生命の兆候探知機

生命の兆候検出器（SOLID ）は、 惑星探査中にコア掘削によって得られる有機的なバイオシグネチャーの形で地球外生命を検出するために開発中の分析装置である。

この装置は蛍光免疫測定法に基づいており、スペイン宇宙生物学センター（CAB）がNASA宇宙生物学研究所と共同で開発を進めている。SOLIDは現在、過去または現在の地球外生命の存在を示す可能性のある一般的な生体分子を探索する宇宙生物学ミッションでの使用に向けて試験が行われている。このシステムはフィールドテストで検証済みであり、エンジニアたちは方法の改良と装置のさらなる小型化の方法を模索している。

現代の宇宙生物学の調査では、火星の水、永久凍土、惑星表面の土壌や岩石中の化学的バイオシグネチャー、さらには過去または現在の生命の存在を示す可能性のある大気中のバイオマーカーガスの探索が重視されている。 ^{[ 2 ] [ 3 ]}明確な生物学的起源を持つ保存された有機分子の検出は、現在または過去の生命を確認するために不可欠であるが、^{[ 4 ]} 1976年のバイキング着陸船の生物学的実験では火星の有機物を検出できず、分析中に加えられた熱と火星の土壌中の過塩素酸塩などの酸化剤の予期せぬ存在の複合的な影響が原因であると疑われている。^{[ 5 ] [ 6 ]}最近、火星の地表近くの地中氷が発見されたことは、火星における生体分子の長期保存の議論を裏付けている。^{[ 7 ]}

SOLIDは、抗体が酸性度、熱、過塩素酸塩などの酸化剤の影響を受けないことを実証し、バイオシグネチャーを直接探索する宇宙生物学ミッションの実現可能な選択肢として浮上した。^{[ 1 ]}

一時期、エクソマーズのロザリンド・フランクリン探査車には、ライフマーカーチップと呼ばれる同様の装置が搭載される予定だった。^{[ 8 ] [ 9 ]}

SOLIDは、宇宙空間の条件下で液体および粉砕サンプルから物質を自動的にその場で検出および識別するために設計されました。 ^{[ 1 ] [ 10 ]}このシステムは、脂質、タンパク質、多糖類、および核酸を検出するために、厳選された数百の抗体を使用します。これらは、生命体によってのみ合成できる複雑な生物学的ポリマーであり、したがって、過去または現在の生命の強力な指標、つまりバイオシグネチャーです。

SOLIDは、超音波処理による抽出を行うサンプル調製ユニット（SPU）と、蛍光免疫測定を行うサンプル分析ユニット（SAU）という2つの独立した機能ユニットで構成されています。^{[ 10 ]}抗体マイクロアレイは、わずか数平方センチメートルのバイオチップ内の数百個の小さな区画に分離されています。 ^{[ 1 ]}

SOLID装置は、特性がよく知られ、特異性の高い数百種類の抗体を使用して、「サンドイッチ」免疫測定法と競合免疫測定法の両方を実行できます。^{[ 4 ]}「サンドイッチ免疫測定法」と呼ばれる技術は、非競合免疫測定法であり、分析対象物（未知試料中の目的化合物）が固定化抗体によって捕捉され、次に標識抗体が分析対象物に結合してその存在を明らかにします。^{[ 1 ]}言い換えれば、「サンドイッチ」は、2層の抗体（捕捉抗体と検出抗体）の間に抗原（生体分子）を定量します。競合アッセイ技術では、非標識分析対象物が結合した標識分析対象物を置換し、その後、それが検出または測定されます。

光学システムは、レーザービームが蛍光色素標識を励起し、 CCD検出器が測定可能なマイクロアレイの画像をキャプチャするように構成されている。^{[ 11 ]}

この装置は、アミノ酸サイズ、ペプチド、タンパク質から細胞全体や胞子まで、幅広い分子サイズの化合物を検出でき、生体分子の感度は 1 ～ 2 ppb (ng/mL)、胞子の感度は 10⁴ ～ 10³ 個/ミリリットルです。^{[ 1 ] [ 10 ]}マイクロアレイの一部の区画は、既知の性質と濃度のサンプル用に確保されており、参照および比較のためのコントロールとして使用されます。SOLID 装置のコンセプトは、過塩素酸塩などの火星の酸化剤の存在下で有機物を破壊する可能性のある他の技術の高温処理を回避します。^{[ 1 ]}

SOLIDのフィールドプロトタイプは、2005年にMARTE（Mars Analog Rio Tinto Experiment）と呼ばれる模擬火星掘削探査で初めてテストされました^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]。}この探査では、研究者らが深さ10m （33フィート）のドリル、サンプル処理システム、火星の地下での生命探査に関連する免疫測定法をテストしました。MARTEは、NASAの惑星探査のための宇宙生物学科学技術（ASTEP）プログラムによって資金提供されました^{[ 7 ]} 。サンプルコアを使用して、SOLIDは、南アフリカの深い鉱山、南極のマクマードドライバレー、イエローストーン、アイスランド、チリのアタカマ砂漠、リオティントの酸性水など、世界のさまざまな極限環境でいくつかの生物学的ポリマーを検出することに成功しました^{[ 10 ] [ 13 ]}。  

地球上の火星類似地点から得られた抽出物を、−20 °C で45 日間、さまざまな過塩素酸塩濃度に添加し 、その後サンプルを SOLID で分析した。^{[ 1 ]}結果は、酸性度や、フェニックス着陸地点で見つかった濃度の 20 倍である50 mM の過塩素酸塩の存在による干渉がないことを示しました。^{[ 1 ]} SOLID は、選択された抗体が酸性度、熱、過塩素酸塩などの酸化剤の影響を受けないことを実証し、バイオシグネチャーを直接探す宇宙生物学ミッションの実現可能な選択肢として浮上しました。^{[ 1 ]}

2018年には、コアドリル、SOLID機器、マイクロ流体生命分析装置（MILA）と呼ばれる別の生命検出システムを搭載したARADS（Atacama Rover Astrobiology Drilling Studies）と呼ばれる探査車によるアタカマ砂漠での別のフィールドテストが行​​われた。^{[ 14 ]} MILAは、タンパク質の構成要素であるアミノ酸を分離するために、微量の流体サンプルを処理する。探査車は、土壌中の生命の潜在的な証拠を探すためのさまざまな戦略をテストし、探査、掘削、生命検出が連携して実行できることを確立した。^{[ 14 ]}