Les scientifiques utilisent une nouvelle technique pour détecter les empreintes digitales de la vie à distance

L’instrument FlyPol, qui a été utilisé pour mesurer les empreintes digitales biométriques depuis l’air, est à bord de l’hélicoptère. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Lucas Bate

Cela pourrait être une étape importante sur la voie de la découverte de la vie sur d’autres planètes : des scientifiques dirigés par l’Université de Berne et le Centre national de compétence en recherche (NCCR) PlanetS ont découvert une propriété moléculaire clé de tous les êtres vivants à partir d’un hélicoptère volant à plusieurs kilomètres au-dessus. La surface de la terre. La technologie de mesure pourrait également ouvrir des perspectives pour la télédétection de la Terre.

Les mains gauche et droite sont des images miroir parfaites l’une de l’autre. Mais quelle que soit la manière dont le twist and turn est fait, ils ne peuvent pas se superposer les uns aux autres. C’est pourquoi le gant gauche ne convient tout simplement pas à la main droite aussi bien qu’à la main gauche. En science, cette propriété est appelée chiralité.

Illustration du spectrophotomètre FlyPol. Crédit : Lucas Bate

Tout comme les mains, les molécules peuvent aussi être en spirale. En fait, la plupart des molécules présentes dans les cellules des organismes vivants, comme l’ADN, sont des molécules chirales. Contrairement aux mains, qui viennent généralement par paires gauche et droite, les particules de vie se produisent presque exclusivement dans leur version « gauche » ou « droitière ». Ce sont les mêmes, disent les chercheurs. Pourquoi c’est, n’est toujours pas clair. Mais cet analogue moléculaire est une caractéristique déterminante de la vie, appelée biosignature.

L’hélicoptère avec FlyPol à bord décolle de l’aéroport de Môtiers. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Lucas Bate

Dans le cadre du projet MERMOZ (voir encadré ci-dessous), une équipe internationale dirigée par l’Université de Berne et le National Center for Efficiency in NCCR PlanetS Research, a désormais réussi à détecter cette signature à une distance de deux kilomètres et à une vitesse de 70 km/h. « La grande avancée, c’est que ces mesures ont été faites dans une plate-forme qui bougeait, vibrait, et que nous détections toujours ces empreintes biométriques en quelques secondes », explique Jonas Kuhn, directeur du projet MERMOZ à l’Université de Berne et co-auteur de la étude vient de paraître dans le Journal of Astronomy and Astrophysics. « .

Un outil qui reconnaît la matière vivante

« Lorsque la lumière est réfléchie par un matériau biologique, une partie des ondes électromagnétiques de la lumière se déplacera dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse. Ce phénomène est appelé polarisation circulaire et est causé par la symétrie du matériel biologique », explique le premier auteur de la Lucas Baty, chercheur de troisième cycle, PhD à MERMOZ à l’Université de Berne et membre du PRN PlanetS, des escargots légers similaires ne sont pas produits par la nature abiotique non vivante.

Trajectoire de vol en hélicoptère. Crédit : © Google Earth

Cependant, mesurer cette polarisation circulaire est difficile. Le signal est très faible et représente généralement moins d’un pour cent de la lumière réfléchie. Pour mesurer cela, l’équipe a développé un appareil dédié appelé spectromètre. Il se compose d’une caméra avec des objectifs spéciaux et des récepteurs capables de séparer la polarisation circulaire du reste de la lumière.

Mais même avec un appareil aussi délicat, de nouveaux résultats étaient impossibles jusqu’à récemment. « Il y a seulement 4 ans, nous ne pouvions détecter le signal qu’à une distance très proche, environ 20 cm, et nous devions surveiller le même endroit pendant plusieurs minutes pour le faire », se souvient Lucas Bate. Mais les améliorations apportées à l’instrument par lui et ses collègues permettent une détection plus rapide et plus stable, et la force de la signature persiste dans la polarisation circulaire même avec la distance. Cela a rendu l’appareil adapté aux toutes premières mesures de polarisation circulaire atmosphérique.

Spectres polaires circulaires de l’herbe, des arbres, des zones urbaines et de l’eau contenant des algues. Crédit : © ESO, Astronomie et Astrophysique, Lucas Bate

Mesures utiles sur Terre et dans l’espace

À l’aide de cet instrument amélioré, appelé FlyPol, ils montrent qu’en quelques secondes seulement, ils peuvent différencier les champs herbeux, les forêts et les zones urbaines d’un hélicoptère se déplaçant rapidement. Les mesures montrent facilement de la matière vivante qui affiche des signaux de polarisation caractéristiques, tandis que les méthodes, par exemple, ne montrent aucun signal de polarisation circulaire significatif. Avec la configuration actuelle, ils peuvent même détecter des signaux provenant d’algues dans les lacs.

Dr. Lucas Bate, NCCR PlanetS, Institut de physique, Université de Berne. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Lucas Bate

Après leurs tests réussis, les scientifiques cherchent désormais à aller encore plus loin. « La prochaine étape que nous espérons franchir est de faire des découvertes similaires depuis la Station spatiale internationale (ISS), en regardant la Terre. Cela nous permettra d’évaluer la possibilité de détecter des biosignatures au niveau planétaire. Cette étape sera essentielle pour permettre la recherche de la vie à l’intérieur et à l’extérieur de notre système solaire en utilisant la polarisation », explique le chercheur principal et co-auteur de MERMOZ, Brice-Olivier Demory, professeur d’astrophysique à l’Université de Berne et membre du PRN PlanetS.

Prof. Dr. Brice-Olivier Demory, Center for Space and Residential et NCCR PlanetS, Université de Berne. Crédit image : © Universität Bern, Bild : Ramon Lehmann

Une surveillance sensible de ces signaux de polarisation circulaire n’est pas seulement importante pour les futures missions de détection de vie. Lucas Bate explique : « Parce que le signal est directement lié à la composition moléculaire de la vie et donc à son fonctionnement, il peut également fournir des informations complémentaires précieuses pour la télédétection de la Terre. » Il peut par exemple fournir des informations sur la déforestation ou les maladies des plantes. Il peut même être possible de mettre en œuvre une polarisation circulaire pour surveiller les proliférations d’algues toxiques, les coraux et les effets de l’acidification sur eux.

SAINT-EX – Recherche et caractérisation des exoplanètes

Le groupe de recherche SAINT-EX (financé par le professeur SNF Brice Olivier Demory) se concentre sur :

• Détection d’exoplanètes tempérées de la taille de la Terre (Observatoire SAINT-EX),
• Télédétection de la vie dans les atmosphères/surfaces des planètes (Mermoz),
• Dispositifs pour le diagnostic et la stadification du cancer in vivo non invasifs (BrainPol).

Le projet MERMOZ (Monitoring Plan for Surface Features Modern Amplified Features) vise à déterminer si nous pouvons identifier et caractériser la vie terrestre depuis l’espace, en construisant une bibliothèque modulaire de signatures de caractéristiques de surface à l’aide de la spectrométrie de télépolarisation de Stokes. Dans ce cadre, notre planète est considérée comme un proxy pour les autres corps et exoplanètes du système solaire.

MERMOZ est un projet commun des universités de Berne, Leiden et Delft (Pays-Bas).
L’étude de faisabilité du projet est financée par le Center for Space and Habitat (CSH) et le PRN PlanetS.

PRN PlanetS : Recherche sur une planète Made in Switzerland

En 2014, le Fonds national suisse de la recherche scientifique a attribué l’Université de Berne au Centre national de recherche (PRN) PlanetS, qu’elle exploite en collaboration avec l’Université de Genève.

Depuis sa participation au premier alunissage en 1969, l’Université de Berne a participé à des missions spatiales pour de grandes organisations spatiales, telles que l’ESA, la NASA, ROSCOSMOS et JAXA. Elle co-dirige actuellement la mission CHEOPS de l’Agence spatiale européenne (ESA) avec l’Université de Genève. En outre, les chercheurs bernois sont parmi les leaders mondiaux en matière de modèles et de simulations de la formation et du développement des planètes.

Avec la découverte de la première exoplanète, l’Université de Genève s’est imposée comme l’une des institutions de référence dans ce domaine. Cela a conduit, par exemple, à la construction et à l’installation du spectromètre HARPS sur le télescope de 3,6 mètres de l’ESO à La Silla en 2003 sous le commandement de Genève. Cela a été suivi par l’instrument ESPRESSO sur le télescope ESO VLT à Paranal. Le Centre d’Opérations Scientifiques CHEOPS est également situé à Genève.

L’ETH Zurich et l’Université de Zurich sont des institutions partenaires du PRN PlanetS. Des scientifiques des domaines de l’astrophysique, du traitement des données et des sciences de la Terre dirigent des projets et apportent d’importantes contributions à la recherche du PRN PlanetS. En outre, l’ETH est un leader mondial de l’instrumentation pour divers observatoires et missions spatiales.
Le PRN PlanetS est organisé autour des axes de recherche suivants :

• Les premiers stades de la formation de la planète تكوين
• Ingénierie, formation et évolution des systèmes planétaires
• Atmosphère, surfaces et planètes intérieures
• Déterminer l’habitabilité des planètes.

L’exploration spatiale à Berne : avec l’élite mondiale depuis le premier alunissage

Lorsque le deuxième homme, « Buzz » Aldrin, émergea du module lunaire le 21 juillet 1969, sa première tâche fut de mettre en place l’expérience Bern Solar Wind Formation (SWC) également connue sous le nom de « voile à vent solaire » en l’implantant dans le Pays de la Lune, jusqu’à Avant le drapeau américain. Cette expérience, qui a été planifiée et dont les résultats ont été analysés par le professeur Dr. Johannes Gess et son équipe de l’Institut de physique de l’Université de Berne, a été le premier grand événement de l’histoire de l’exploration spatiale à Berne.

Depuis, l’exploration spatiale à Berne fait partie de l’élite mondiale. L’Université de Berne participe à des missions spatiales pour de grandes organisations spatiales telles que l’ESA, la NASA, ROSCOSMOS et JAXA. Elle co-dirige actuellement la mission CHEOPS de l’Agence spatiale européenne (ESA) avec l’Université de Genève. En outre, les chercheurs bernois sont parmi les leaders mondiaux en matière de modèles et de simulations de la formation et du développement des planètes.

Le travail fructueux du Département de la recherche spatiale et des sciences planétaires (WP) de l’Institut de physique de l’Université de Berne a été encore renforcé par la création d’un centre de compétence universitaire, le Centre pour l’espace et l’habitat (CSH). Le Fonds national suisse pour l’Université de Berne a également récompensé le Centre national de compétence en recherche (PRN) PlanetS, qu’il gère en collaboration avec l’Université de Genève.

Référence : « Biological Footprints of Earth I. Airborne Tropical Spectroscopic Detection of Phototrophic Life » par CHL Patty, J. G. Kuhn, P. H. Lambrev, S. Spadaccia, H. J. Hoeijmakers, C. Keller, W. Mulder, V. Pallichadath et O. Poch , F. Snik, D. M. Stam, A. Pommerol et B. O. Demory, Accepté, Astronomie et astrophysique.
DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 202140845