Wetenschappers zijn erin geslaagd om hier op aarde – van een redelijke afstand – een belangrijke, maar nog niet zo eenvoudig te spotten biosignatuur te detecteren.

De afgelopen jaren zijn er tal van planeten ontdekt waarop wellicht leven mogelijk is. Uitzoeken of de planeten ook leven herbergen, is een logische vervolgstap. En met behulp van krachtige telescopen hopen wetenschappers in de atmosfeer van deze planeten op zoek te gaan naar biosignaturen, oftewel chemische of fysische verschijnselen die veroorzaakt worden door levensvormen en dus het bestaan van leven op de betreffende planeten kunnen bevestigen.

Biosignatuur
Een veelbelovende biosignatuur is circulaire polarisatie. Maar het detecteren ervan, is behoorlijk lastig gebleken. In het blad Astronomy & Astrophysics maken onderzoekers nu echter melding van een bescheiden doorbraak. Het is gelukt om de biosignatuur vanuit een bewegende helikopter te detecteren. En daarmee lijkt het moment waarop we deze methode gebruiken om leven op andere planeten op te sporen weer ietsje dichterbij te komen.

Hoe werkt het?
Om te begrijpen wat de onderzoekers precies hebben gedaan, moet je allereerst weten dat circulaire polarisatie een verschijnsel is dat voortkomt uit de nog altijd raadselachtige homochiraliteit van biologische moleculen (zie kader).

Als je naar je handen kijkt, dan zie je dat de linkerhand bijna een perfect spiegelbeeld is van de rechterhand. Ondanks dat ze zo op elkaar lijken, kunnen ze niet op elkaar gesuperponeerd worden; hoe je ze ook draait, het is onmogelijk om de handen – als je beide handpalmen naar beneden houdt – zo op elkaar te leggen dat de vingers van de ene hand op dezelfde vingers van de andere hand rusten. Wetenschappers noemen dat chiraliteit. En niet alleen onze handen hebben die eigenschap. Moleculen kunnen ook chiraal zijn; ze zijn er in rechts- en linksdraaiende varianten. Er is echter één belangrijk verschil tussen de chiraliteit van onze handen en die van moleculen in levende wezens; waar elk paar handen doorgaans uit een linker- en een rechterhand bestaat, komen de moleculen in levende wezens – om nog onbekende redenen – vrijwel alleen of in hun ‘rechtsdraaiende’ of in ‘linksdraaiende’ versie voor. En dat noemt men homochiraliteit. “Als je suiker maakt in het lab, creëer je steevast evenveel rechts- als linksdraaiende suikers,” zo legde onderzoeker Frans Snik eerder aan Scientias.nl uit. “Maar wat blijkt nu: bij levende dingen – zoals bladeren en blauwalgen – wordt die symmetrie verbroken.” En dat is van invloed op het licht dat zij reflecteren. “Wanneer licht gereflecteerd wordt door biologische materie, dan zal een deel van de elektromagnetische golven in een spiraalvorm of met de klok mee of tegen de klok in reizen. Dat noemen we circulaire polarisatie en wordt veroorzaakt door de homochiraliteit van de biologische materie,” zo vertelt onderzoeker Lucas Patty. Dergelijke spiralen van licht worden niet door niet-levende materie voortgebracht en daarmee is circulaire polarisatie een uitstekende biosignatuur, waarmee we in theorie levend en niet-levend materiaal van elkaar kunnen onderscheiden.

Apparatuur
Maar het detecteren van die circulaire polarisatie is zoals gezegd lastig gebleken. Het signaal is vrij zwak en maakt vaak nog niet 1 procent van de totale hoeveelheid gereflecteerd licht uit. Er is dan ook speciale apparatuur voor nodig – een zogenoemde spectropolarimeter – om circulaire polarisatie te kunnen detecteren. En zelfs met de geavanceerde apparatuur bleef het behelpen, zo stelt Patty. “Zo’n vier jaar geleden konden we het signaal enkel van heel dichtbij – van zo’n 20 centimeter afstand – detecteren en dan moesten we ook nog eens meerdere minuten op rij dezelfde plek observeren.”

Succes
Maar nu hebben Patty en collega’s het apparaat van een update voorzien, waardoor het de circulaire polarisatie van een grotere afstand en veel sneller kan detecteren. Het resultaat was een apparaat waarmee – in theorie – voor het eerst ook vanuit de lucht jacht kon worden gemaakt op de belangrijke biosignatuur. De onderzoekers namen de proef op de som en zetten het apparaat in een helikopter. Vervolgens lieten ze die op een hoogte van zo’n 2 kilometer met een snelheid van zo’n 70 kilometer per uur over een gebied vliegen en zoeken naar leven. Met succes dus. Het apparaat bleek – vaak binnen enkele seconden – onderscheid te kunnen maken tussen levende materie (zoals bomen) en niet-levende materie (zoals wegen). De onderzoekers waren zelfs in staat om signalen afkomstig van algen in meren op te vangen. “Wat een grote verbetering is, is dat we deze metingen uitgevoerd hebben vanaf een platform dat bewoog en vibreerde en dat we toch in staat waren om deze biosignaturen in een paar seconden te detecteren,” stelt onderzoeker Jonas Kühn.

ISS
Hoog tijd voor een volgende stap. “We hopen nu vergelijkbare detecties te gaan doen door vanuit het internationale ruimtestation naar de aarde te kijken,” onthult onderzoeker Brice-Olivier Demory. “Dat stelt ons in staat om vast te stellen of we biosignaturen op planetaire schaal kunnen detecteren.” Als dat lukt, is het tijd voor het echte werk; op jacht naar circulaire polarisatie op hemellichamen binnen en buiten ons zonnestelsel.

Maar het werk van de onderzoekers heeft niet alleen implicaties voor de zoektocht naar buitenaards leven. Zo kan het apparaat waarmee ze jagen op circulaire polarisatie-signalen wellicht ook worden ingezet om de staat van het leven op aarde te monitoren. “Omdat de signalen direct verband houden met de moleculaire samenstelling van leven en dus het functioneren daarvan, kan het ook van waarde zijn bij het van een afstandje observeren van de aarde.” Zo kan het bijvoorbeeld gebruikt worden om meer inzicht te krijgen in ontbossing of het monitoren van algenbloei of koraalriffen.