JPL desarrolla más herramientas para ayudar a buscar vida en el espacio profundo

En el sentido contrario a las agujas del reloj desde arriba: el lago Mono de California fue el lugar de una prueba de campo para el Ocean Worlds Life Surveyor del JPL. OWLS, un conjunto de ocho instrumentos diseñados para detectar vida en muestras líquidas de lunas heladas, puede rastrear de forma autónoma movimientos realistas en el agua que fluye a través de sus microscopios. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Un equipo del laboratorio ha inventado nuevas tecnologías que podrían utilizarse en futuras misiones para analizar muestras líquidas de mundos acuáticos y buscar signos de vida extraterrestre.

¿Estamos solos en el universo? Una respuesta a esa antigua pregunta parece tentadoramente al alcance de la mano desde el descubrimiento de lunas cubiertas de hielo en nuestro sistema solar con océanos subterráneos potencialmente habitables. Pero buscar evidencia de vida en un mar gélido a cientos de millones de kilómetros de distancia plantea enormes desafíos. El equipo científico utilizado debe ser exquisitamente complejo pero capaz de soportar radiación intensa y temperaturas criogénicas. Es más, los instrumentos deben poder tomar medidas diversas, independientes y complementarias que juntas puedan producir pruebas de vida científicamente defendibles.

Para abordar algunas de las dificultades que podrían encontrar en futuras misiones de detección de vida, un equipo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California ha desarrollado OWLS, un poderoso conjunto de instrumentos científicos como ningún otro. Abreviatura de Oceans Worlds Life Surveyor, OWLS está diseñado para ingerir y analizar muestras líquidas. Cuenta con ocho instrumentos –todos automatizados– que, en un laboratorio en la Tierra, requerirían el trabajo de varias docenas de personas.

El OWLS del JPL combina potentes instrumentos de análisis químico que buscan los componentes básicos de la vida con microscopios que buscan células. Esta versión de OWLS sería miniaturizada y personalizada para su uso en futuras misiones. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Una visión de OWLS es utilizarlo para analizar el agua congelada de una columna de vapor que surge de Encelado, la luna de Saturno. "¿Cómo se toma una pizca de hielo a mil millones de kilómetros de la Tierra y se determina, en la única oportunidad que se tiene, mientras todos en la Tierra esperan con gran expectación, si hay evidencia de vida?" dijo Peter Willis, co-investigador principal y líder científico del proyecto. "Queríamos crear el sistema de instrumentos más potente que se pudiera diseñar para esa situación y buscar signos de vida tanto químicos como biológicos".

OWLS ha sido financiado por JPL Next, un programa acelerador de tecnología dirigido por la Oficina de Tecnología Espacial del Laboratorio. En junio, después de media década de trabajo, el equipo del proyecto probó su equipo (actualmente del tamaño de unos pocos archivadores) en las aguas saladas del lago Mono en la Sierra Oriental de California. OWLS encontró evidencia química y celular de vida, utilizando su software incorporado para identificar esa evidencia sin intervención humana.

"Hemos demostrado la primera generación de la suite OWLS", dijo Willis. "El siguiente paso es personalizarlo y miniaturizarlo para escenarios de misión específicos".

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El software de autonomía científica del OWLS del JPL rastrea las partículas a medida que el agua pasa por el microscopio, utilizando algoritmos de aprendizaje automático para buscar evidencia de movimiento realista. Aquí, las huellas de partículas que la autonomía cree que pertenecen a organismos "móviles" están coloreadas en magenta.

Desafíos, Soluciones

Una dificultad clave que enfrentó el equipo OWLS fue cómo procesar muestras líquidas en el espacio. En la Tierra, los científicos pueden confiar en la gravedad, una temperatura razonable de laboratorio y la presión del aire para mantener las muestras en su lugar, pero esas condiciones no existen en una nave espacial que atraviesa el sistema solar o en la superficie de una luna congelada. Por eso, el equipo diseñó dos instrumentos que pueden extraer una muestra líquida y procesarla en las condiciones del espacio.

Dado que no está claro qué forma podría adoptar la vida en un mundo oceánico, OWLS también necesitaba incluir la gama más amplia posible de instrumentos, capaces de medir un rango de tamaño desde moléculas individuales hasta microorganismos. Para ello, el proyecto unió dos subsistemas: uno que emplea una variedad de técnicas de análisis químico utilizando múltiples instrumentos y otro con varios microscopios para examinar pistas visuales.

En esta imagen capturada por la misión Cassini de la NASA durante un sobrevuelo en 2010, se ve hielo y vapor de agua saliendo de la luna helada de Saturno, Encelado, que alberga un océano subterráneo oculto. OWLS está diseñado para ingerir y analizar muestras líquidas de dichas columnas.

El sistema de microscopio de OWLS sería el primero en el espacio capaz de obtener imágenes de células. Desarrollado en conjunto con científicos de la Universidad Estatal de Portland en Oregon, combina un microscopio holográfico digital, que puede identificar células y movimiento en todo el volumen de una muestra, con dos generadores de imágenes fluorescentes, que utilizan tintes para observar el contenido químico y las estructuras celulares. Juntos, proporcionan vistas superpuestas con una resolución de menos de un micrón, o aproximadamente 0,00004 pulgadas.

Apodado Sistema de imágenes volumétricas de vida existente (ELVIS), el subsistema del microscopio no tiene partes móviles, una rareza. Y utiliza algoritmos de aprendizaje automático para localizar movimientos realistas y detectar objetos iluminados por moléculas fluorescentes, ya sea que se encuentren naturalmente en organismos vivos o como tintes agregados unidos a partes de las células.

"Es como buscar una aguja en un pajar sin tener que recoger y examinar cada pedazo de heno", dijo el investigador co-principal Chris Lindensmith, quien dirige el equipo de microscopio. “Básicamente tomamos grandes brazadas de heno y decimos: 'Oh, hay agujas aquí, aquí y aquí'”.

Para examinar formas de evidencia mucho más pequeñas, OWLS utiliza su Sistema de Análisis de Electroforesis Capilar Orgánica (OCEANS), que esencialmente cocina a presión muestras líquidas y las alimenta a instrumentos que buscan los componentes químicos de la vida: todas las variedades de aminoácidos, también. como ácidos grasos y compuestos orgánicos. El sistema es tan sensible que incluso puede detectar formas desconocidas de carbono. Willis, que dirigió el desarrollo de OCEANS, lo compara con un tiburón que puede oler sólo una molécula de sangre en mil millones de moléculas de agua y también saber el tipo de sangre. Sería sólo el segundo sistema de instrumentos en realizar análisis químicos líquidos en el espacio, después del instrumento Analizador de Microscopía, Electroquímica y Conductividad (MECA) en el Phoenix Mars Lander de la NASA.

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OCEANS utiliza una técnica llamada electroforesis capilar, que básicamente consiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través de una muestra para separarla en sus componentes. Luego, la muestra se envía a tres tipos de detectores, incluido un espectrómetro de masas, la herramienta más poderosa para identificar compuestos orgánicos.

Enviándolo a casa

Estos subsistemas producen cantidades masivas de datos, de los cuales se estima que sólo el 0,0001% podría enviarse de regreso a la lejana Tierra debido a velocidades de transmisión de datos que son más limitadas que las de Internet por discado de los años 1980. Por eso, OWLS ha sido diseñado con lo que se llama "autonomía de instrumentos científicos a bordo". Utilizando algoritmos, las computadoras analizarían, resumirían, priorizarían y seleccionarían solo los datos más interesantes para enviarlos a casa y, al mismo tiempo, ofrecerían un "manifiesto" de la información que aún está a bordo.

"Estamos empezando a hacer preguntas que requieren instrumentos más sofisticados", dijo Lukas Mandrake, ingeniero del sistema de autonomía de instrumentos del proyecto. “¿Son habitables algunos de estos otros planetas? ¿Existe evidencia científica defendible de la vida en lugar de un indicio de que podría estar allí? Eso requiere instrumentos que requieren una gran cantidad de datos, y para eso está diseñado OWLS y su autonomía científica”.

Para obtener más información sobre el proyecto OWLS del JPL, visite:

https://www.jpl.nasa.gov/go/owls

Ian J. O'Neill / Melissa Pamer

Laboratorio de Propulsión a Chorro, Pasadena, California.

818-354-2649 / 626-314-4928

[email protected] / [email protected]

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