Nova técnica pode ajudar a detectar vida em Marte


Em 2020, a NASA planeja lançar um novo Mars rover 

Será encarregado de sondar uma região do planeta cientistas acreditam que poderia prender remanescentes da antiga vida microbiana.

O rover irá recolher amostras de rochas e solo, e armazená-los na superfície marciana; as amostras seriam devolvidos à Terra em algum momento no futuro distante, para que os cientistas podem meticulosamente analisar as amostras em busca de sinais de vida extraterrestre atual ou anterior.

Agora, como relatado na revista de carbono, os cientistas do MIT desenvolveram uma técnica que irá ajudar o rover de forma rápida e não invasiva identificar sedimentos que são relativamente inalterado, e que mantêm grande parte da sua composição original. Essas amostras "intactas" dar aos cientistas a melhor oportunidade para a identificação de sinais de vida anterior, se existirem, ao contrário de rochas cujas histórias foram limpas por processos geológicos tais como aquecimento excessivo ou danos da radiação.

Espectroscopia em Marte

Centro da técnica da equipe em uma nova maneira de interpretar os resultados de espectroscopia Raman, um processo comum, não-destrutivo que os geólogos usam para identificar a composição química das rochas antigas. Entre sua suíte de ferramentas científicas, 2020 Mars rover inclui SHERLOC (Scanning ambientes habitáveis ​​com Raman e de luminescência para Organics and Chemicals), um instrumento que irá adquirir espectros Raman de amostras ou logo abaixo da superfície marciana. SHERLOC será crucial para determinar se já existiu vida em Marte.

Espectroscopia Raman mede as vibrações minúsculas de átomos dentro das moléculas de um determinado material. Por exemplo, a grafite é composto por um arranjo muito ordenada de átomos de carbono. Os laços entre estes átomos de carbono vibrar naturalmente, a uma frequência que os cientistas podem medir quando se concentram um feixe de laser na superfície de grafite.

Como os átomos e as moléculas vibram em várias freqüências, dependendo do que eles são obrigados a, espectroscopia Raman permite aos cientistas identificar os aspectos-chave da composição química de uma amostra. Mais importante, a técnica pode determinar se uma amostra contém uma matéria carbonosa - um primeiro indício de que a amostra pode também abrigar sinais de vida.

Mas Roger Summons, professor da terra, atmosférico, e ciências planetárias do MIT, diz que a imagem química que os cientistas até agora têm sido capazes de discernir usando espectroscopia Raman tem sido um pouco distorcido. Por exemplo, um espectro de Raman adquirido a partir de um pedaço de carvão na Terra pode parecer muito semelhante à de uma partícula orgânica num meteoritos que foi originalmente feito no espaço.

"Não temos uma forma de distinguir com segurança entre a matéria orgânica que já foi de origem biológica, contra a matéria orgânica que veio de algum outro processo químico", diz Summons.

No entanto, Nicola Ferralis, um cientista de pesquisa no Departamento de Ciência dos Materiais e Engenharia do MIT, descobriu características escondidas em Raman espectros que podem dar uma imagem mais informado da composição química de uma amostra. Especificamente, os investigadores foram capazes de estimar a proporção de hidrogênio aos átomos de carbono a partir da subestrutura dos picos no espectro de Raman. Isto é importante porque o aquecimento mais qualquer rocha tem experimentado, mais a matéria orgânica torna-se alterado, especificamente através da perda de hidrogênio sob a forma de metano.

A técnica melhorada permite aos cientistas a interpretar com mais precisão o significado de espectros Raman existente, e rapidamente avaliar a proporção de hidrogênio para carbono - identificando assim as amostras mais puras, antigas de rochas para um estudo mais aprofundado. Summons diz isso também pode ajudar cientistas e engenheiros que trabalham com o instrumento SHERLOC em 2020 Mars rover a zero em amostras marcianas ideais. 

"Isso pode ajudar a decidir quais as amostras que o rover 2020 arquivar", diz Summons. "Ele vai estar à procura de matéria orgânica preservada em sedimentos, e isso vai permitir uma seleção mais informada de amostras para potencial de retorno à Terra."

Vendo os picos escondidos

Espectro de Raman representa a vibração de uma molécula ou átomo, em resposta à luz laser. Um espectro típico para uma amostra contendo matéria orgânica aparece como uma curva com dois picos principais - um pico de largura, e um pico mais nítida, mais estreita. Pesquisadores já haviam marcado a grande pico como o D banda (desordenada), como vibrações nesta região se correlacionam com átomos de carbono que têm uma composição desordenada, com destino a qualquer número de outros elementos. O segundo pico, mais estreita é a banda L (grafite), a qual está tipicamente relacionada com arranjos mais ordenados de carbono, tal como é encontrado em materiais de grafite.

Ferralis, trabalhando com amostras de sedimentos antigos sendo investigados em laboratório os Summons ', subestruturas dentro da banda principal D que estão diretamente relacionados com a quantidade de hidrogênio em uma amostra identificada. Ou seja, o maior destes sub-picos, o mais hidrogênio está presente - uma indicação de que a amostra tem sido relativamente menos alterada, e sua composição química original melhor preservada.

Para testar essa nova interpretação, a equipe procurou aplicar espectroscopia Raman, e sua técnica analítica, a amostras de sedimentos, cuja composição química já era conhecido. Eles obtiveram amostras adicionais de kerogen antiga - fragmentos de matéria orgânica em rochas sedimentares - a partir de uma equipe baseada na Universidade da Califórnia em Los Angeles, que na década de 1980 tinha usado meticuloso, métodos químicos meticuloso para determinar com precisão a proporção de hidrogénio para carbono.

A equipe rapidamente estimada a mesma relação, em primeiro lugar usando espectroscopia Raman para gerar espectros das várias amostras querogênio, em seguida, usando o método da interpretação dos picos em cada espectro. rácios da equipe de hidrogênio ao carbono combinado de perto as razões originais.

"Isto significa que o nosso método é boa, e não precisa fazer uma quantidade insana ou impossível de purificação química para obter uma resposta precisa", diz Summons.

Mapeamento de um fóssil

Indo um passo adiante, os pesquisadores se perguntaram se eles poderiam usar sua técnica para mapear a composição química de um fóssil microscópico, que normalmente iria conter tão pouco carbono que seria indetectável por técnicas de química tradicionais.

"Nós estávamos pensando, podemos mapear através de um único fóssil microscópico e ver se quaisquer diferenças químicas foram preservadas?" Summons diz.
Para responder a essa pergunta, a equipe obteve um fóssil microscópico de um protista - um antigo organismo unicelular que poderia representar uma alga simples ou seu predador. Os cientistas deduzir que esses fósseis eram uma vez de origem biológica, simplesmente por sua aparência e sua semelhança com centenas de outros padrões no registro fóssil.

A equipe usou a espectroscopia Raman para medir as vibrações atômicas em todo o fóssil, com uma resolução sub-micron, e depois analisaram o espectro resultante usando sua nova técnica analítica. Eles então criaram um mapa química com base na sua análise.

"O fóssil tem visto a mesma história térmica por toda parte, e ainda assim encontramos o conteúdo da parede celular e celulares têm de hidrogênio maior do que a matriz do celular ou o seu exterior", diz Summons. "Isso para mim é uma evidência da biologia. Pode não convencer a todos, mas é uma melhoria significativa do que o que tínhamos antes. "

Em última análise, Summons diz que, além de identificar amostras promissoras em Marte, a técnica do grupo vai ajudar paleontólogos entender própria evolução biológica da Terra.

"Nós estamos interessados ​​na matéria orgânica mais antiga preservada no planeta que pode nos dizer algo sobre as fisiologias de primeiras formas de vida celular da Terra", diz Summons. "Nós estamos esperando para entender, por exemplo, quando é que o ciclo de carbono biológica que temos na Terra hoje aparecem pela primeira vez? Como evoluiu ao longo do tempo? Esta técnica acabará por nos ajudar a encontrar matéria orgânica que é minimamente alterada, para nos ajudar a aprender mais sobre o que organismos foram feitas, e como eles trabalharam. "

Este trabalho foi apoiado pela Shell Oil Company e Schlumberger através do Consórcio X-Shale no âmbito da iniciativa MIT-Energy e Extramural Research pela Shell Inovação Pesquisa e Desenvolvimento, A Colaboração Simons Foundation sobre as origens da vida, do Instituto de Astrobiologia da NASA, e o Max Planck Society.New technique may help detect Martian life