Det kan vara en milstolpe på vägen till att upptäcka liv på andra planeter:Forskare under ledning av universitetet i Bern och av National Centre of Competence in Research (NCCR) PlanetS upptäcker en nyckelmolekylär egenskap hos alla levande organismer från en helikopter som flyger flera kilometer över marken. Mättekniken skulle också kunna öppna möjligheter för fjärranalys av jorden.

Vänsterhänder och högerhänder är nästan perfekta spegelbilder av varandra. Men hur de än vrids och vänds, de kan inte läggas ovanpå varandra. Det är därför den vänstra handsken helt enkelt inte passar den högra handen lika bra som den passar den vänstra. I vetenskap, denna egenskap kallas kiralitet.

Precis som händer är kirala, molekyler kan vara kirala, för. Faktiskt, de flesta molekyler i cellerna i levande organismer, som DNA, är kirala. Till skillnad från händer, dock, som vanligtvis kommer i par av vänster och höger, livets molekyler förekommer nästan uteslutande i antingen sin "vänsterhänta" eller sin "högerhänta" version. De är homokirala, som forskare säger. Varför det är, är fortfarande inte klart. Men denna molekylära homokiralitet är en karaktäristisk egenskap hos livet, en så kallad biosignatur.

Som en del av MERMOZ-projektet (se inforuta), ett internationellt team ledd av universitetet i Bern och National Centre of Competence in Research NCCR PlanetS, har nu lyckats detektera denna signatur från ett avstånd av 2 kilometer och med en hastighet av 70 km/h. Jonas Kühn, MERMOZ projektledare vid universitetet i Bern och medförfattare till studien som just har publicerats i tidskriften Astronomi och astrofysik , säger:"Det betydande framstegen är att dessa mätningar har utförts i en plattform som rörde sig, vibrerande och att vi fortfarande upptäckte dessa biosignaturer inom några sekunder."

Ett instrument som känner igen levande materia

"När ljus reflekteras av biologisk materia, en del av ljusets elektromagnetiska vågor kommer att färdas i antingen medurs eller moturs spiraler. Detta fenomen kallas cirkulär polarisering och orsakas av den biologiska materiens homokiralitet. Liknande ljusspiraler produceras inte av abiotisk icke-levande natur, " säger den första författaren till studien Lucas Patty, som är en MERMOZ-postdoktor vid universitetet i Bern och medlem av NCCR PlanetS,

Mätning av denna cirkulära polarisation, dock, är utmanande. Signalen är ganska svag och utgör vanligtvis mindre än en procent av ljuset som reflekteras. För att mäta det, teamet utvecklade en dedikerad enhet som kallas en spektropolarimeter. Den består av en kamera utrustad med speciella linser och mottagare som kan separera den cirkulära polarisationen från resten av ljuset.

Men även med denna komplicerade enhet, de nya resultaten skulle ha varit omöjliga förrän nyligen. "För bara fyra år sedan, vi kunde bara upptäcka signalen på mycket nära avstånd, ca 20 cm, och behövde

observera samma plats i flera minuter för att göra det, " som Lucas Patty minns. Men uppgraderingarna av instrumentet han och hans kollegor gjorde, möjliggör en mycket snabbare och stabil detektering, och styrkan hos signaturen i cirkulär polarisation kvarstår även med avstånd. Detta gjorde instrumentet lämpligt för de första cirkulära luftpolarisationsmätningarna någonsin.

Användbara mätningar på jorden och i rymden

Med detta uppgraderade instrument, döpt till FlyPol, de visade att inom bara några sekunder efter mätningarna kunde de skilja mellan gräsfält, skogar och stadsområden från en snabbrörlig helikopter. Mätningarna visar lätt att levande materia uppvisar de karakteristiska polarisationssignalerna, medan vägar, till exempel, visar inte några signifikanta cirkulära polarisationssignaler. Med nuvarande inställning, de kan till och med upptäcka signaler som kommer från alger i sjöar.

Efter deras framgångsrika tester, forskarna ser nu ut att gå ännu längre. "Nästa steg vi hoppas kunna ta, är att utföra liknande detektioner från den internationella rymdstationen (ISS), tittar ner på jorden. Det gör att vi kan bedöma detekterbarheten av biosignaturer i planetarisk skala. Detta steg kommer att vara avgörande för att möjliggöra sökandet efter liv i och bortom vårt solsystem med hjälp av polarisering, " säger MERMOZ:s huvudutredare och medförfattare Brice-Olivier Demory, säger professor i astrofysik vid universitetet i Bern och medlem av NCCR PlanetS.

Den känsliga observationen av dessa cirkulära polarisationssignaler är inte bara viktig för framtida livsdetekteringsuppdrag. Lucas Patty förklarar:"Eftersom signalen direkt relaterar till livets molekylära sammansättning och därmed dess funktion, det kan också erbjuda värdefull kompletterande information inom jordens fjärranalys." Det kan till exempel ge information om avskogning eller växtsjukdomar. Det kan till och med vara möjligt att implementera cirkulär polarisering i övervakningen av giftiga algblomningar, av korallrev och effekterna av försurning på dessa.