Nós estamos sozinhos no universo? Uma resposta a essa pergunta antiga parecia tentadoramente ao alcance desde a descoberta de luas incrustadas de gelo em nosso Sistema Solar com oceanos subterrâneos potencialmente habitáveis. Mas procurar evidências de vida em um mar gelado a centenas de milhões de quilômetros de distância apresenta enormes desafios. O equipamento científico utilizado deve ser extremamente complexo, mas capaz de suportar radiações intensas e temperaturas criogênicas. Além disso, os instrumentos devem ser capazes de realizar medições diversas, independentes e complementares que, em conjunto, possam produzir evidências de vida cientificamente defensáveis.
O software de autonomia científica no OWLS do JPL rastreia as partículas à medida que a água passa pelo microscópio, usando algoritmos de aprendizado de máquina para procurar evidências de movimento realista. Aqui, os rastros de partículas que Autonomy acredita pertencer a organismos “móveis” são coloridos em magenta. Crédito: NASA/JPL-Caltech
desafios e soluções
Uma das principais dificuldades que a equipe OWLS enfrentou foi como processar amostras líquidas no espaço. Na Terra, os cientistas podem contar com a gravidade, uma temperatura de laboratório razoável e a pressão do ar para manter as amostras no lugar, mas essas condições não existem em uma espaçonave atravessando o Sistema Solar ou na superfície de uma lua congelada. Assim, a equipe projetou dois instrumentos que podem extrair uma amostra líquida e processá-la nas condições do espaço.
Como não está claro que forma a vida pode assumir em um mundo oceânico, o OWLS também precisava incluir a maior variedade possível de instrumentos, capazes de medir uma variedade de tamanhos, desde moléculas únicas até microorganismos. Para isso, o projeto reuniu dois subsistemas: um que emprega várias técnicas de análise química usando vários instrumentos, e outro com múltiplos microscópios para examinar pistas visuais.
O sistema de microscópio OWLS seria o primeiro no espaço capaz de células de imagem. Desenvolvido em conjunto com cientistas da Portland State University, em Oregon, ele combina um microscópio holográfico digital, que pode identificar células e movimentos ao longo do volume de uma amostra, com dois imageadores fluorescentes, que usam corantes para observar o conteúdo químico. e estruturas celulares. Juntos, eles fornecem visualizações de sobreposição em uma resolução de menos de um único mícron, ou cerca de 0,00004 polegada.
Gelo de água e vapor são vistos pulverizando da lua congelada de Saturno Enceladus, que abriga um oceano subterrâneo escondido, nesta imagem capturada pela missão Cassini da NASA durante um sobrevoo em 2010. O OWLS foi projetado para ingerir e analisar amostras líquidas de tais plumas. Crédito: NASA/JPL/Space Science Institute
sensibilidade aumentada
Apelidado de Extant Life Volumetric Imaging System (ELVIS), o subsistema de microscópio não possui partes móveis – uma raridade. E usa algoritmos de aprendizado de máquina para detectar movimentos realistas e detectar objetos iluminados por moléculas fluorescentes, que ocorrem naturalmente em organismos vivos ou como corantes adicionados a partes das células.
“É como procurar uma agulha no palheiro sem ter que pegar e examinar cada pedaço de feno”, disse o co-investigador principal Chris Lindensmith, que lidera a equipe do microscópio. “Estamos basicamente pegando grandes braçadas de feno e dizendo: ‘Oh, há agulhas aqui, aqui e aqui’.”
Para examinar formas muito menores de evidência, o OWLS usa seu Sistema de Análise de Eletroforese Capilar Orgânica (OCEANS), que essencialmente cozinha amostras líquidas sob pressão e as alimenta em instrumentos que buscam os blocos químicos de construção da vida: todas as variedades de aminoácidos, como bem como ácidos graxos e compostos orgânicos. O sistema é tão sensível que pode até detectar formas desconhecidas de carbono. Willis, que liderou o desenvolvimento do OCEANS, o compara a um tubarão que pode cheirar apenas uma molécula de sangue em um bilhão de moléculas de água – e também dizer o tipo sanguíneo. Seria apenas o segundo sistema de instrumentos a realizar análises químicas de líquidos no espaço, depois do instrumento Microscopia, Eletroquímica e Analisador de Condutividade (MECA) no Phoenix Mars Lander da NASA.
O OCEANS usa uma técnica chamada eletroforese capilar – basicamente, executando uma corrente elétrica através de uma amostra para separá-la em seus componentes. A amostra é então encaminhada por três tipos de detectores, incluindo um espectrômetro de massa, a ferramenta mais poderosa para identificar compostos orgânicos.
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