En primer lugar, los autores revisan la instrumentación para la detección in situ de biofirmas en el sistema solar.
(1) Secuenciación de nanopores con detectores basados en electrodos de túneles. La secuenciación de biopolímeros teniendo en cuenta e incorporando el fenómeno mecánico cuántico del efecto túnel de electrones combinado con nanopores puede proporcionar información para detectar vida relacionada ancestralmente o vida agnóstica de forma inequívoca. En este caso, los sistemas de nanopores permiten que tanto los ácidos nucleicos como los péptidos pasen directamente a través de un poro a nanoescala para su secuenciación mediante la detección de la corriente que surge cuando la base o residuo específico pasa a través del nanopore. Mientras tanto, se están explorando nuevas técnicas como el uso de detectores basados en electrodos de túneles como sensores integradores como tecnologías alternativas debido a su capacidad de ajuste de tamaño y forma, tiempo de secuenciación más rápido y alta sensibilidad y durabilidad, lo que puede ser ideal para misiones espaciales que tienen restricciones de peso y tamaño.
(2) Integración de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) con la difracción de rayos X (XRD). Inspirado en las numerosas técnicas integrativas utilizadas en la biología estructural, un enfoque integrador aplicado a la detección de vida, es decir, el análisis híbrido de RMN y XRD, proporciona una descripción más cuantitativa de las estructuras atómicas o físicas conformacionales de una muestra que la obtenida por cualquiera de las técnicas por separado. La difracción de rayos X en geología proporciona información como la estructura, el tamaño, la orientación, el estrés, la tensión y los defectos de los cristales de la muestra, mientras que la espectroscopia de RMN se utiliza en bioquímica para identificar proteínas, ácidos nucleicos y otros compuestos orgánicos complejos macromoleculares mientras proporciona información estructural y dinámica detallada. Ambas técnicas son complementarias entre sí con sus propias fortalezas y debilidades, lo que hace que estas técnicas sean una combinación perfecta para su uso integrado en astrobiología.
(3) Microscopía holográfica digital (DHM) (ver Fig. 2). Se sugiere un enfoque para trabajar con propiedades locomotoras básicas: una combinación de pinzas ópticas holográficas con DHM. Las pinzas ópticas se pueden utilizar como haces de luz que capturan y mantienen objetos biológicos, y DHM es un método de imagen con portabilidad y un costo relativamente bajo. Por lo tanto, tal combinación permitiría el seguimiento simultáneo (DHM) y el atrapamiento (pinzas ópticas).
(4) Espectroscopia Raman. La espectroscopia Raman se utiliza a menudo en el análisis de sistemas inorgánicos y orgánicos, y se utiliza ampliamente para el análisis in vivo en medicina. En particular, el rover Perseverance, lanzado en 2020, ha contenido un total de siete instrumentos, con la espectroscopia Raman como parte de muchos de estos instrumentos. El desarrollo adicional de nuevas técnicas de detección de vida basadas en espectroscopia Raman puede ayudar a aumentar su utilidad en estudios espaciales futuros.
(5) Espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS). LIBS se ha utilizado con éxito para detectar la presencia de agua en rocas marcianas simuladas, y los recientes avances en los análisis de LIBS en fase líquida también pueden convertir a LIBS en una técnica in situ prometedora para aplicaciones oceanográficas. Esto sugiere que LIBS es un candidato para un desarrollo futuro como una herramienta de detección de vida de amplio espectro.
(6) Cromatografía de gases (GC). GC se ha convertido en un método poderoso y eficiente para detectar productos químicos orgánicos e inorgánicos en la Tierra. En futuras misiones de detección de biofirmas, se necesitan nuevos instrumentos de GC más mejorados.
Fig. 2. Dos formas de microscopia holográfica digital.
En segundo lugar, los autores revisan las técnicas aplicadas a la detección remota o el análisis de biofirmas en exoplanetas. (1) Cambios en la composición atmosférica como biofirma. En la Tierra, la atmósfera se estudia desde una perspectiva climatológica para determinar los efectos de la vida humana tanto en el pasado como en el presente (ver Fig. 3). Al igual que en la Tierra, la búsqueda de vida en otros planetas puede ser posible estudiando las composiciones atmosféricas del pasado y buscando indicadores de vida. (2) Desequilibrio atmosférico de gases como biofirmas. Otra de estas técnicas de detección de vida potenciales que toma la Tierra como análogo planetario sería medir el desequilibrio atmosférico de gases en el planeta, incluida la coexistencia de uno o más gases. La presencia de una mezcla de varios gases en un planeta (es decir, desequilibrio atmosférico) junto con el modelado de la viabilidad de tal mezcla a partir de fuentes abióticas o biogénicas podría ser un enfoque para la detección de vida. (3) Detección oceánica y superficial de planetas utilizando observaciones reflectantes. Comprender y detectar océanos en otros planetas puede ser clave para la detección de vida. La variación orbital dentro de la luz estelar reflejada de un planeta se puede utilizar para detectar océanos superficiales en otros planetas. Otro modelo que sigue la detección de luz oceánica a través de la polarización y la observación dependiente de la fase se basa en el uso de longitudes de onda multifase para inferir mapas longitudinales y detectar superficies planetarias.
Fig. 3. Concentraciones globales de dióxido de carbono atmosférico en partes por millón durante los últimos 800 años.
En tercer lugar, los autores revisan las tecnosignatures como la nueva frontera de la detección de vida. Para apoyar las misiones de detección de vida, incluidas las técnicas introducidas anteriormente, así como para la detección precisa de tecnosignatures, es necesario aumentar las tasas de datos instantáneas y los volúmenes de datos adjuntos a tales misiones, lo que exige un aumento en la capacidad de telecomunicaciones. Para aumentar la capacidad de radiofrecuencia (RF), se puede introducir el uso de un espectro de radio de mayor ancho de banda, pero esto requiere aumentar el tamaño de las antenas y la potencia del transmisor de radio, lo que tiene otras implicaciones en el diseño de la carga útil y los límites de peso. Un mecanismo alternativo que se ha propuesto para comunicarse con naves espaciales distantes o para la comunicación intrasatélite es la comunicación láser (también conocida como comunicación óptica), que promete mayores volúmenes de datos transmitidos. Las comunicaciones láser utilizan datos que están codificados en fotones y que se transmiten a través de luz láser en lugar de radio u microondas, lo que da como resultado un aumento en la transmisión de datos y la tasa de codificación debido a su mayor frecuencia y que proporciona menores pérdidas por difracción, mejor directividad y mayor eficiencia de transmisión.
Finalmente, los autores extraen la conclusión. Algunas de las técnicas de análisis físicas y biológicas introducidas aquí aún no se han aplicado a las tecnologías de detección de vida, mientras que otras se han utilizado en el campo de la detección de vida con regularidad. En ambos casos, un desarrollo y optimización más enfocados de estas técnicas podrían conducir a la aplicación de misiones de detección de vida o un uso más eficaz en tales misiones. Si bien cada técnica introducida se centra principalmente en un aspecto dispar que puede o no estar actualmente en uso en la detección de vida, la astrobiología es necesariamente un campo interdisciplinario, y tales técnicas dispares probablemente tengan uso en aplicaciones de detección de vida con el enfoque correcto. Aunque solo hemos introducido un pequeño número de estas aplicaciones potenciales, es probable que haya una letanía de otras técnicas que se pueden aplicar como tecnologías de detección de vida. En particular, esperamos que las tecnosignatures sean un tema de gran interés en un futuro próximo, y por lo tanto, la mejora de las tecnologías de detección de vida relacionadas debe ser una prioridad para el campo. Como tal, hacemos un llamado a todo el campo, así como a aquellos que no están participando directamente en la investigación de astrobiología, para que contribuyan con técnicas en sus propios campos de experiencia a la causa de la búsqueda de vida extraterrestre.
