettiin esiin uudessa FISO-konferenssissa, jonka otsikko oli ”Kohti olosuhteiden sekvensointia elämän havaitsemiseksi”, jonka isännöi Christopher Carr MIT: stä.

Carr on tutkija MIT: n maapallon, ilmakehän ja planeettatieteiden laitoksella (EAPS) ja tutkijatohtori molekyylibiologian osastolla Massachusettsin yleissairaalassa. Melkein 20 vuoden ajan hän on omistautunut elämän tutkimiseen ja sen etsimiseen muilla planeetoilla. Miksi hän on myös maan ulkopuolisten genomien etsinnän (SETG) tutkimuksen päätutkija (PI).

Tämän taiteilijan renderointi näyttää NASA: n Europa-avaruusaluksen, joka etsii elämää Euroopasta alkaen joskus 2020-luvulla. Luotto: NASA / JPL-Caltech

Johtaja: Dr. Maria T. Zuber - EA Griswoldin geofysiikan professori MIT: ssä ja EAPS: n johtaja - SETG: n takana olevaan monitieteiseen ryhmään kuuluu tutkijoita ja tutkijoita MIT: stä, Caltechista, Brownin yliopistosta, arvardista ja Claremont Biosolutions. NASA: n tuella SETG-ryhmä on pyrkinyt kehittämään järjestelmää, joka voi testata elämää in situ.

Esittelemällä maan ulkopuolisen elämän etsintää, Carr kuvasi peruslähestymistapaa seuraavasti:

”Voisimme etsiä elämää, koska emme tiedä sitä. Mutta mielestäni on tärkeää aloittaa elämästä sellaisena kuin tiedämme sen - poimia sekä elämän ominaisuudet että piirteet ja pohtia, pitäisikö meidän etsiä elämää sellaisena kuin tiedämme sen, kun etsimme elämää maan ulkopuolella .”

Tätä tarkoitusta varten SETG-ryhmä pyrkii hyödyntämään in situ-biologisen testauksen viimeaikaista kehitystä välineen luomiseksi, jota voidaan käyttää robottioperaatioissa. Tähän kehitykseen sisältyy kannettavien DNA / RNA -testauslaitteiden, kuten MinION, luominen sekä Biomolekyylisekvenssitutkimus. Astronautti Kate Rubinin vuonna 2016 suorittama, tämä oli kaikkien aikojen ensimmäinen DNA-sekvensointi, joka tapahtui kansainvälisellä avaruusasemalla.

Perustuu näihin ja tulevaan geenien avaruusohjelmaan, joka antaa ISS-miehistöille mahdollisuuden sekvensoida ja tutkia DNA-näytteitä paikan päällä - SETG-tiimi aikoo luoda välineen, joka pystyy eristämään, havaitsemaan ja luokittelemaan DNA- tai RNA-pohjaiset organismit maapallon ulkopuolella. Prosessissa se antaa tutkijoille mahdollisuuden testata hypoteesia, jonka mukaan elämä Marsissa ja muissa aurinkokunnan kohteissa (jos sellaisia ​​on) liittyy elämään maapallolla.

Lithopanspermian teorian mukaan elämä voidaan jakaa planeettojen kesken planeettojen kesken. Luotto: NASA

Tämän hypoteesin purkamiseksi on laajalti hyväksytty teoria, että monimutkaisten orgaanisten aineiden synteesi, joka sisältää nukleobaaseja ja riboosin esiasteita, tapahtui varhaisessa vaiheessa aurinkokunnan historiassa ja tapahtui aurinkokeskuksen sisällä, josta planeetat kaikki muodostuneet. Tämän jälkeen komeetat ja meteoriitit ovat toimittaneet nämä orgaaniset yhdisteet useille potentiaalisesti asuttaville alueille myöhäisen raskaan pommituksen aikana.

Lithopansermiaksi kutsuttu tämä teoria on pieni käänne ajatukseen, jonka mukaan komeettojen, asteroidien ja planetoidien (alias panspermia) kautta elämä jakautuu koko kosmossa. Maan ja Marsin tapauksessa todisteet siitä, että elämä saattaa olla sukulainen, perustuvat osittain meteoriittinäytteisiin, joiden tiedetään tulleen Maan päälle Punaisesta planeetasta. Nämä olivat itsessään asteroidien, jotka osuivat Marsiin ja potkivat ulos ejektaa, jonka lopulta maa valloitti, tulosta.

Tutkimalla paikkoja, kuten Mars, Europa ja Enceladus, tutkijat voivat myös harjoittaa suorempaa lähestymistapaa elämän etsinnässä. Kuten Carr selitti:

Tässä on pari päälähestymistapaa. Voimme käyttää epäsuoraa lähestymistapaa tarkastelemalla joitain äskettäin havaituista eksoplaneetoista. Ja toivon, että James Webbin avaruusteleskoopin ja muiden maapohjaisten teleskooppien ja avaruuspohjaisten teleskooppien kanssa pystymme alkamaan kuvaamaan eksoplaneettojen ilmapiiriä paljon yksityiskohtaisemmin kuin näiden eksoplaneettojen karakterisointi on sallinut. ] tähän mennessä. Ja se antaa meille huippuluokkaa, se antaa kyvyn katsoa monia erilaisia ​​potentiaalisia maailmoja. Mutta se ei aio antaa meidän mennä sinne. Ja meillä on vain epäsuoraa näyttöä esimerkiksi ilmakehyspektrien kautta

Enceladus kaikessa loistossaan. NASA on ilmoittanut, että Saturnuksen jäisessä kuussa Enceladussa on vety valtamereissään. Kuva: NASA / JPL / Space Science Institute

Mars, Europa ja Enceladus tarjoavat suoran mahdollisuuden löytää elämää, koska kaikki ovat osoittaneet olosuhteet, jotka edistävät (tai olivat) elämää. Vaikka on runsaasti todisteita siitä, että Marsin pinnalla oli kerran nestemäistä vettä, niin Europailla kuin Enceladusilla on molemmat merenpinnan alla ja ne ovat osoittaneet olevansa geologisesti aktiivisia. Jokainen näiden maailmojen tehtävä olisi siis tehtävä etsimään oikeista paikoista havaitaksesi todisteita elämästä.

Carr toteaa, että Marsilla tämä etsii paikkoja, joissa on vesisykli, ja siihen liittyy todennäköisesti jonkin verran taitoja:

”Mielestäni paras veto on pääsy mereen. Ja tämä on erittäin vaikeaa. Meidän on porattava tai muuten pääsy alueille, jotka ovat avaruussäteilyn ulottumattomissa ja jotka voivat tuhota orgaanisia aineita. Ja yksi mahdollisuus on mennä uusille iskuporaateille. Nämä iskukraattorit saattavat paljastaa materiaalia, jota ei ole säteilykäsitelty. Ja ehkä alue, johon saatamme haluta mennä, olisi jonnekin, jossa uusi iskukraattori voisi muodostaa yhteyden syvemmälle maanalaiseen verkkoon - missä voisimme päästä materiaaliin, joka saattaa tulla maanpinnasta. Mielestäni tällä hetkellä on todennäköisesti paras veto löytää elämä Marsista. Ja yksi paikka, jonka voimme näyttää, olisi luolissa; esimerkiksi laavaputki tai muu sellainen luolajärjestelmä, joka voisi tarjota UV-säteilyn suojauksen ja mahdollisesti myös tarjota jonkin verran pääsyä syvemmälle alueille Marsin pinnalla. "

Mitä Enceladusin kaltaisiin ”valtameren maailmoihin” liittyy, elämän merkkejä etsitään todennäköisesti tutkimalla eteläisen napa-alueensa ympärillä, missä korkeita vesipisaroita on havaittu ja tutkittu aiemmin. Europa-sivustossa todennäköisesti etsitään ”kaaosalueita”, paikkoja, joissa voi olla vuorovaikutusta pintajäätä ja sisämerta.

Tutkimalla Europa-alueen kaaosmaastoa, jossa vuorovaikutus on sisämeren ja jään pinnan välillä, voisi olla näyttöä biologisista organismeista. Luotto: NASA / JPL-Caltech

Näiden ympäristöjen tutkiminen tuo luonnollisesti esiin joitain vakavia tekniikan haasteita. Ensinnäkin se vaatii laajoja planeettasuojauksia varmistaakseen, että saastuminen estettiin. Nämä suojaukset olisivat tarpeen myös sen varmistamiseksi, että väärät positiiviset asiat vältetään. Ei mitään pahempaa kuin löytää DNA-kanta toisesta tähtitieteellisestä vartalosta, vain ymmärtää, että se oli itse asiassa ihon hiutale, joka putosi skanneriin ennen laukaisua!

Ja sitten on vaikeuksia, joita robottioperaation suorittaminen äärimmäisessä ympäristössä aiheuttaa. Marsilla on aina kysymys auringonsäteilystä ja pölymyrskyistä. Mutta Euroopassa on Jupiterin voimakkaan magneettisen ympäristön aiheuttama lisävaaro. Enceladusta tulevien vesilippujen tutkiminen on myös erittäin haastavaa kiertäjälle, joka todennäköisesti ohittaa tuolloin planeetan ohi.

Mutta kun otetaan huomioon tieteellisten läpimurtojen potentiaali, tällainen tehtävä on kipujen arvoinen. Sen avulla tähtitieteilijät voisivat vain testata teorioita aurinkokunnan järjestelmässä elämän kehityksestä ja jakautumisesta, se voisi myös helpottaa kriittisten avaruustutkimuksen tekniikoiden kehittämistä ja johtaa joihinkin vakaviin kaupallisiin sovelluksiin.

Tulevaisuuden näkökulmasta synteettisen biologian kehityksen odotetaan johtavan uusiin sairauksien hoitomenetelmiin ja kykyyn tulostaa biologisia kudoksia 3D-muodossa (alias. ”Bioprinting”). Se auttaa myös varmistamaan ihmisten terveyden avaruudessa käsittelemällä luutiheyden häviämistä, lihasten surkastumista ja heikentynyttä elinten ja immuunitoimintaa. Ja sitten on kyky kasvattaa organismeja, jotka on erityisesti suunniteltu elämää varten muilla planeetoilla (voitteko sanoa, että maanmuotoilu on?)

Onko elämä aurinkokunnassamme ja kyseisen maailmankaikkeus luonteeltaan universaali? Luotto: NASA / Jenny Mottor

Kaiken lisäksi, kyky suorittaa in situ -hakua elämälle muilla aurinko planeetoilla antaa tutkijoille myös mahdollisuuden vastata palavaan kysymykseen, johon he ovat kamppailleet vuosikymmenien ajan. Lyhyesti sanottuna, onko hiilipohjainen elämä universaalia? Toistaiseksi kaikki yritykset vastata tähän kysymykseen ovat olleet suurelta osin teoreettisia, ja niihin on liittynyt ”matalalla roikkuvat hedelmälajikkeet” - missä olemme etsineet merkkejä elämästä sellaisena kuin tunnemme sen, lähinnä epäsuorasti menetelmin.

Löytämällä esimerkkejä muista ympäristöistä kuin maapallosta, otamme joitain tärkeitä askeleita valmistautuessamme sellaisiin "tapaamisiin", joita voi tapahtua tiellä.

Lisälukema: SETG, FISO

Luokka:
Raskaimmat tähdet ovat kaksoset
Nyt tiedämme, että tumma aine ei ole ensisijainen musta reikä