Bildnachweis: CMU
Aktuelle Mars-Expeditionen lassen die verlockende Möglichkeit aufkommen, dass irgendwo auf dem roten Planeten Leben sein könnte. Aber wie werden zukünftige Missionen es finden? Ein von Wissenschaftlern von Carnegie Mellon entwickeltes System könnte die Antwort liefern.
Auf der 36. Lunar and Planetary Science Conference in Houston in dieser Woche (14.-18. März) präsentiert der Carnegie Mellon-Wissenschaftler Alan Waggoner Ergebnisse der jüngsten Leistung des Lebenserkennungssystems in der chilenischen Atacama-Wüste, wo es wachsende Flechten und Bakterienkolonien fand. Dies ist das erste Mal, dass eine auf Rover basierende automatisierte Technologie verwendet wurde, um das Leben in dieser rauen Region zu identifizieren, die als Prüfstand für Technologien dient, die in zukünftigen Mars-Missionen eingesetzt werden könnten.
„Unser Lebenserkennungssystem hat sehr gut funktioniert, und so etwas könnte es Robotern letztendlich ermöglichen, nach Leben auf dem Mars zu suchen“, sagt Waggoner, Mitglied des Projektteams „Leben in der Atacama“ und Direktor des Molecular Biosensor and Imaging Center bei Carnegie Mellons Mellon College of Science.
Die Feldsaison „Leben in der Atacama“ 2004 - von August bis Mitte Oktober - war die zweite Phase eines dreijährigen Programms, dessen Ziel es ist zu verstehen, wie das Leben von einem Rover erkannt werden kann, der von einem entfernten Wissenschaftsteam kontrolliert wird . Das Projekt ist Teil des Astrobiologie-Wissenschafts- und Technologieprogramms der NASA zur Erforschung von Planeten (ASTEP), das sich darauf konzentriert, die Grenzen der Technologie in rauen Umgebungen zu erweitern.
David Wettergreen, Associate Research Professor am Robotics Institute von Carnegie Mellon, leitet die Rover-Entwicklung und Felduntersuchungen. Nathalie Cabrol, Planetenforscherin am NASA Ames Research Center und am SETI Institute, leitet die wissenschaftliche Untersuchung.
In den meisten Gebieten der Atacama ist kaum Leben zu erkennen, aber die Instrumente des Rovers konnten Flechten und Bakterienkolonien in zwei Gebieten nachweisen: einer Küstenregion mit einem feuchteren Klima und einer inneren, sehr trockenen Region, die weniger gastfreundlich ist.
„Wir haben sehr deutliche Signale von Chlorophyll, DNA und Protein gesehen. Und wir konnten biologisches Material anhand eines vom Rover aufgenommenen Standardbilds visuell identifizieren “, sagt Waggoner.
„Zusammengenommen sind diese vier Beweise starke Indikatoren für das Leben. Jetzt werden unsere Ergebnisse im Labor bestätigt. In der Atacama gesammelte Proben wurden untersucht, und Wissenschaftler stellten fest, dass sie Leben enthielten. Die Flechten und Bakterien in den Proben wachsen und warten auf ihre Analyse. “
Wagoner und seine Kollegen haben ein Lebenserfassungssystem entwickelt, mit dem Fluoreszenzsignale von spärlichen Lebensformen erfasst werden können, einschließlich solcher, die nur Millimeter groß sind. Ihr Fluoreszenz-Imager, der sich unter dem Rover befindet, erkennt Signale aus dem Leben auf Chlorophyllbasis wie Cyanobakterien in Flechten und Fluoreszenzsignale aus einer Reihe von Farbstoffen, die nur leuchten sollen, wenn sie an Nukleinsäure, Protein, Lipid oder Kohlenhydrate binden alle Moleküle des Lebens.
"Wir kennen keine anderen entfernten Methoden, mit denen sowohl geringe Mengen an Mikroorganismen nachgewiesen als auch hohe Mengen als Biofilme oder Kolonien sichtbar gemacht werden können", sagt Gregory Fisher, Imaging-Wissenschaftler für Projekte.
„Unser fluoreszierender Imager ist das erste Bildgebungssystem, das bei Tageslicht im Schatten des Rovers arbeitet. Der Rover nutzt Sonnenenergie für den Betrieb, sodass er bei Tageslicht fahren muss. Oft zeigen die von uns aufgenommenen Bilder nur ein schwaches Signal. Jedes Sonnenlicht, das in die Kamera eines herkömmlichen Fluoreszenzbildgebers eindringt, würde das Signal verdecken “, sagt Waggoner.
„Um dieses Problem zu vermeiden, haben wir unser System so konzipiert, dass Farbstoffe mit hochintensiven Lichtblitzen angeregt werden. Die Kamera öffnet nur während dieser Blitze, sodass wir tagsüber ein starkes Fluoreszenzsignal erfassen können “, sagt Shmuel Weinstein, Projektmanager.
Während der Mission wies ein entferntes Wissenschaftsteam in Pittsburgh die Operationen des Rovers an. Ein Bodenteam vor Ort sammelte Proben, die vom Rover untersucht wurden, um sie zur weiteren Untersuchung im Labor zurückzubringen. An einem typischen Tag auf dem Feld folgte der Rover einem Pfad, der am Vortag vom Wissenschaftsteam für Fernoperationen festgelegt worden war. Der Rover hielt gelegentlich an, um eine detaillierte Oberflächeninspektion durchzuführen, und erstellte effektiv eine „makroskopische Steppdecke“ aus geologischen und biologischen Daten in ausgewählten 10 x 10 Zentimeter großen Feldern. Nachdem der Rover eine Region verlassen hatte, sammelte das Bodenteam vom Rover untersuchte Proben.
„Basierend auf den Befunden des Rovers vor Ort und unseren Tests im Labor gibt es kein Beispiel dafür, dass der Rover ein falsches Positiv liefert. Jede Probe, die wir getestet haben, enthielt Bakterien “, sagt Edwin Minkley, Direktor des Zentrums für Biotechnologie und Umweltprozesse im Department of Biological Sciences.
Minkley führt Analysen durch, um die genetischen Eigenschaften der gewonnenen Bakterien zu bestimmen und die verschiedenen in den Proben vorhandenen mikrobiellen Spezies zu identifizieren. Er testet auch die Empfindlichkeit der Bakterien gegenüber ultravioletter (UV) Strahlung. Eine Hypothese ist, dass die Bakterien möglicherweise eine höhere UV-Beständigkeit aufweisen, da sie in der Wüstenumgebung extremer UV-Strahlung ausgesetzt sind. Laut Minkley könnte diese Charakterisierung auch erklären, warum ein so hoher Anteil der Bakterien an der trockensten Stelle pigmentiert ist - rot, gelb oder rosa -, wenn sie im Labor wachsen.
Die erste Phase des Projekts begann 2003, als ein solarbetriebener Roboter namens Hyperion, der ebenfalls in Carnegie Mellon entwickelt wurde, als Forschungsprüfstand zur Atacama gebracht wurde. Die Wissenschaftler führten Experimente mit Hyperion durch, um das optimale Design, die optimale Software und Instrumentierung für einen Roboter zu bestimmen, die in umfangreicheren Experimenten verwendet werden sollten, die 2004 und 2005 durchgeführt wurden. Zo?, Der in der Feldsaison 2004 verwendete Rover, ist das Ergebnis dieser Arbeit . Im letzten Jahr des Projekts ist geplant, dass Zo?, Das mit einer ganzen Reihe von Instrumenten ausgestattet ist, autonom arbeitet, wenn es über einen Zeitraum von zwei Monaten 50 Kilometer zurücklegt.
Das von Cabrol geleitete Wissenschaftsteam besteht aus Geologen und Biologen, die sowohl Erde als auch Mars an Institutionen wie dem Ames Research Center der NASA und dem Johnson Space Center, dem SETI Institute, dem Jet Propulsion Laboratory, der University of Tennessee, Carnegie Mellon und der Universidad Catolica untersuchen del Norte (Chile), die Universität von Arizona, die UCLA, die British Antarctic Survey und die International Research School of Planetary Sciences (Pescara, Italien).
Das Life in the Atacama-Projekt wird mit einem dreijährigen Zuschuss von 3 Millionen US-Dollar von der NASA an das Robotics Institute von Carnegie Mellon finanziert. William "Red" Whittaker ist der Hauptermittler. Wagoner ist Hauptforscher für das Begleitprojekt für Instrumente zur Lebenserfassung, für das die NASA einen separaten Zuschuss in Höhe von 900.000 US-Dollar erhielt.
Originalquelle: CMU-Pressemitteilung
