Левая и правая руки – почти идеальное зеркальное отображение друг друга. Но как бы они ни были скручены и повернуты, их нельзя накладывать друг на друга.
Вот почему левая перчатка просто не подходит для правой руки, как и для левой. В науке это свойство называется хиральностью.
Как руки хиральны, так и молекулы могут быть хиральными.
Фактически, большинство молекул в клетках живых организмов, таких как ДНК, являются хиральными. Однако в отличие от рук, которые обычно идут парами левой и правой, молекулы жизни почти всегда встречаются либо в их «левосторонней», либо в «правой» версии. Они гомохиральны, как говорят исследователи. Почему так, до сих пор не ясно.
Но эта молекулярная гомохиральность – характерное свойство жизни, так называемая биосигнатура.
В рамках проекта MERMOZ международная группа под руководством Бернского университета и Национального центра компетенции в исследованиях NCCR PlanetS смогла обнаружить эту сигнатуру с расстояния 2 км и со скоростью 70 км / ч. Йонас Кун, менеджер проекта MERMOZ в Бернском университете и соавтор исследования, которое только что было опубликовано в журнале Astronomy and Astrophysics, говорит: «Значительным достижением является то, что эти измерения были выполнены на движущейся платформе, вибрирует, и мы все еще обнаруживаем эти биосигнатуры за считанные секунды."
Инструмент, распознающий живую материю
"Когда свет отражается биологической материей, часть световых электромагнитных волн перемещается по спирали по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Это явление называется круговой поляризацией и вызвано гомохиральностью биологической материи. Подобные спирали света не производятся абиотической неживой природой », – говорит первый автор исследования Лукас Патти, научный сотрудник MERMOZ в Бернском университете и член NCCR PlanetS,
Однако измерение этой круговой поляризации является сложной задачей. Сигнал довольно слабый и обычно составляет менее одного процента отраженного света.
Чтобы измерить его, команда разработала специальное устройство, называемое спектрополяриметром. Он состоит из камеры, оснащенной специальными линзами и приемниками, способными отделять круговую поляризацию от остального света.
Но даже с этим сложным устройством новые результаты до недавнего времени были невозможны. «Всего 4 года назад мы могли обнаружить сигнал только с очень близкого расстояния, около 20 см, и для этого требовалось наблюдать за тем же местом в течение нескольких минут», – вспоминает Лукас Патти. Но усовершенствования инструмента, которые он и его коллеги сделали, позволяют гораздо более быстрое и стабильное обнаружение, а сила сигнатуры в круговой поляризации сохраняется даже на расстоянии.
Это сделало прибор пригодным для первых в истории измерений круговой поляризации с воздуха.
Полезные измерения на Земле и в космосе
Используя этот модернизированный инструмент, получивший название FlyPol, они продемонстрировали, что за считанные секунды измерений они могут различать травяные поля, леса и городские районы с быстро движущегося вертолета. Измерения легко показывают, что живое вещество демонстрирует характерные сигналы поляризации, в то время как дороги, например, не показывают каких-либо значимых сигналов круговой поляризации.
При нынешней настройке они даже способны обнаруживать сигналы, исходящие от водорослей в озерах.
После успешных испытаний ученые теперь хотят пойти еще дальше. "Следующим шагом, который мы надеемся сделать, будет выполнение аналогичных обнаружений с Международной космической станции (МКС), смотрящей на Землю.
Это позволит нам оценить обнаруживаемость биосигнатур планетарного масштаба. Этот шаг будет решающим для поиска жизни в нашей Солнечной системе и за ее пределами с использованием поляризации », – говорит главный исследователь и соавтор MERMOZ Брис-Оливье Демори, профессор астрофизики в Бернском университете и член NCCR PlanetS.
Чуткое наблюдение этих сигналов круговой поляризации важно не только для будущих миссий по обнаружению жизни.
Лукас Патти объясняет: «Поскольку сигнал напрямую связан с молекулярным составом жизни и, следовательно, с ее функционированием, он также может предоставить ценную дополнительную информацию при дистанционном зондировании Земли."Например, он может предоставить информацию о вырубке лесов или болезнях растений. Возможно даже применение круговой поляризации для мониторинга цветения токсичных водорослей, коралловых рифов и воздействия на них подкисления.