“化学笔记本”可用于寻找地球以外的生命

微型实验室计算机可以寻找地球外的生命迹象

研究人员将化学笔记本电脑拿到了JPL的火星院子里,在那里他们将设备放在测试罗孚上。此图像显示化学笔记本电脑和常规笔记本电脑之间的尺寸比较。学分:NASA /姓名

科学家们已经开发了一个称为化学笔记本电脑的小型化实验室,可用于寻找地球外的生活迹象。

如果您正在寻找另一个世界的生活签名,您将希望与您一起携带小型和便携。这是“化学笔记本电脑”背后的哲学正在开发美国宇航局位于加州帕萨迪纳市的喷气推进实验室:一个小型实验室,分析与生命有关的材料样本。

“如果这台仪器被送往太空,它将是离开地球的同类仪器中最敏感的,也将是第一个能够同时寻找两者的设备。


Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.
" class="glossaryLink ">氨基酸和脂肪酸,”Jessica Creamer说,她是美国宇航局的博士后研究员喷气推进实验室

就像《星际迷航》(Star Trek)中的三录仪一样,化学笔记本电脑是一个小型的移动实验室,研究人员希望有一天能把它送到另一个行星上,比如火星或欧罗巴。它的大小与普通电脑笔记本差不多,但要厚得多,以便为内部的化学分析组件腾出空间。但与三录仪不同的是,它必须摄入样本才能进行分析。

“我们的设备是一种化学分析仪,可以像笔记本电脑一样重新编程,以执行不同的功能,”这位JPL技术专家Fernanda Mora表示,该项目的主要调查员JPL的Peter Willis开发了仪器。“如常规笔记本电脑上,我们有不同的应用程序,用于不同的氨基酸和脂肪酸等不同的分析。”

氨基酸是蛋白质的构建块,而脂肪酸是细胞膜的关键部件。两者对生活至关重要,但也可以在非生活来源中找到。化学笔记本电脑可能能够判断出差异。

它正在寻找什么

氨基酸有两种类型:左旋和右旋。就像人的左手和右手一样,这些氨基酸彼此互为镜像,但含有相同的成分。一些科学家假设,地球上的生命在进化过程中只使用左手氨基酸,因为这种标准在生命早期就被采用了,就像20世纪80年代VHS取代Betamax成为视频的标准一样。其他星球上的生命也有可能使用右撇子。

“如果测试发现50-50个左手和右手氨基酸的混合物,我们可以得出结论,样品可能不是生物来源,”奶油蛋白说。“但如果我们发现左或右侧的过剩,那将是金牌票。这将是到目前为止,生活存在于其他星球上的最佳证据。“

氨基酸的分析特别具有挑战性,因为左手和右手版本尺寸和电荷等同。更具挑战性正在开发一种可以在单一分析中寻找所有氨基酸的方法。

当笔记本电脑被设置为寻找脂肪酸时,科学家们最感兴趣的是脂肪酸碳链的长度。这是生物体存在或曾经存在的迹象。

这个怎么运作

电池供电的化学笔记本电脑需要液体样品来分析,这更难以在诸如火星的行星体上获得。本集团与JPL的Luther Beegle合作,将“浓缩咖啡机”技术合作,其中将样品放入带液态水的管中并加热至212度以上华氏温度(100度摄氏)。然后水出来用它带来有机分子。火星(SAM)仪表套件上的样品分析NASA的火星好奇地揽胜采用了类似的原理,但它使用无水的热量。

一旦水样喂入化学笔记本电脑,就可以通过将其与荧光染料混合来制备样品,该荧光染料将染料附着在氨基酸或脂肪酸中。然后将样品流入装置内的微芯片,其中氨基酸或脂肪酸可以彼此分离。在分离通道的末端是检测激光器。染料允许研究人员在通过激光器时看到与氨基酸或脂肪酸对应的信号。

在微芯片的“分离通道”内部,已经有化学添加剂与样品混合。这些物种中的一些只会与右手氨基酸相互作用,有些物种只会与左手品种相互作用。这些添加剂将改变左手和右手氨基酸在分离通道中的相对时间量,允许科学家确定样品中氨基酸的“手中”。

化学笔记本电脑分析液体样品和检测氨基酸和脂肪酸

化学笔记本电脑,由喷气推进实验室开发,分析液体样品和检测氨基酸和脂肪酸。这两种化学物质都是生命所必需的。学分:NASA /姓名

未来用途的测试

去年,研究人员在喷气推进实验室(JPL)的火星场进行了一项实地测试,他们将化学笔记本电脑放在一个测试漫游者上。

“这是我们第一次展示仪器在实验室之外的工作环境。这是向展示一种可在现场操作的完全便携式自动化仪器迈出的第一步。”

帮助提供样本的喷气推进实验室的迈克尔·拉塞尔说,为了进行这次测试,笔记本电脑分析了一种“绿锈”的样本,这种矿物质在其层中吸收有机分子,可能在生命起源中具有重要意义。

威利斯说:“我们的最终目标是把这样的探测器放到火星探测器这样的宇宙飞船上,所以我们在实验室外的第一次测试就是这么做的。”

从那以后,莫拉一直致力于提高化学笔记本电脑的灵敏度,这样它就可以检测到更少量的氨基酸或脂肪酸。目前,该仪器可以检测到低至万亿分之一的浓度。莫拉目前正在测试一种新的激光和探测器技术。

接下来是在智利的阿塔卡马沙漠进行的一项测试,该测试得到了美国宇航局行星科学与技术模拟研究(PSTAR)项目的资助,由美国宇航局位于加利福尼亚州莫菲特场的艾姆斯研究中心合作。

“这也可能是冰冷世界的尤其有用的工具,例如Enceladus和Europa。所有你需要做的就是融化了一点点冰,你可以将其进行样本并直接分析,“奶油奶油说。

化学笔记本技术在地球上也有应用。它可以用于环境监测——直接在现场分析样品,而不是把它们带回实验室。药物的用途可能包括检测药物的成分是合法的还是假药。

Creamer最近在喷气推进实验室的博士后研究日海报会议上因她在这一领域的工作获得了一个奖项。

NASA位于华盛顿的科学任务理事会的毕加索项目支持了这项研究。位于帕萨迪纳的加州理工学院为NASA管理喷气推进实验室。