Bygger rovere, der kan opdage liv og sekvensere DNA på andre verdener

I 2015 daværende NASA-chefforsker Ellen Stofan udtalte, at "Jeg tror, ​​vi vil have stærke indikationer på liv uden for Jorden i det næste årti og klare beviser i de næste 10 til 20 år." Med flere missioner planlagt til at søge fjendens beviser på liv (fortid og nutid) på Mars og i det ydre solsystem, dette virker næppe som en urealistisk vurdering.

Men selvfølgelig, at finde beviser på liv er ingen let opgave. Ud over bekymringer over forurening, der er også de og de farer, det følger med at arbejde i ekstreme miljøer – som det helt sikkert vil indebære at lede efter liv i solsystemet. Alle disse bekymringer blev rejst på en ny FISO-konference med titlen "Towards In-Situ Sequencing for Life Detection", vært af Christopher Carr fra MIT.

Carr er forsker ved MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS) og en forskningsstipendiat ved afdelingen for molekylærbiologi på Massachusetts General Hospital. I næsten 20 år, han har dedikeret sig til studiet af liv og søgen efter det på andre planeter. Derfor er han også den videnskabelige hovedforsker (PI) af Search for Extra-Terrestrial Genomes (SETG) instrumentet.

Anført af Dr. Maria T. Zuber – E. A. Griswold-professor i geofysik ved MIT og leder af EAPS – omfatter den tværfaglige gruppe bag SETG forskere og videnskabsmænd fra MIT, Caltech, Brown University, arvard, og Claremont Biosolutions. Med støtte fra NASA, SETG-teamet har arbejdet på udviklingen af ​​et system, der kan teste for livet in-situ.

Introduktion af søgen efter udenjordisk liv, Carr beskrev den grundlæggende tilgang som følger:

"Vi kunne lede efter livet, som vi ikke kender det. Men jeg tror, ​​det er vigtigt at tage udgangspunkt i livet, som vi kender det – at udvinde både livets egenskaber og livets egenskaber, og overveje, om vi også skal lede efter livet, som vi kender det, i sammenhæng med at søge efter liv hinsides Jorden."

Med henblik herpå, SETG-teamet søger at udnytte den seneste udvikling inden for in-situ biologisk testning til at skabe et instrument, der kan bruges af robotmissioner. Disse udviklinger omfatter skabelsen af ​​bærbare DNA/RNA-testenheder som MinION, samt Biomolecule Sequencer undersøgelsen. Udført af astronaut Kate Rubin i 2016, dette var første gang nogensinde DNA-sekventering, der fandt sted ombord på den internationale rumstation.

Bygger på disse, og det kommende Genes in Space-program – som vil gøre det muligt for ISS-mandskab at sekventere og undersøge DNA-prøver på stedet – SETG-teamet søger at skabe et instrument, der kan isolere, opdage, og klassificere alle DNA- eller RNA-baserede organismer i udenjordiske miljøer. I processen, det vil give videnskabsfolk mulighed for at teste hypotesen om, at liv på Mars og andre steder i solsystemet (hvis det findes) er relateret til livet på Jorden.

For at nedbryde denne hypotese, det er en bredt accepteret teori, at syntesen af ​​komplekse organiske stoffer - som omfatter nukleobaser og ribose-prækursorer - fandt sted tidligt i solsystemets historie og fandt sted i Soltågen, hvorfra planeterne alle blev dannet. Disse organiske stoffer kan derefter være blevet leveret af kometer og meteoritter til flere potentielt beboelige zoner under den sene tunge bombardementperiode.

Kendt som lithopansemi, denne teori er en lille drejning af ideen om, at liv er fordelt over hele kosmos af kometer, asteroider og planetoider (alias panspermia). I tilfældet Jorden og Mars, beviser for, at liv kan være relateret, er delvist baseret på meteoritprøver, der vides at være kommet til Jorden fra den røde planet. Disse var i sig selv et produkt af asteroider, der ramte Mars og sparkede ejecta op, der til sidst blev fanget af Jorden.

Ved at undersøge steder som Mars, Europa og Enceladus, videnskabsmænd vil også være i stand til at engagere sig i en mere direkte tilgang, når det kommer til at søge efter liv. Som Carr forklarede:

"Der er et par hovedtilgange. Vi kan tage en indirekte tilgang, ser på nogle af de nyligt identificerede exoplaneter. Og håbet er, at med James Webb Space Telescope og andre jordbaserede teleskoper og rumbaserede teleskoper, at vi vil være i stand til at begynde at afbilde exoplaneternes atmosfærer meget mere detaljeret end karakteriseringen af ​​disse exoplaneter har [tilladt] til dato. Og det vil give os high-end, det vil give mulighed for at se på mange forskellige potentielle verdener. Men det vil ikke tillade os at tage dertil. Og vi vil kun have indirekte beviser gennem, for eksempel, atmosfæriske spektre."

Mars, Europa og Enceladus giver en direkte mulighed for at finde liv, da alle har demonstreret forhold, der er (eller var) befordrende for livet. Mens der er rigeligt med beviser for, at Mars engang havde flydende vand på sin overflade, Europa og Enceladus har begge underjordiske oceaner og har vist tegn på at være geologisk aktive. Derfor, enhver mission til disse verdener ville få til opgave at se på de rigtige steder for at se beviser på liv.

På Mars, Carr bemærker, det vil komme ned til at se på steder, hvor der er en vandkredsløb, og vil sandsynligvis involvere lidt trylleri:

"Jeg tror, ​​at vores bedste bud er at få adgang til undergrunden. Og det er meget svært. Vi er nødt til at bore, eller på anden måde få adgang til områder under rækkevidde af rumstråling, som kan ødelægge organisk materiel. Og en mulighed er at gå til friske nedslagskratere. Disse nedslagskratere kunne blotlægge materiale, der ikke var strålingsbehandlet. Og måske ville en region, hvor vi måske ønsker at tage hen, være et sted, hvor et nyt nedslagskrater kunne forbindes til et dybere underjordisk netværk – hvor vi kunne få adgang til materiale, der måske kommer ud af undergrunden. Jeg tror, ​​at det nok er vores bedste bud på at finde liv på Mars i dag i øjeblikket. Og et sted, vi kunne se, ville være inden for huler; for eksempel, et lavarør eller en anden form for hulesystem, der kunne tilbyde UV-strålingsafskærmning og måske også give adgang til dybere områder inden for Mars-overfladen."

Med hensyn til "havverdener" som Enceladus, At lede efter tegn på liv vil sandsynligvis involvere at udforske dens sydlige polarregion, hvor høje vandfaner er blevet observeret og undersøgt tidligere. På Europa, det ville sandsynligvis involvere at opsøge "kaosregioner", de steder, hvor der kan være vekselvirkninger mellem overfladeisen og det indre hav.

At udforske disse miljøer giver naturligvis nogle alvorlige tekniske udfordringer. Til at begynde med, det ville kræve omfattende planetariske beskyttelser for at sikre, at forurening blev forhindret. Disse beskyttelser ville også være nødvendige for at sikre, at falske positiver blev undgået. Intet værre end at opdage en DNA-stamme på et andet astronomisk legeme, kun for at indse, at det faktisk var en hudflage, der faldt ned i scanneren før lanceringen!

Og så er der vanskelighederne ved at udføre en robotmission i et ekstremt miljø. På Mars, der er altid spørgsmålet om solstråling og støvstorme. Men på Europa, der er den ekstra fare, som Jupiters intense magnetiske miljø udgør. At udforske vandfaner, der kommer fra Enceladus, er også meget udfordrende for en orbiter, der højst sandsynligt ville køre forbi planeten på det tidspunkt.

Men givet potentialet for videnskabelige gennembrud, sådan en mission er det værd at ømme og smerter. Ikke alene ville det give astronomer mulighed for at teste teorier om udviklingen og fordelingen af ​​liv i vores solsystem, det kunne også lette udviklingen af ​​afgørende teknologier til rumudforskning, og resultere i nogle seriøse kommercielle applikationer.

Ser på fremtiden, fremskridt inden for syntetisk biologi forventes at føre til nye behandlinger for sygdomme og evnen til at 3-D printe biologiske væv (alias "bioprinting"). Det vil også hjælpe med at sikre menneskers sundhed i rummet ved at adressere tab af knogletæthed, muskelatrofi, og nedsat organ- og immunfunktion. Og så er der evnen til at dyrke organismer, der er specielt designet til liv på andre planeter (kan man sige terraforming?)

Oven i alt det, evnen til at udføre in-situ søgninger efter liv på andre solplaneter giver også videnskabsmænd mulighed for at besvare et brændende spørgsmål, en, som de har kæmpet med i årtier. Kort sagt, er kulstofbaseret liv universelt? Indtil nu, ethvert forsøg på at besvare dette spørgsmål har stort set været teoretiske og har involveret den "lavthængende frugtsort" – hvor vi har ledt efter tegn på liv, som vi kender det, primært ved at bruge indirekte metoder.

Ved at finde eksempler, der kommer fra andre miljøer end Jorden, vi ville tage nogle afgørende skridt hen imod at forberede os på den slags "nære møder", der kunne ske hen ad vejen.