Kuvaluotto: CMU
Nykyiset Mars-retkikunnat tuovat esiin houkuttelevan mahdollisuuden, että punaisella planeetalla voi olla elämää. Mutta miten tulevat operaatiot löytävät sen? Carnegie Mellon-tutkijoiden kehittämä järjestelmä voisi tarjota vastauksen.
Carnegie Mellonin tiedemies Alan Wagoner esittelee Houstonissa tällä viikolla (14.-18. Maaliskuuta) pidettävässä 36. kuun- ja planeettatieteellisessä konferenssissa tulokset elämän havaitsemisjärjestelmän viimeaikaisesta suorituskyvystä Chilen Atacama-autiomaassa, jossa se löysi kasvavia jäkälöitä ja bakteerikoloja. Tämä merkitsee ensimmäistä kertaa rover-pohjaista automatisoitua tekniikkaa elämän tunnistamiseksi tällä ankaralla alueella. Se toimii testialustana tekniikalle, jota voitaisiin käyttää tulevissa Mars-operaatioissa.
"Elämäntunnistusjärjestelmämme toimi erittäin hyvin, ja jotain sellaista voi viime kädessä antaa robotille mahdollisuuden etsiä elämää Marsilta", sanoo Wagoner, "Life in Atacama" -projektitiimin jäsen ja Molecular Biosensor and Imaging Centerin johtaja osoitteessa Carnegie Mellonin Mellon-tiedeopisto.
"Elämä Atacamassa 2004" -kauden kausi? Elokuusta lokakuun puoliväliin 'oli kolmivuotisen ohjelman toinen vaihe, jonka tavoitteena on ymmärtää, kuinka elämä voidaan havaita roverilla, jota etätilastoryhmä ohjaa . Projekti on osa NASA: n planeettojen tutkimus- ja tutkimusohjelmaa (ASTEP), joka keskittyy tekniikan rajojen työntämiseen vaikeissa ympäristöissä.
Carnegie Mellonin robotiikkainstituutin apulainen tutkimusprofessori David Wettergreen johtaa rover-kehitystä ja kenttätutkimusta. Nathalie Cabrol, NASA Amesin tutkimuskeskuksen ja SETI-instituutin planeettatutkija, johtaa tieteellistä tutkimusta.
Elämä on tuskin havaittavissa useimmilla Atacama-alueilla, mutta roverin instrumentit pystyivät havaitsemaan jäkälät ja bakteeripesäkkeet kahdella alueella: rannikkoalueella, jolla on kosteampi ilmasto ja sisätilat, erittäin kuivilla alueilla, jotka ovat vähemmän vieraanvaraisia elämälle.
”Näimme erittäin selkeät signaalit klorofyylistä, DNA: sta ja proteiinista. Ja pystyimme tunnistamaan visuaalisesti biologiset materiaalit roverin kaappaamasta vakiokuvasta ”, Wagoner sanoo.
”Yhdessä nämä neljä todistusaineistoa ovat vahvoja elämän indikaattoreita. Nyt havainnomme vahvistetaan laboratoriossa. Atacamassa kerätyt näytteet tutkittiin, ja tutkijat havaitsivat, että ne sisälsivät elämää. Näytteiden jäkälät ja bakteerit kasvavat ja odottavat analyysiä. ”
Wagoner ja hänen kollegansa ovat suunnitelleet elämänilmaisujärjestelmän, joka on varustettu havaitsemaan fluoresenssisignaalit harvoista elämänmuodoista, mukaan lukien ne, jotka ovat kooltaan vain millimetrejä. Niiden fluoresenssikuvain, joka sijaitsee roverin alla, havaitsee klorofyylipohjaisesta elämästä tulevat signaalit, kuten syanobakteerit jäkälillä, ja fluoresoivat signaalit väriainekokonaisuudesta, joka on suunniteltu valaisemaan vain, kun ne sitoutuvat nukleiinihappoon, proteiiniin, lipidiin tai hiilihydraatteihin ? kaikki elämän molekyylit.
"Emme tiedä muita etämenetelmiä, jotka kykenevät sekä havaitsemaan alhaiset mikro-organismitasot että visualisoimaan korkeat pitoisuudet, jotka on sisällytetty biokalvoiksi tai pesäkkeiksi", kertoo projektikuvannustieteilijä Gregory Fisher.
”Loisteputki on ensimmäinen kuvantamisjärjestelmä, joka toimii päivänvalossa roverin varjossa. Rover käyttää aurinkoenergiaa toimiakseen, joten sen on matkustettava kesäaikana. Monta kertaa ottamiemme kuvat saattavat paljastaa vain heikon signaalin. Mikä tahansa auringonvalo, joka vuotaa tavanomaisen fluoresenssikuvaimen kameraan, peittäisi signaalin ”, Wagoner sanoo.
”Tämän ongelman välttämiseksi suunnittelimme järjestelmämme herättämään väriaineita voimakkaalla valon välähdyksellä. Kamera aukeaa vain näiden välähtöjen aikana, joten pystymme sieppaamaan voimakkaan fluoresenssisignaalin päiväaikana etsinnän aikana ”, projektipäällikkö Shmuel Weinstein sanoo.
Operaation aikana Pittsburghissa sijaitseva etätieteellinen ryhmä ohjasi roverin toimintaa. Paikan päällä oleva maajoukkue keräsi roverin tutkimat näytteet palauttaakseen lisätutkimuksia varten laboratorioon. Tyypillisellä kentällä päivänä rover seurasi etäoperaatioiden tiederyhmän edellisenä päivänä määrittelemää polkua. Rover pysähtyi toisinaan suorittamaan yksityiskohtainen pintatarkastus, luomalla tehokkaasti "makroskooppisen peiton" geologista ja biologista tietoa valituissa 10 x 10 senttimetrin paneeleissa. Kun rover lähti alueelta, maajoukkue keräsi näytteet, jotka rover tutki.
”Alan rover-havaintojen ja laboratoriossa tehtyjen testien perusteella ei ole yhtä esimerkkiä roverista, joka antaisi väärän positiivisen. Jokaisessa testaamassamme näytteessä oli bakteereja ”, kertoo biotieteiden laitoksen biotekniikan ja ympäristöprosessien keskuksen johtaja Edwin Minkley.
Minkley suorittaa analyysejä talteen otettujen bakteerien geneettisten ominaisuuksien määrittämiseksi näytteissä olevien erilaisten mikrobilajien tunnistamiseksi. Hän testaa myös bakteerien herkkyyttä ultravioletti (UV) säteilylle. Yksi hypoteesi on, että bakteereilla voi olla parempi UV-kestävyys, koska ne ovat alttiina äärimmäiselle UV-säteilylle autiomaassa. Minkleyn mukaan tämä luonnehdinta voi myös selittää miksi niin suuri osa kuivimmasta kohdasta olevista bakteereista on pigmentoituneita, punaisia, keltaisia tai vaaleanpunaisia, kun ne kasvavat laboratoriossa.
Projektin ensimmäinen vaihe alkoi vuonna 2003, kun aurinkovoimalla toimiva robotti Hyperion, joka oli myös kehitetty Carnegie Mellonissa, vietiin Atacamaan tutkimuksen koepenkiksi. Tutkijat suorittivat kokeita Hyperionin kanssa määrittääkseen optimaalisen suunnittelun, ohjelmistot ja välineet robotille, jota käytettäisiin laajemmissa kokeissa, jotka tehtiin vuosina 2004 ja 2005. Zo ?, rover, jota käytettiin pelikaudella 2004, on tämän työn tulos. . Hankkeen viimeisenä vuonna suunnitelmat vaativat, että Zo ?, varustettuna täydellä instrumenttiryhmällä, toimisi itsenäisesti, sillä se kulkee 50 km kahden kuukauden aikana.
Cabrolin johtama tiederyhmä koostuu geologeista ja biologista, jotka tutkivat sekä maata että Marsia instituutioissa, kuten NASA: n Ames-tutkimuskeskuksessa ja Johnson-avaruuskeskuksessa, SETI-instituutissa, Jet-propulsiolaboratoriossa, Tennessee-yliopistossa, Carnegie Mellon, Universidad Catolica del Norte (Chile), Arizonan yliopisto, UCLA, British Antarctic Survey ja kansainvälinen planeettatutkimuskoulu (Pescara, Italia).
Life in Atacama -projektia rahoitetaan NASA: n kolmivuotisella 3 miljoonan dollarin avustuksella Carnegie Mellonin robotiikkainstituutille. William “Red” Whittaker on tutkija. Wagoner on päätutkija hengenhavainnointivälineiden kumppaniprojektille, joka sai erillisen 900 000 dollarin apurahan NASA: lta.
Alkuperäinen lähde: CMU: n lehdistötiedote
