agosto 2, 2021

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Los científicos utilizan una nueva técnica para detectar huellas dactilares de vida a distancia

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El instrumento FlyPol, que se utilizó para medir huellas dactilares biométricas desde el aire, está a bordo del helicóptero. Crédito: Cortesía de Lucas Bate

Podría ser un hito en el camino hacia el descubrimiento de la vida en otros planetas: los científicos dirigidos por la Universidad de Berna y el Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS descubrieron una propiedad molecular clave de todos los seres vivos desde un helicóptero que volaba a varios kilómetros de altura. La superficie de la tierra. La tecnología de medición también podría abrir oportunidades para la teledetección de la Tierra.

Las manos izquierda y derecha son imágenes especulares perfectas la una de la otra. Pero cualquiera que sea la forma en que se hagan los giros y vueltas, no se pueden superponer entre sí. Esta es la razón por la que el guante izquierdo simplemente no se adapta tan bien a la mano derecha como a la izquierda. En ciencia, esta propiedad se conoce como quiralidad.

Diagrama del espectrofotómetro solar FlyPol

Ilustración del espectrofotómetro FlyPol. Crédito: Lucas Bate

Al igual que las manos, las moléculas también pueden ser espirales. De hecho, la mayoría de las moléculas de las células de los organismos vivos, como el ADN, son moléculas quirales. A diferencia de las manos, que generalmente vienen en pares de derecha e izquierda, las partículas de vida ocurren casi exclusivamente en su versión “izquierda” o “derecha”. Son lo mismo, dicen los investigadores. Aún no está claro por qué es así. Pero este análogo molecular es una característica definitoria de la vida, llamada firma biológica.

Helicóptero FlyPol.

El helicóptero con FlyPol a bordo despega del aeropuerto de Môtiers. Crédito: Cortesía de Lucas Bate

Como parte del proyecto MERMOZ (ver cuadro de información a continuación), un equipo internacional liderado por la Universidad de Berna y el Centro Nacional para la Eficiencia en NCCR PlanetS Research, ahora ha logrado detectar esta firma desde una distancia de dos kilómetros y una velocidad de 70 km / h. “El gran avance es que estas mediciones se realizaron en una plataforma que se movía, vibraba y que seguíamos detectando estas huellas dactilares biométricas en segundos”, dice Jonas Kuhn, director del proyecto MERMOZ en la Universidad de Berna y coautor del estudio recién publicado en la Revista de Astronomía y Astrofísica “.

Una herramienta que reconoce la materia viva

Cuando la luz es reflejada por un material biológico, parte de las ondas electromagnéticas de luz viajarán en sentido horario o antihorario. Este fenómeno se llama polarización circular y es causado por la simetría de la materia biológica. El primer autor del estudio, Lucas Baty, investigador postdoctoral de MERMOZ en la Universidad de Berna y miembro de NCCR PlanetS, dice que los caracoles ligeros similares no son producidos por la naturaleza abiótica no viviente.

Carretera de helicópteros FlyPol

Ruta de vuelo en helicóptero. Crédito: © Google Earth

Sin embargo, medir esta polarización circular es un desafío. La señal es muy débil y normalmente representa menos del uno por ciento de la luz reflejada. Para medir esto, el equipo desarrolló un dispositivo dedicado llamado espectrómetro. Consiste en una cámara con lentes especiales y receptores capaces de separar la polarización circular del resto de la luz.

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Pero incluso con un dispositivo tan delicado, los nuevos resultados eran imposibles hasta hace poco. “Hace solo 4 años, solo podíamos detectar la señal desde una distancia muy cercana, unos 20 cm, y necesitábamos monitorear el mismo lugar durante varios minutos para hacer eso”, recuerda Lucas Bate. Pero las mejoras al instrumento realizadas por él y sus colegas permiten una detección más rápida y estable, y la fuerza de la firma persiste en la polarización circular incluso con la distancia. Esto hizo que el dispositivo fuera adecuado para las primeras mediciones de polarización circular atmosférica.

Espectros polares circulares

Espectros polares circulares de pasto, árboles, áreas urbanas y agua que contiene algas. Crédito: © ESO, Astronomía y Astrofísica, Lucas Bate

Medidas útiles en la Tierra y en el espacio

Usando este instrumento mejorado, llamado FlyPol, muestran que en solo segundos de mediciones, pueden diferenciar campos de hierba, bosques y áreas urbanas de un helicóptero en rápido movimiento. Las mediciones muestran fácilmente materia viva que muestra señales de polarización características, mientras que los métodos, por ejemplo, no muestran ninguna señal de polarización circular significativa. Con la configuración actual, incluso pueden detectar señales provenientes de algas en los lagos.

Lucas Bate

Dr. Lucas Bate, NCCR PlanetS, Instituto de Física, Universidad de Berna. Crédito: Cortesía de Lucas Bate

Después de sus pruebas exitosas, los científicos ahora buscan ir aún más lejos. “El siguiente paso que esperamos dar es hacer descubrimientos similares desde la Estación Espacial Internacional (ISS), mirando a la Tierra. Esto nos permitirá evaluar la posibilidad de detectar biofirmas a nivel planetario. Este paso será fundamental para permitir la búsqueda de vida dentro y fuera de nuestro sistema solar utilizando la polarización ”, dice el investigador principal y coautor de MERMOZ, Brice-Olivier Demory, profesor de astrofísica en la Universidad de Berna y miembro de NCCR PlanetS.

Bryce Oliver Demore

Prof. Dr. Brice-Olivier Demory, Centro de Espacio y Residencial y NCCR PlanetS, Universidad de Berna. Crédito de la imagen: © Universität Bern, Bild: Ramon Lehmann

El monitoreo sensible de estas señales de polarización circular no solo es importante para futuras misiones de detección de vida. Lucas Bate explica: “Debido a que la señal está directamente relacionada con la estructura molecular de la vida y, por lo tanto, con su funcionamiento, también puede proporcionar información complementaria valiosa en la teledetección de la Tierra”. Por ejemplo, puede proporcionar información sobre deforestación o enfermedades de las plantas. Incluso puede ser posible implementar la polarización circular para monitorear las floraciones de algas tóxicas, los corales y los efectos de la acidificación en ellos.

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SAINT-EX – Encontrar y caracterizar exoplanetas

El grupo de investigación SAINT-EX (financiado por el profesor de SNF Brice Olivier Demory) se centra en:

  • Detección de exoplanetas templados del tamaño de la Tierra (Observatorio SAINT-EX),
  • Detección remota de vida en atmósferas / superficies de planetas (Mermoz),
  • Dispositivos para el diagnóstico y estadificación del cáncer in vivo no invasivo (BrainPol).

El proyecto MERMOZ (Plan de monitoreo de características de superficie modernas características amplificadas) tiene como objetivo investigar si podemos identificar y caracterizar la vida terrestre desde el espacio, mediante la construcción de una biblioteca modular de firmas de características de superficie utilizando espectrometría de telepolarización Stokes completa. En este marco, nuestro planeta se considera un proxy de otros cuerpos y exoplanetas del sistema solar.

MERMOZ es un proyecto conjunto de las universidades de Berna, Leiden y Delft (Países Bajos).
El estudio de viabilidad del proyecto está financiado por el Centro para el Espacio y el Hábitat (CSH) y NCCR PlanetS.


NCCR PlanetS: Investigación sobre un planeta hecho en Suiza

En 2014, la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza otorgó a la Universidad de Berna al Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS, que opera en colaboración con la Universidad de Ginebra.

Desde que participó en el primer aterrizaje lunar en 1969, la Universidad de Berna ha participado en misiones espaciales para importantes organizaciones espaciales, como la ESA, NASA, ROSCOSMOS y JAXA. Actualmente codirige la misión CHEOPS de la Agencia Espacial Europea (ESA) con la Universidad de Ginebra. Además, los investigadores de Berna se encuentran entre los líderes mundiales en lo que respecta a modelos y simulaciones de la formación y desarrollo de planetas.

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Con el descubrimiento del primer exoplaneta, la Universidad de Ginebra se ha consolidado como una de las instituciones líderes en este campo. Esto llevó, por ejemplo, a la construcción e instalación del espectrómetro HARPS en el telescopio ESO de 3,6 metros en La Silla en 2003 bajo el mando de Ginebra. Esto fue seguido por el instrumento ESPRESSO en el telescopio ESO VLT en Paranal. El Centro de Operaciones Científicas CHEOPS también se encuentra en Ginebra.

ETH Zurich y la Universidad de Zurich son instituciones asociadas a NCCR PlanetS. Los científicos de los campos de la astrofísica, el procesamiento de datos y las ciencias de la Tierra lideran proyectos y realizan contribuciones importantes a la investigación de NCCR PlanetS. Además, ETH es líder mundial en instrumentación para varios observatorios y misiones espaciales.
NCCR PlanetS está organizado en las siguientes áreas de investigación:

  • Primeras etapas de la formación de planetas تكوين
  • Ingeniería, formación y evolución de sistemas planetarios
  • Atmósfera, superficies y planetas interiores
  • Determina la habitabilidad de los planetas.

Exploración espacial en Berna: con la élite mundial desde el primer alunizaje

Cuando el segundo hombre, “Buzz” Aldrin, emergió del módulo lunar el 21 de julio de 1969, su primera tarea fue establecer el experimento de la Formación de Viento Solar de Berna (SWC), también conocido como “vela de viento solar”, implantándolo en la tierra de la luna, hasta antes de la bandera americana. Este experimento, que fue planeado y los resultados analizados por el profesor Dr. Johannes Gess y su equipo del Instituto de Física de la Universidad de Berna, fue el primer gran evento en la historia de la exploración espacial en Berna.

Desde entonces, la exploración espacial en Berna se ha convertido en una de las élites del mundo. La Universidad de Berna participa en misiones espaciales para importantes organizaciones espaciales, como la ESA, NASA, ROSCOSMOS y JAXA. Actualmente codirige la misión CHEOPS de la Agencia Espacial Europea (ESA) con la Universidad de Ginebra. Además, los investigadores de Berna se encuentran entre los líderes mundiales en lo que respecta a modelos y simulaciones de la formación y desarrollo de planetas.

La exitosa labor del Departamento de Investigación Espacial y Ciencias Planetarias (WP) del Instituto de Física de la Universidad de Berna se vio reforzada por el establecimiento de un centro de competencia universitaria, el Centro para el Espacio y el Hábitat (CSH). El Fondo Nacional Suizo para la Universidad de Berna también otorgó al Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS, que gestiona en colaboración con la Universidad de Ginebra.


Referencia: “Huellas biológicas de la Tierra I. Detección espectroscópica tropical aerotransportada de vida fototrófica” por CHL Patty, J. G. Kuhn, P. H. Lambrev, S. Spadaccia, H. J. Hoeijmakers, C. Keller, W. Mulder, V. Pallichadath y O. Poch , F. Snik, D. M. Stam, A. Pommerol y B. O. Demory, aceptado, Astronomía y astrofísica.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202140845

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