Kredit gambar: UC Berkeley
Teknologi canggih yang sama yang mempercepat penjujukan genom manusia dapat, pada akhir dekad, dapat memberitahu kita sekali atau tidak sama ada kehidupan pernah wujud di Marikh, menurut ahli kimia University of California, Berkeley.
Richard Mathies, profesor kimia UC Berkeley dan pembangun susunan elektroforesis kapilari pertama dan label pewarna pendarfluor pemindahan tenaga baru - kedua-duanya digunakan dalam urutan DNA hari ini - sedang bekerja pada instrumen yang akan menggunakan teknologi ini untuk memeriksa debu Mars untuk bukti kehidupan -asid amino, asas protein.
Pelajar siswazah Alison Skelley di Rock Garden, salah satu laman di gurun Atacama di Chile di mana para penyelidik mengambil sampel tanah untuk asid amino sebagai persediaan untuk menghantar instrumen ke Mars untuk mencari tanda-tanda kehidupan. Reruntuhan kota Yunguy ada di latar belakang. (Foto milik makmal Richard Mathies / UC Berkeley)
Dengan dua geran pembangunan dari NASA berjumlah hampir $ 2.4 juta, dia dan ahli pasukan dari Jet Propulsion Laboratory (JPL) di California Institute of Technology dan UC San Diego's Scripps Institution of Oceanography berharap dapat membina Mars Organic Analyzer untuk terbang di atas kapal terbang NASA, misi Makmal Sains Robotik dan / atau misi ExoMars Agensi Angkasa Eropah, kedua-duanya dijadualkan untuk dilancarkan pada tahun 2009. Cadangan ExoMars adalah bekerjasama dengan Pascale Ehrenfreund, profesor astokimia di Universiti Leiden di Belanda.
Mars Organic Analyzer, yang dijuluki MOA, bukan sahaja mencari tanda kimia asid amino, tetapi menguji ciri penting asid amino berasaskan kehidupan: Mereka semua kidal. Asid amino dapat dibuat melalui proses fizikal di ruang angkasa - ia sering dijumpai di meteorit - tetapi ia sama dengan tangan kiri dan kanan. Sekiranya asid amino di Marikh mempunyai keutamaan untuk asid amino tangan kiri atau kanan, atau sebaliknya, ia hanya boleh berasal dari beberapa bentuk kehidupan di planet ini, kata Mathies.
"Kami merasakan bahawa mengukur homochirality - kelaziman satu jenis kebebasan daripada yang lain - akan menjadi bukti kehidupan mutlak," kata Mathies, ahli UC Berkeley dari California Institute for Quantitative Biomedical Research (QB3). "Itulah sebabnya kami memberi tumpuan kepada jenis eksperimen ini. Sekiranya kita pergi ke Marikh dan mencari asid amino tetapi tidak mengukur kekiringannya, kita akan merasa sangat bodoh. Instrumen kami dapat melakukannya. "
MOA adalah salah satu dari pelbagai instrumen yang sedang dikembangkan dengan pembiayaan NASA untuk mencari kehadiran molekul organik di Mars, dengan cadangan akhir untuk misi 2009 yang akan dijadualkan pada pertengahan bulan Julai. Mathies dan rakan sekerjanya Jeffrey Bada dari Scripps dan Frank Grunthaner dari JPL, yang merancang untuk mengemukakan satu-satunya cadangan yang menguji keberanian asid amino, telah menguji penganalisis dan menunjukkan bahawa ia berfungsi. Perincian cadangan mereka kini terdapat di Web di http://astrobiology.berkeley.edu.
Pada bulan Februari, Grunthaner dan pelajar siswazah UC Berkeley Alison Skelley melakukan perjalanan ke gurun Atacama di Chile untuk melihat apakah pengesan asid amino - yang disebut Pengesan Organik Mars, atau MOD - dapat menemui asid amino di kawasan paling kering di planet ini. MOD berjaya berjaya. Walau bagaimanapun, kerana separuh kedua eksperimen - "lab-on-a-chip" yang menguji keberanian asid amino - belum berkahwin dengan MOD, para penyelidik membawa sampel kembali ke UC Berkeley untuk bahagian tersebut ujian. Skelley kini berjaya menyelesaikan eksperimen ini menunjukkan keserasian sistem lab-on-a-chip dengan MOD.
"Sekiranya anda tidak dapat mengesan kehidupan di wilayah Yungay di Gurun Atacama, anda tidak mempunyai urusan untuk pergi ke Marikh," kata Mathies, merujuk pada wilayah gurun di Chile tempat kru tinggal dan melakukan beberapa ujian mereka.
Mathies, yang 12 tahun lalu mengembangkan pemisah elektroforesis array kapilari pertama yang dipasarkan oleh Amersham Biosciences dalam jujukan DNA pantas mereka, yakin bahawa peningkatan kumpulannya terhadap teknologi yang digunakan dalam projek genom akan memberi makan dengan sempurna dalam projek-projek eksplorasi Mars.
"Dengan jenis teknologi mikrofluida yang kami kembangkan dan kemampuan kami untuk membuat susunan penganalisis in situ yang melakukan eksperimen yang sangat mudah dengan harga yang murah, kami tidak perlu meminta orang di Marikh untuk melakukan analisis yang berharga," katanya. "Sejauh ini, kami menunjukkan sistem ini dapat mengesan kehidupan dengan sidik jari, dan bahawa kami dapat melakukan analisis lengkap di lapangan. Kami sangat teruja dengan kemungkinan masa depan. "
Bada, ahli kimia marin, adalah ahli eksobiologi dalam pasukan, setelah mengembangkan hampir sedozen tahun yang lalu cara baru untuk menguji asid amino, amina (produk degradasi asid amino) dan hidrokarbon aromatik poliklik, sebatian organik yang terdapat di alam semesta. Eksperimen itu, MOD, dipilih untuk misi 2003 ke Marikh yang dibatalkan ketika Mars Polar Lander terhempas pada tahun 1999.
Sejak itu, Bada bekerjasama dengan Mathies untuk mengembangkan instrumen yang lebih bercita-cita tinggi yang menggabungkan MOD yang ditingkatkan dengan teknologi baru untuk mengenal pasti dan menguji keperitan asid amino yang dikesan.
Matlamat utama adalah mencari bukti kehidupan di Marikh. Pendarat Viking pada 1970-an tidak berjaya menguji molekul organik di Marikh, tetapi kepekaannya sangat rendah sehingga mereka gagal mengesan kehidupan walaupun terdapat sejuta bakteria per gram tanah, kata Bada. Sekarang bahawa Semangat dan Peluang peninjau NASA hampir pasti menunjukkan bahawa air yang sudah ada di permukaan, tujuannya adalah untuk mencari molekul organik.
MOD Bada direka untuk memanaskan sampel tanah Mars dan, dalam tekanan rendah di permukaan, menguap molekul organik yang mungkin ada. Wap kemudian mengembun ke jari yang sejuk, perangkap yang disejukkan ke suhu malam Mars di sekitarnya, kira-kira 100 darjah di bawah sifar Fahrenheit. Jari sejuk dilapisi dengan pelacak pewarna fluorescamine yang hanya mengikat asid amino, sehingga sebarang isyarat pendarfluor menunjukkan bahawa asid amino atau amina ada.
"Sekarang, kami dapat mengesan satu trilion gram asid amino dalam satu gram tanah, yang satu juta kali lebih baik daripada Viking," kata Bada.
Sistem elektroforesis kapilari tambahan menghirup cecair pekat dari jari sejuk dan menyedutnya ke makmal-on-a-chip dengan pam dan injap terbina dalam yang mengalirkan cecair melewati bahan kimia yang membantu mengenal pasti asid amino dan memeriksa keperitan atau kekejaman .
"MOD adalah interogasi tahap pertama di mana sampel diperiksa untuk mengetahui adanya spesies pendarfluor termasuk asid amino," kata Skelley. "Kemudian, instrumen elektroforesis kapilari melakukan analisis tahap kedua, di mana kita benar-benar menyelesaikan spesies yang berbeza dan dapat mengetahui apa itu. Kedua instrumen ini dirancang untuk saling melengkapi dan membina satu sama lain. "
"Kaya telah membawa eksperimen ini ke dimensi seterusnya. Kami benar-benar mempunyai sistem yang berfungsi, ”kata Bada. "Ketika saya mula memikirkan ujian untuk kepahlawanan dan pertama kali bercakap dengan Rich, kami mempunyai idea konseptual, tetapi tidak ada yang benar-benar berfungsi. Dia telah sampai ke titik di mana kita memiliki alat mudah alih yang jujur kepada Tuhan. "
Asid amino, penyusun protein, boleh wujud dalam dua bentuk gambar cermin, yang ditentukan L (levo) untuk tangan kiri dan D (dextro) untuk tangan kanan. Semua protein di Bumi terdiri daripada asid amino dari jenis L, yang membolehkan rantai mereka melipat dengan baik menjadi protein padat.
Seperti yang dijelaskan oleh Mathies, ujian untuk kekiringan memanfaatkan hakikat bahawa asid amino tangan kiri lebih sesuai dengan bahan kimia tangan kiri dan sarung tangan kanan ke dalam sarung tangan kanan. Sekiranya kedua-dua asid amino kiri dan kanan bergerak ke tiub kapilari nipis yang dilapisi dengan sarung tangan kiri, yang kiri akan bergerak lebih perlahan kerana tergelincir ke sarung tangan di sepanjang jalan. Ia seperti ahli politik kidal yang bekerja secara beramai-ramai, katanya. Dia akan bergerak dengan lebih perlahan orang-orang kidal di khalayak ramai, kerana mereka adalah satu-satunya orang yang akan bersalaman dengannya. Dalam kes ini, sarung tangan kiri adalah bahan kimia yang disebut siklodekstrin.
Asid amino yang berbeza - terdapat 20 jenis yang digunakan oleh manusia - juga menyusuri tiub dengan kadar yang berbeza, yang membolehkan pengenalan separa yang ada.
"Setelah asid amino dikesan oleh MOD, larutan asid amino berlabel dipam ke mikrofluidik dan dipisahkan secara kasar dengan cas," kata Mathies. "Mobiliti asid amino memberitahu kita tentang muatan dan ukuran dan, ketika siklodekstrin ada, sama ada kita mempunyai campuran racemik, iaitu jumlah asid amino kiri dan kanan yang sama. Sekiranya kita melakukannya, asid amino mungkin bukan biologi. Tetapi jika kita melihat kelebihan kiral, kita tahu asid amino harus berasal dari biologi. "
Cip canggih yang dirancang dan dibina oleh Skelley terdiri daripada saluran yang diukir dengan teknik fotolitografi dan sistem pam mikrofluida yang dimasukkan ke dalam cakera empat lapisan berdiameter empat inci, dengan lapisan dihubungkan oleh saluran yang digerudi. Injap dan pam microfabricated kecil dibuat dari dua lapisan kaca dengan membran polimer fleksibel (PDMS atau polydimethylsiloxane) di antara, bergerak ke atas dan ke bawah menggunakan sumber tekanan atau vakum. Ahli kimia fizikal UC Berkeley, James Scherer, yang merancang instrumen elektroforesis kapilari, juga mengembangkan alat pengesan pendarfluor sensitif yang dengan cepat membaca corak pada cip.
Salah satu pemberian NASA semasa pasukan adalah untuk pembangunan Makmal Organik Microfabricated generasi berikutnya, atau MOL, untuk terbang ke Mars, bulan Jupiter Europa atau mungkin komet dan melakukan ujian kimia yang lebih terperinci untuk mencari set organik yang lebih lengkap molekul, termasuk asid nukleik, unit struktur DNA. Namun, buat masa ini, tujuannya adalah instrumen yang siap pada tahun 2009 untuk melampaui eksperimen semasa di kapal penjelajah Mars 2003 dan mencari asid amino.
"Anda harus ingat, sejauh ini kami tidak mengesan bahan organik di Marikh, jadi ini merupakan langkah maju yang luar biasa," kata Bada. "Dalam perburuan hidup, ada dua syarat: air dan sebatian organik. Dengan penemuan Mars rover baru-baru ini yang menunjukkan bahawa air ada, baki yang tidak diketahui adalah sebatian organik. Itulah sebabnya kami memberi tumpuan kepada perkara ini.
"Penganalisis Organik Mars adalah eksperimen yang sangat kuat, dan harapan besar kami adalah untuk mencari bukan sahaja asid amino, tetapi asid amino yang kelihatannya berasal dari sejenis makhluk hidup."
Sumber Asal: Siaran Berita Berkeley
