生命的这种特性,让科学家更易发现它们

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  撰文 | 常瑞华(Connie Chang) 

  翻译 | 林清

  在我们生活的星球上,生命总是对分子的特定手性形式有所偏爱,而不是随意选择它的镜像形式。例如,脱氧核糖核酸(DNA)分子总是“右旋”螺旋,而所有已知生命只使用“左旋”氨基酸构建蛋白质。相比之下,无生命物质通常没有这种偏好。研究人员利用上述区别设计了一种名为“飞天分光偏振计”(FlyPol)的仪器,它可以安装到直升机上,让飞机在1千米高的空中就能通过这个仪器追踪地面的植物

  当光被一群具有相同旋向性的分子(称为同手性分子)反射时,其中一些光就会形成圆形偏振光束:反射波沿顺时针或逆时针方向螺旋式转动。FlyPol就是一种分光偏振计(spectropolarimeter),它的作用是测量当光从阳光照射的地表反射回来时,有多少光发生了上述转换。在一个波长范围内观察到的偏振光数量,不仅可以揭示生物的类型(草、树或藻类,飞天分光偏振计可根据不同植物进行相应校准),还可以揭示观察对象的健康状况。当然,无生命源的扫描图就不存在可识别的特征。   

  “植物的信号极为依赖更大规模的分子结构。”瑞士伯尔尼大学天体生物学家卢卡斯·帕蒂(Lucas Patty,这项研究的主要作者)说。他将关于飞天分光偏振计研究发表在了《天文学与天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)杂志上。帕蒂说,“如果植物处于干旱胁迫(drought stress)环境中,细胞膜就会略微膨胀”,我们可以通过略为扁平的强度峰值(intensity peaks)来识别。

  帕蒂认为这项技术有助于评估受气候变化、森林砍伐或入侵物种传播影响的生态系统是否处于健康状态。不久前,稳定的测量还只能在可控的实验室环境中进行,因为其涉及的可探测光的范围还很小。但飞天分光偏振计升级了实验室设备的性能,从而能在野外工作。

  “总的来说,这种设备非常酷,”美国麻省理工学院天体化学家布雷特·麦圭尔(Brett McGuire,并未参与这项研究)说,“显而易见,它们可以区分哪些地区存在大量生命,哪些地区没有生命迹象。”

  这种方法最吸引人之处在于,它或许可以用来搜寻其他行星上的生命迹象。目前除了生命所产生的分子外,科学家不知道还有哪些机制可以产生复杂的圆偏振光信号。其他地方可能存在无同手性分子的生命,但是如果测到同手性分子产生的信号时,基本就是生命存在的迹象了。帕蒂说:“这是在检测生命迹象时,少数几种基本无误报的方法之一。”但他指出,要将这种方法投入实际使用,还有很多障碍。

  麻省理工学院天体物理学家萨拉·西格(Sara Seager,并未参与这项研究)表示,当从近地轨道进行扫描时,在遥远恒星周围的行星上的信号会变得非常微弱。她说:“很难说我们能否在下一代望远镜中实现信号提升。这可能需要几代人的努力。”西格也表示,这种方法和实验,再加上在真实世界中检测植物的案例,给未来研究遥远的世界开个了好头。

  接下来,飞天分光偏振计还将在更多的地貌上进行测试,甚至与国际空间站测量地球信号的设备进行合作。帕蒂说:“国际空间站的空间分辨率仍然相当高。”因此,如果在亚马孙上空测量时,设备可能会收到较强的信号,而在南极测量时收到的信号则相对平坦。

  本文转自环球科学


新闻来源:新浪