科学家成功远程检测生命特征

这可能是探测其他行星生命之路上的一个里程碑：瑞士伯尔尼大学（University of Bern）和国家研究能力中心 （National Center of Competence in Research）乔纳斯·库恩 （Jonas Kühn） 领导下的科学家从一架离地面数公里的直升机上探测到所有生物体的关键分子特性。 测量技术还可以为地球遥感提供机会。

左手和右手几乎是彼此完美的镜像。 但无论怎么扭曲，都无法叠加。 这就是为什么左手套根本不适合右手以及适合左手的原因。 在科学中，这种特性被称为手性（chirality）。

就像手是手性的一样，分子也可以是手性的。 事实上，生物体细胞中的大多数分子，例如：脱氧核糖核酸（DNA），都是手性的。 然而，与通常成对出现的左手和右手不同，生命分子几乎完全以左手或右手版本出现。 正如研究人员所说，它们是同手性的。 为什么会这样，目前还不清楚。 但这种分子同手性是生命的特征，即所谓的生物印记。

伯尔尼大学「现代极化表征监测行星表面」（Monitoring planEtary suRfaces with Modern pOlarimetric characteriZation，简称 MERMOZ）计划团队现成功从两公里的距离，在时速七十公里移动的平台上，只需几秒钟已经检测到这些生物特征。伯尔尼大学博士后研究员卢卡斯·帕蒂（Lucas Patty）指出，当光被生物物质反射时，光的一部分电磁波将以顺时针或逆时针螺旋传播。

这种现象称为圆偏振，是由生物物质的同手性引起。 自然界的死物不会产生类似的圆形螺旋光偏振。然而，测量这种圆极化偏振具有挑战性。 因为信号非常微弱，通常只占反射光的不到1%。 为了测量它，苗究团队开发了一种称为分光偏振计的专用设备。 它由配备特殊镜头和接收器的相机组成，能够将圆偏振光与其它的光分开。

然而，即使使用这种精心设计的设备，直到最近才可能获得新的结果。 就在四年前，我们只能从非常近的距离（大约 二十厘米）检测到讯号。 仪器升级后，只需要观察同一个点几分钟，就可以稳定的检测到圆偏振中的讯号，强度即使距离很远也仍然存在，这使得该仪器适合首次空中圆极化测量。

使用这种称为飞行偏光（FlyPol）分光光度计的升级仪器，只需几秒钟的测量，他们就可以通过快速移动的直升机区分草地、森林和城市地区。 测量结果很容易显示生物体呈现出特征极化讯号，而例如道路，则没有显示出任何明显的圆极化讯号。 使用当前的设置，它们甚至能够检测来自湖泊中藻类的信号。

成功测试之后，科学家希望走得更远。 下一步是从国际空间站进行类似的探测，俯视地球。 这将使我们能够评估行星尺度生物特征的可探测性。 这一步将决定性地使使用极化在太阳系内外寻找生命。对这些圆偏振讯号的灵敏观察不仅对未来的生命探测任务很重要。 帕蒂解释说：「由于信号与生命的分子组成及其功能直接相关，因此它还可以在地球遥感中提供有价值的补充资料。 例如，它可以提供有关森林砍伐或植物病害的数据。 甚至有可能在监测有毒藻华、珊瑚礁及其酸化效应时实施圆极化。

【图、文：节译自瑞士伯尔尼大学2021年6月18日新闻公布】研究全文刊登在2021年5月18日出版的《天文及天体物理学报》

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