Что изучает наука ксенобиология

Ксенобиологии

Ксенобиологии (КБ) — это подразделение синтетической биологии, которая изучает создания и управления биологическими устройствами и системами. Термин «ксенобиологии» происходит от древнегреческого ξενος и означает «чужой, гость». Таким образом, КБ описывает форму биологии, (пока) не знакомую науке, и которая не встречающийся в природе. На практике это означает новые биологические и биохимические системы, которые отличаются от канонической системы ДНК-РНК-20 аминокислот. Например, вместо ДНК или РНК, КБ исследует аналоги нуклеиновых кислот, которые называются ксенонуклеинови кислоты (КСНК), как носители информации. Она также исследует расширенный генетический код и включение никак протеиногенным аминокислот в белки.

Разница между ксено-, экзо, и астро-

«Астро» означает «звезда», а «экзо» означает «снаружи». И экзо и астробиология занимаются поиском жизни, естественно эволюционировало во Вселенной, в основном на других планетах «Голдилок» зон (навколозиркових пригодных для существования зон). В то время как астробиологи занимаются выявлением и анализом (гипотетически) существующего жизни во Вселенной, ксенобиологии усилий для разработки форм жизни с другой биохимией или иным генетическим кодом на планете Земля.

Цели ксенобиологии

Научный подход

Целью ксенобиологии является проектирование и создание биологических систем, которые отличаются от своих природных аналогов на одном или нескольких основных уровнях. В идеале эти новые организмы будут отличаться в каждом возможном биохимическом аспекте, отражая, таким образом, другой генетический код. Долгосрочная цель заключается в создании клетки, которая будет сохранять свою генетическую информацию не в ДНК, но в альтернативном информационном полимере, который состоит из КСНК, других пар оснований, с использованием неканонических аминокислот и измененного генетического кода. На данный момент создано клетки, которые включают только одну или две из этих функций.

Ксенонуклеинови кислоты (КСНК)

Сначала исследования альтернативных форм ДНК было обусловлено вопросом о том, как развивалась жизнь на земле и почему РНК и ДНК были отобраны в процессе (химической) эволюции в отличие от других возможных структур нуклеиновых кислот. Систематические экспериментальные исследования, направленные на диверсификацию химической структуры нуклеиновых кислот, привели к созданию совершенно новых информационных биополимеров. На данный момент синтезирований ряд КСНК на базе новых химических основ или мотивов ДНК, например гексозонуклеинова кислота (ГУК), треозонуклеинова кислота (ТНК), гликольнуклеинова кислота (ГлНК), циклогексенилнуклеинова кислота (ЦНК). Включение КсНА в плазмиды с использованием трех кодонов ГНК состоялось в 2003 году. Эта КСНК используется in vivo (E. coli) в качестве матрицы для синтеза ДНК. В это исследование, которое использовало двойную (G / T) генетическую кассету и две основы, которые не входят в состав ДНК (Hs / U), были включены также ЦНК. ГлНК сейчас слишком чужеродной для естественной биологической системы, чтобы быть шаблоном для синтеза ДНК. Дополнительные основания, используют природный каркас ДНК, могут также быть транслитерированные в естественную ДНК, хотя и в более ограничительно степени.

Расширенный генетический алфавит

Новые полимеразы

Ни КСНК, ни неестественные основы не распознаются естественными полимеразы. Одной из основных проблем является нахождение или создание новых типов полимераз, которые будут в состоянии копировать эти новые конструкции. В одном случае было обнаружено, что модифицированный вариант ВИЧ-обратной транскриптазы способен к ПЦР-амплификации олигонуклеотидов, содержащий пару основ третьего типа. Пиньера и др. (2012) показали, что метод полимеразной эволюции и дизайна способствовал сохранению и восстановлению генетической информации (менее 100 пар оснований длиной) от шести альтернативных генетических полимеров, основанных на простых нуклеиновых кислотах, которые не встречаются в природе.

Разработка генетического кода

Одной из целей ксенобиологии является переписать универсальный генетический код. Наиболее перспективным подходом для изменения кода является переназначення кодонов, которые редко используются или не используются вообще. В идеальном случае генетический код увеличивается на один кодон, таким образом освобождаясь от своей предыдущей функции и переключаясь на кодирование неканонической аминокислоты (нкАК) («расширение кода»). Поскольку эти методы сложны в реализации, существует возможность использования более коротких путей («разработка кода»), например в ауксотрофних по специфической аминокислоты бактерий, которые в эксперименте получают изоструктурные аналоги вместо канонических аминокислот. В этой ситуации канонические аминокислотные остатки в нативных белках замещаются на нкАК. Возможно также введение нескольких различных нкАК в один и тот же белок. Наконец, набор из 20 канонических аминокислот может быть не только расширен, но также и уменьшен до 19. Специфичность кодона может быть изменена с помощью переназначення пары транспортная РНК (тРНК) / аминоацил тРНК-синтетазы. Клетки, содержащие такие аминоацил-тРНК синтетазы, таким образом, способны прочитать последовательности мРНК, нечитабельные для существующей системы генной экспрессии. Изменение кодона: пары тРНК синтетазы могут способствовать включению в белки неканонических аминокислот in vivo. В прошлом переназначення кодона в основном происходило в ограниченном масштабе. Однако в 2013 году Фаррен Айзекс и Джордж Черч из Гарвардского университета сообщили о замене всех 314 TAG стоп-кодонов генома E. coli на синонимичные кодоны ТАА, тем самым продемонстрировав, что массовые замены могут быть проведены в штаммах Высшей порядке с сохранением жизнеспособности штамма. После успеха этой замены кодонов авторы продолжили работу и перепрограммировали 13 кодонов по всему геному, которые непосредственно касаются 42 основных генов.

Еще более радикальными изменениями в генетическом коде есть изменения триплетного кодона на квадриплетний и даже пентаплетний кодоны, которые были проведены Сисидо в бесклеточной системах, и Шульцем в бактериальных клетках. Наконец, неестественные пары оснований могут быть использованы для введения в белки новой аминокислоты.

Направлена ​​эволюция

Замена ДНК на КСНК может быть также выполнена другим путем, а именно путем изменения окружающей среды вместо генетических модулей. Этот подход успешно продемонстрировали Марльер и Мютцель: они создали штамм E. coli, ДНК которого состоит из стандартных A, C и G нуклеотидов, но также синтетический аналог тимина — 5-хлорурацил — в соответствующих местах ДНК последовательности. Рост этих клеток в дальнейшем зависит от 5-хлорурацилу, поступающего извне, но в остальном они выглядят и ведут себя, как обычный штамм E. coli. Этот подход, таким образом, устанавливает два барьера для любого взаимодействия с другими бактериями, поскольку штамм является ауксотрофним для неестественно химического соединения, и содержит форму ДНК, которая не может быть расшифрована другими организмами.

Биобезопасность

Ксенобиологични системы предназначены для оказания ортогональности естественным биологическим системам. Гипотетический организм, содержащий КСНК, другие пары оснований и полимеразы, и имеет измененный генетический код, вряд ли будет в состоянии взаимодействовать с природными формами жизни на генетическом уровне. Таким образом, эти ксенобиологични организми представляют собой генетический анклав, который не может обмениваться информацией с естественными клетками. Изменение генетического аппарата клеток приводит к семантическому сдерживания. По аналогии с обработкой информации в ИТ, эта концепция безопасности называется «генетический брандмауэр». Концепция «генетического брандмауэра» может преодолеть ряд ограничений предыдущих систем безопасности. Первые экспериментальные доказательства этой теоретической концепции были получены в 2013 году с созданием «геномной перекодирована организма» (ГТО). В этом организме все известные UAG стоп-кодоны в E.coli были заменены на UAA кодона, что позволило переназначить функцию трансляции кодона UAG. ГПО продемонстрировал повышенную устойчивость к бактериофага Т7, показывая таким образом, что альтернативные генетические коды действительно уменьшают генетическую совместимость. Этот ГТО, однако, так же очень похож на своего естественного предшественника и не может рассматриваться как «генетический брандмауэр». Возможность переназначення функций большого количества триплетов делает возможным разработку штаммов, которые объединяют КСНК, новые пары оснований, новые генетические коды и т.д., и которые не могут обмениваться никакой информацией с естественным биологическим окружением. В то время как «генетический брандмауэр» может реализовать семантические механизмы сдерживания в новых организмах, новые биохимические системы так же должны быть исследованы по отношению к новым токсинов и ксенобиотиков.

Управление и регуляторные вопросы

Ксенобиологии может быть сложным вопросом для нормативно-правовой базы, поскольку на данный момент законы и директивы регулируют вопрос о генетически модифицированных организмах, но непосредственно не упоминают химически или геномной модифицированные организмы. Принимая во внимание, что в реальности ксенобиологични организмы в ближайшие годы не ожидается, законодательство должно некоторое время для подготовки к будущим изменениям на уровне управления. Начиная с 2012 года, политические советники в США, четыре национальных комитета по биобезопасности в Европе, и Европейская организация молекулярной биологии заметили эту тему как будущую проблему управления.

Источник

Содержание

Разница между ксено-, экзо- и астробиологией

«Astro» означает «звезда», а «exo» означает «снаружи». И экзо-, и астробиология занимаются поиском естественно возникшей жизни во Вселенной, в основном на других планетах околозвездная обитаемая зона. (Иногда это также называют ксенобиологией. [2] ) В то время как астробиологи озабочены обнаружением и анализом жизни в других частях Вселенной, ксенобиология пытается конструировать формы жизни с другой биохимией или другой биохимией. генетический код чем на планете Земля. [2]

Научный подход

Ксенонуклеиновые кислоты (XNA)

Первоначально это исследование альтернативных форм ДНК было вызвано вопросом о том, как жизнь развивалась на Земле и почему РНК и ДНК были выбраны (химической) эволюцией по сравнению с другими возможными структурами нуклеиновых кислот. [12] Две гипотезы для выбора РНК и ДНК в качестве основы жизни: либо они предпочтительны в условиях жизни на Земле, либо они случайно присутствовали в химии дожизненных людей и продолжают использоваться сейчас. [13] Систематические экспериментальные исследования, направленные на диверсификацию химической структуры нуклеиновых кислот, привели к созданию совершенно новых информационных биополимеров. К настоящему времени синтезирован ряд XNA с новыми химическими основами или уходящей группой ДНК, [3] [14] [15] [16] например: гексозонуклеиновая кислота (HNA); нуклеиновая кислота треозы (TNA), [17] гликолевая нуклеиновая кислота (GNA) циклогексенильная нуклеиновая кислота (CeNA). [18] Включение XNA в плазмиду, включающую 3 кодона HNA, было завершено уже в 2003 году. [19] Эта XNA используется in vivo (E. coli) в качестве матрицы для синтеза ДНК. Это исследование с использованием бинарной (G / T) генетической кассеты и двух оснований, не относящихся к ДНК (Hx / U), было распространено на CeNA, в то время как GNA кажется слишком чужеродным на данный момент для использования естественной биологической системы в качестве матрицы. для синтеза ДНК. [20] Расширенные основания, использующие основу естественной ДНК, аналогичным образом могут быть транслитерированы в природную ДНК, хотя и в более ограниченной степени. [21]

Помимо использования в качестве расширений цепей матричной ДНК, активность XNA была протестирована для использования в качестве генетических катализаторы. Хотя белки являются наиболее распространенными компонентами клеточного ферментативная активность, нуклеиновые кислоты также используются в клетке для катализирования реакций. Исследование 2015 года показало, что несколько различных видов XNA, в первую очередь FANA (2′-фторарабинуклеиновые кислоты), а также HNA, CeNA и ANA (арабинуклеиновые кислоты), могут использоваться для расщепления РНК во время посттранскрипционная обработка РНК действуют как ферменты XNA, отсюда и название XNAzymes. FANA XNAzymes также продемонстрировали способность лигировать субстраты ДНК, РНК и XNA. [13] Хотя исследования XNAzyme все еще являются предварительными, это исследование было шагом в направлении поиска компоненты синтетической схемы которые более эффективны, чем те, которые содержат аналоги ДНК и РНК, которые могут регулировать ДНК, РНК и свои собственные, XNA, субстраты.

Расширяя генетический алфавит

В мае 2014 года исследователи объявили, что успешно внедрили два новых искусственных нуклеотиды в бактериальную ДНК, наряду с четырьмя встречающимися в природе нуклеотидами, и путем включения отдельных искусственных нуклеотидов в культуральную среду, смогли пройти бактерии 24 раза; они не создали мРНК или белки, способные использовать искусственные нуклеотиды. [31] [32] [33]

Новые полимеразы

Генетическая инженерия кода

Еще более радикальным изменением генетического кода является замена триплетного кодона на квадруплетный и даже пентаплетный кодон, впервые примененный Sisido в бесклеточных системах. [45] и Шульцем в бактериях. [46] Наконец, неприродные пары оснований можно использовать для введения новой аминокислоты в белки. [47]

Направленная эволюция

Цель замены ДНК на XNA также может быть достигнута другим путем, а именно путем создания среды вместо генетических модулей. Этот подход был успешно продемонстрирован Марльером и Мютцелем при создании Кишечная палочка штамм, ДНК которого состоит из стандартных нуклеотидов A, C и G, но имеет синтетический аналог тимина 5-хлороурацил вместо тимина (T) в соответствующих положениях последовательности. Затем эти клетки зависят от поступающего извне 5-хлороурацила для роста, но в остальном они выглядят и ведут себя как обычно. Кишечная палочка. Эти клетки, однако, в настоящее время еще не являются полностью ауксотрофными по отношению к Xeno-base, поскольку они все еще растут на тимине, когда он вводится в среду. [48]

Биобезопасность

Ксенобиологические системы предназначены для передачи ортогональности естественным биологическим системам. Организм (все еще гипотетический), использующий XNA, [49] различные пары оснований и полимеразы и имеют измененный генетический код, вряд ли смогут взаимодействовать с естественными формами жизни на генетическом уровне. Таким образом, эти ксенобиологические организмы представляют собой генетический анклав, который не может обмениваться информацией с естественными клетками. [50] Изменение генетического аппарата клетки приводит к семантическому сдерживанию. По аналогии с обработкой информации в ИТ, эта концепция безопасности называется «генетическим брандмауэром». [2] [51] Концепция генетического брандмауэра, похоже, преодолевает ряд ограничений предыдущих систем безопасности. [52] [53] Первое экспериментальное подтверждение теоретической концепции генетического брандмауэра было получено в 2013 году с созданием геномно перекодированного организма (GRO). В этом GRO все известные стоп-кодоны UAG в E.coli были заменены кодонами UAA, что позволило удалить фактор высвобождения 1 и переназначить функцию трансляции UAG. GRO продемонстрировал повышенную устойчивость к бактериофагу Т7, таким образом показывая, что альтернативные генетические коды действительно снижают генетическую совместимость. [54] Однако этот GRO по-прежнему очень похож на своего естественного «родителя» и не может рассматриваться как генетический брандмауэр. Возможность переназначения функции большого количества триплетов открывает перспективу создания штаммов, сочетающих XNA, новые пары оснований, новые генетические коды и т. Д., Которые не могут обмениваться какой-либо информацией с естественным биологическим миром. Независимо от изменений, ведущих к семантическому сдерживанию. Механизма в новых организмах, любые новые биохимические системы все еще должны пройти токсикологический скрининг. XNA, новые белки и т. Д. Могут представлять новые токсины или иметь аллергический потенциал, который необходимо оценить. [55] [56]

Вопросы управления и регулирования

Ксенобиология может бросить вызов нормативно-правовой базе, поскольку в настоящее время законы и директивы касаются генетически модифицированных организмов и не упоминают напрямую химически или геномно модифицированные организмы. Принимая во внимание, что настоящие ксенобиологические организмы не появятся в ближайшие несколько лет, у политиков действительно есть время, чтобы подготовиться к предстоящим вызовам в области управления. С 2012 года следующие группы подняли эту тему как развивающуюся проблему управления: советники по политике в США, [57] четыре национальных совета по биобезопасности в Европе, [58] Европейская организация молекулярной биологии, [59] и Научный комитет Европейской комиссии по возникающим и недавно выявленным рискам для здоровья (SCENIHR) в трех заключениях (Определение, [60] методологии оценки рисков и аспекты безопасности, [61] и риски для окружающей среды и биоразнообразия, связанные с синтетической биологией и приоритетами исследований в области синтетической биологии. [62] ).

Источник

Астрогалактика

Ксенобиология. Ксеноархеология

Ксенобиология. Ксеноархеология

Бывают идеи, которые намного опережают свое время. Они посещают одиноких мыслителей и остаются непонятыми и не принятыми, пока не приходит их срок. Только тогда, вспоминая о тех, кто сказал первое слово, мы поражаемся их гениальной прозорливости. Но когда идея созрела, когда она «носится в воздухе», она обычно затрагивает сразу несколько умов. Так произошло и с идеей межзвездной связи. В то время как Коккони и Моррисон вырабатывали свои предложения по межзвездной связи и пытались привлечь внимание английских коллег к этой проблеме9 на их родине, в США, в Национальной радиоастрономической обсерватории (НРАО), уже велась подготовка к приему радиосигналов от внеземных цивилизаций на волне 21 см.
Одним из первых сотрудников НРАО был молодой радиоастроном Фрэнк Дрейк, только что закончивший аспирантуру Гарвардского университета. Когда он прибыл в Грин Бэнк в апреле 1958 г., обсерватория еще строилась. В марте 1959 г. было завершено сооружение 26-метрового радиотелескопа, предназначенного для исследования Галактики в линии водорода 21 см. Ф. Дрейк, с юности увлеченный идеей существования разумной жизни во Вселенной, задумался над тем, нельзя ли использовать этот радиотелескоп для приема сигналов от внеземных цивилизаций.
Как раз в это время были проведены первые попытки радиолокации Венеры. Дрейк рассуждал следующим образом. Предположим, передатчик внеземной цивилизации имеет те же характеристики, что и радар в Вестфорде, с помощью которого осуществлялась радиолокация Венеры. На каком расстоянии можно было бы принять эти сигналы с помощью 26-метрового радиотелескопа НРАО? Расчет показал, что прием возможен с расстояния 8,7 световых лет. Это равно расстоянию до Сириуса и вдвое превышает расстояние до ближайшей звезды Проксима Центавра. В сфере такого радиуса находятся 6 звезд. Если увеличить диаметр приемной антенны, соответственно увеличится и дальность приема. Так, с помощью 300 метровой антенны, которая сооружалась в то время на острове Пуэрто-Рико, можно было бы довести дальность обнаружения до 100 световых лет. В сфере такого радиуса содержится около 10000 звезд. Итак, связь на межзвездные расстояния вполне возможна. Каков должен быть характер сигнала?
При заданной мощности передатчика дальность радиопередачи тем больше, чем меньше (уже) полоса частот передаваемого сигнала. Следовательно, для обеспечения большей дальности сигнал должен быть узкополосным. Такой сигнал имеет еще одно преимущество: его легко отличить от космических радиоисточников естественного происхождения, поскольку они, как правило, излучают в широкой полосе частот. Далее, если передатчик расположен на планете, обращающейся вокруг звезды, то, вследствие эффекта Доплера, его частота должна периодически меняться. Это также поможет отличить сигнал внеземной цивилизации от космических шумов естественного происхождения (и от их земных помех). Наконец, если при передаче информации используется амплитудная модуляция, то мощность сигнала будет испытывать вариации со временем.
При выборе диапазона волн для межзвездной связи Дрейк уделил основное внимание анализу шумов. Он считал, что шумы аппаратуры можно не принимать во внимание, а точнее, их не следует принимать во внимание, так как с развитием радиотехники мы неизбежно придем к состоянию, когда они могут быть сделаны меньше шумов фона. Он назвал это «принципом технического совершенства». Под техническим совершенством Дрейк подразумевает такое состояние техники, когда пределы чувствительности аппаратуры определяются не ее недостатками (например, шумами приемника), а естественными ограничениями, над которыми человек не властен. При этом дальнейшее совершенствование аппаратуры не имеет смысла. Дрейк постулировал, что земная радиотехника достигнет этого состояния в течение ближайших 50 лет. (Сейчас, спустя 40 лет, можно констатировать, что его прогноз успешно сбывается.)
Таким образом, весь период от начала использования радиоволн до состояния совершенной радиотехники должен занять период порядка 100 лет. В истории становления нашей земной цивилизации то всего лишь короткий миг. Если это верно и для других цивилизаций, то значит они очень быстро, скачком переходят из состояния отсутствия радиотехники к состоянию совершенной радиотехники. Цивилизаций, подобных нашей, которые находятся в переходном состоянии, должно быть очень мало. Следовательно, те цивилизации, сигналы которых мы надеемся обнаружить, уже достигли технического совершенства в радиотехнике. Поэтому для них существенны лишь естественные, принципиально неустранимые ограничения. К таким ограничениям относятся шумы фона. Дрейк рассмотрел два источника фона — галактическое радиоизлучение и радиоизлучение атмосферы.
Галактический фон обусловлен суммарным излучением радио-источников, он определяет радиояркость неба за пределами атмосферы, подобно тому, как яркость фона ночного неба вне атмосферы определяется суммарным излучением звезд. И точно также, как яркость ночного неба ограничивает возможность наблюдения слабых оптических объектов — так и яркость радиофона ограничивает возможность обнаружения слабых радиосигналов. Если прием сигналов ведется с поверхности планеты, то вклад в наблюдаемую радиояркость неба будет давать также излучение атмосферы.

Из книги Л. М. Гиндилиса «Поиск Внеземного Разума».

Ксеноархеология — это гипотетическая форма археологии, имеющая дело с физическими останками прошлого инопланетных цивилизаций (но необязательно вымерших). Они могут быть найдены на планетах или спутниках, в космосе, астероидном поясе, орбитах планет или точках Лагранжа.

Ксеноархеологию иногда называют экзоархеологией, хотя существуют некоторые аргументы, что префикс экзо- более корректно применять для изучения человеческой деятельности в космосе. Планетарное SETI имеет дело с поиском внеземных структур на поверхности небесных тел в Солнечной системе.

Мотивация поисков
Возможно, что из-за огромного расстояния между звездами любое открытое нами свидетельство существования внеземного разума, будь то артефакт или электромагнитный сигнал, может происходить от давно исчезнувшей цивилизации. Поэтому весь проект SETI может быть формой археологии.

Вики Уэльшь предлагает использовать при поиске артефактов принцип заурядности и уравнение Дрейка. Она предполагает, что теоретические и умозрительные области археологии созданы для проверки необычных гипотез и пригодятся для времени, когда инопланетные артефакты будут доступны для исследования.

«Возможно создать абстрактную археологию, которая может быть протестирована на Земле и после этого за пределами нашей планеты.»

История
Следы происхождения этой области науки можно найти в ранних теориях конца XIX века о гипотетической марсианской цивилизации, основывающиеся на наблюдениях Марса. Эти теории были главным образом вдохновлены неправильным переводом высказывания Джованни Скиапарелли.

В 1997 году на конференции Группы Теоретической Археологии проводилось заседание «археология и научная фантастика».

В 2004 году на ежегодной встрече Американской Антропологической Ассоциации проводилось заседание «Антропология, Археология, Межзвездная Коммуникация».

Планетарное SETI
Планетарное SETI имеет дело с поиском внеземных структур на поверхности небесных тел в Солнечной системе. Общество Планетарного SETI — это свободная организация исследователей заинтересованных этой областью.

Re: Ксенобиология. Ксеноархеология

Проект SETI возобновляет работу по поиску внеземных цивилизаций
(19:04) 10.08.2011

Институт SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) сегодня анонсировал, что радиотелескопы Allen Telescope Array, занимающиеся анализом радиоизлучения во Вселенной, вновь заработали и научный процесс был возобновлен, после того, как научно-исследовательской заведение получило более 200 000 долларов от публичных инвесторов. Ранее SETI запустил кампанию по сбору денег от добровольцев. На сегодня SETI говорит о том, что проекту активно помогли более 2000 человек, пожелавших, чтобы поиск внеземных цивилизаций был продолжен.

Пирсон говорит, что 200 000 долларов достаточно для старта работ и непродолжительного их ведения, но для долговременного функционирования проекта необходимы новые источники финансирования, поэтому SETI ведет переговоры с ВВС США об участии в проекте анализа информации о космическом мусоре на околоземной орбите. За участие в этом проекте SETI будет получать деньги, необходимые для работы по основному направлению.

Созданный в 2007 году массив радиотелескопов расположен на севере Сан-Франциско. Он состоит из 42 тарелок, подключенных к 64 выделенным серверам, анализирующим поступающую информацию. Серверы были подарены проекту SETI компаниями Dell и Intel. При полной загрузке телескоп может производить до 200 терабайт информации для анализа. Изначально массив телескопов был создан на средства сооснователя Microsoft Пола Аллена.

Начало SETI датируется 1959 годом, когда в международном научном журнале Nature появилась статья астрономов Коккони и Морисона «Поиски межзвёздных сообщений». В этой статье было показано, что даже при тогдашнем уровне развития космической связи мы вполне можем рассчитывать на обнаружение внеземных цивилизаций примерно такого же, как земной, уровня, при условии, что они обитают не слишком далеко от нас на планетах у окрестных звёзд солнечного типа. Волна 21 см, как универсальная физическая величина (линия излучения нейтрального водорода в Галактике), предлагалась в качестве рабочей для поисков по программе SETI.

8 апреля 1960 года Франк Дрейк начал первые поиски по программе SETI, используя для этого 26-метровый радиотелескоп Национальной радиоастрономической обсерватории США в Западной Вирджинии. Проект получил название «ОЗМА», в качестве объектов поисков были выбраны две окрестные звезды солнечного типа — Тау Кита и Эпсилон Эридана.

Re: Ксенобиология. Ксеноархеология

Re: Ксенобиология. Ксеноархеология

Curiosity () (Mars Science Laboratory) — марсоход нового поколения, который будет представлять собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше и тяжелее прежних марсоходов Spirit и Opportunity. Аппарат должен будет за несколько месяцев пройти от 5 до 20 километров и провести полноценный анализ марсианских почв и компонентов атмосферы. Космический корабль доставки будет снабжен вспомогательными ракетными двигателями для контролируемого снижения при посадке, которые до этого при спуске марсоходов не использовались.
Запуск аппарата к Марсу планировался в октябре 2009 г., а прибытие на Марс летом 2010 г. Однако 4 декабря 2008 года НАСА объявило о переносе старта миссии на 2011 год.[1]
В разработке аппарата помимо NASA участвуют также другие космические агентства.
Место посадки Mars Science Laboratory ещё не определено. Подходящий участок будет выбран при помощи спутника Mars Reconnaissance Orbiter.
Название Curiosity было выбрано в 2009 году путем интернет-голосования среди вариантов, предложенных школьниками. Среди других вариантов были Adventure («Приключение»), Amelia, Journey («Путешествие»), Perception («Восприятие»), Pursuit («Стремление»), Sunrise («Восход»), Vision («Видение») и даже Wonder («Чудо»).

Задачи и цели миссии

MSL имеет четыре основных цели:
• Установить, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе.
• Получить подробные сведения о климате Марса.
• Получить подробные сведения о геологии Марса.
• Провести подготовку к высадке человека на Марсе.
Для достижения этих целей перед MSL поставлено восемь основных задач:
• Обнаружить и установить природу марсианских органических углеродных соединений.
• Обнаружить вещества, необходимые для существования жизни : углерод,водород,азот,кислород,фосфор,серу.
• Обнаружить следы возможного проистекания биологических процессов.
• Определить химический состав марсианской поверхности.
• Установить процесс формирования марсинских камней и почвы.
• Оценить процесс эволюции марсианской атмосферы в долгосрочном периоде.
• Определить текущее состояние, распределение и круговорот воды и углекислого газа.
• Установить спектр радиоактивного излучения поверхности Марса.

Характеристики
Сравнение марсоходов Mars Science Laboratory, Spirit и Sojourner Колеса марсоходов в сравнении со автомобильным 14-дюймовым диском MSL имеет 3 метра в длину, 2,1 метра в высоту с разложенной камерой и 2,7 метра в ширину[2]. Диаметр колёс составляет примерно 51 сантиметр. Вес марсохода 900 килограмм (включая 80 килограмм исследовательского оборудования) [3]
На поверхности Марса MSL будет способен преодолевать препятствия до 75 сантиметров в высоту. Максимальная предполагаемая скорость на пересеченной местности будет составлять 90 метров в час при автоматической навигации. Средняя же скорость, предположительно, составит 30 метров в час. Ожидается, что за время двухлетней миссии MSL пройдет не менее 19 километров.[4]
Конструкция прибора подобна тем, что использовались ранее — платформа с научными приборами на шести колесах. При этом он будет втрое тяжелее прежних марсоходов и обойдется в 1,5 миллиарда долларов. Вместо солнечных батарей в качестве источника энергии будет использован РИТЭГ, избавляя от проблемы запыления панелей солнечных батарей и простоев аппарата в ночное время. Выбранный РИТЭГ нового поколения способен снабжать марсоход в течение 14 лет[5].
Космический аппарат будет состоять из трех модулей — перелетного, посадочного и ровера-марсохода. Масса космического аппарата — 3,4 т, ровера — 930 кг, масса научной аппаратуры, установленной на ровере — 80 кг.
Посадочный модуль отделится от перелетного модуля перед входом в атмосферу. Для торможения посадочного модуля сначала будет использоваться сопротивление воздуха, затем парашют, и наконец, тормозные двигатели. Сам посадочный модуль не сразу коснется поверхности планеты — на определенной высоте ровер опустится на тросах, которые затем отстрелятся, а посадочный модуль отлетит в сторону, чтобы не загрязнять реактивными выхлопами место посадки ровера.

В передней части марсохода имеется «рука» длиной примерно 1,8 метра. Она достаточно сильна, чтобы выдержать человека, повисшего на её конце. Она во многом похожа на руку человека: есть подобия плеча, локтя и кисти, благодаря чему она может вытягиваться и сгибаться подобно руке человека.
На конце манипулятора будет установлено несколько научных инструментов: небольшой бур, лопатка для сбора образцов грунта и пыли и другие. Таким образом он сможет собирать образцы пород грунта, камней и пыли и доставлять их во внутреннюю часть марсохода для подробного химического анализа.

Исследовательские приборы
Еще в 2004 году НАСА сделало запрос о предложениях научных инструментов, которые должна будет принести MSL на поверхность Марса. Было внесено большое количество предложений и НАСА выбрало 8 самых актуальных. В ходе переговоров с другими странами НАСА заключило соглашение с Испанией и Россией о создании дополнительных инструментов. Давайте рассмотрим каждый из инструментов, которые получили билет на Марс.

Набор SAM (Sample Analysis at Mars, что переводится как анализ образцов на Марсе) должен обеспечить изучение образцов, которые будут добыты манипулятором Curiosity. Что входит в SAM? Это хроматограф газового типа, масс-спектрометр, а также спектрометр с настраиваемым лазером. Данное оборудование способно определить большое количество вариантов соединений органического типа, а также выявить соотношения различных изотопов основных элементов. Соотношение изотопных соединений может дать ответ на вопрос эволюции водной среды на Марсе, а также изучить его атмосферу. Главный исследователь данной программы – Пол Махаффи, ученый из Центра космических полётов имени Годарда.

Оборудование Sample Analysis at Mars

Установка CheMin instrument

Для фотосъемки горной породы будет применяться аппарат MAHLI (Mars Hand Lens Imager), который выполнит снимки крупным планом. Данное оборудование будет расположено в руке-манипуляторе и способно производить четкие снимки породы, на которой будут видны трещины величиной с человеческий волос. Аппарат может фокусироваться на труднодоступных объектах, которые расположены вне зоны досягаемости руки-манипулятора. Главный исследователь – Кеннет Эджетт.

Аппарат Mars Hand Lens Imager

В руке-манипуляторе расположится аппарат APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer), который предназначается для спектрального анализа образцов грунта и пород с поверхности Марса. Это позволит определить относительное содержание различных микроэлементов. В разработке аппарата принимало участие Канадское космическое агентство. Ведущий ученый Ральф Геллерт из Университета Гуэлфа.

Инструмент Alpha Particle X-ray Spectrometer

На высоте человеческого роста будет расположена мачтовая камера Mast Camera, которая позволит визуально оценивать обстановку в цветном режиме. Камера имеет высокое разрешение и способна сохранять видеоряд без потери качества изображения. Камера позволит осматривать собранные или обработанные рукой-манипулятором образцы. Ведущий исследователь – Майкл Малин.

Мачтовая камера Mast Camera

Прибор ChemCam позволит при помощи лазерных импульсом испарять слои материалов пород на глубину до 9 метров от поверхности Марса. Прибор имеет телескоп, который будет осуществлять захват изображения освещённого пучком лазера, а также спектрометр, который будет определять структуру атомов вещества, затронутого лазером. Это оборудование разместится на мачте марсохода. Главный исследователь – Роджер Винс, ученый из Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Для измерения радиационного фона на поверхности марса будет использоваться прибор RAD (Radiation Assessment Detector). Данная информация будет полезна для формирования миссии на Марс с участием человека. А также данный прибор поможет понять, пригоден ли Марс для заселения. Главный исследователь – Дональд Хасслер, ученый из Юго-Западного исследовательского института.

Прибор Radiation Assessment Detector

Перед посадкой на поверхность Марса аппарат произведет цветную видеосъемку участка, для дальнейшего составления плана последующей работы. Для этого будет использоваться камера Mardi (Mars Descent Imager). Главный исследователь – Майкл Малин.

Камера Mardi (Mars Descent Imager)

Для получения данных об атмосферном давлении, температуре, влажности, скорости ветра и уровня ультрафиолетового излучения будет использоваться прибор REMS (Rover Environmental Monitoring Station). Прибор был разработан Министерством образования и науки Испании. Главный исследователь – Хавьер Гомес-Эльвира, ученый из Мадридского Центра Астробиологии.

Оборудование REMS (Rover Environmental Monitoring Station)

Наши отечественные ученые из Федерального космического агентства России также создали прибор DAN (Dynamic Albedo of Neutrons), который измерять уровень водорода на поверхности Марса, а также на глубине до 1 метра. Водород может указать на наличие льда на поверхности Марса или наличия водных компонентов в различных минералах. Главный исследователь – Игорь Митрофанов, ученый из Института космических исследований РАН.

Анимация входа в атмосферу, примарсения и работы Mars Science Laboratory (MSL) Curiosity на You Tube:
http://www.youtube.com/watch?v=vTPu4LYbqvM&feature=player_detailpage#t=6s

Подробнее о российском приборе DAN (Dynamic Albedo of Neutrons instrument)
(Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН). Руководитель проекта – д. ф.-м.н. И.Г. Митрофанов)

В создании прибора DAN принимали участие:

-ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова (г. Москва)
Создание блока нейтронного генератора для прибора ДАН

-Институт Машиноведения РАН им. А.А. Благонравова (г. Москва)
Создание математической модели механической конструкции прибора; участие в создании испытательной базы для прибора ДАН в соответствии с требованиями НАСА; в подготовке методик проведения механических испытаний образцов и сопровождение испытаний образцов прибора.

-Объединенный Институт Ядерных Исследований (г. Дубна, Московская обл.)
Математическое моделирование счетных характеристик прибора ДАН; участие в разработке физической схемы прибора ДАН, подготовка и проведение калибровок образцов прибора на естественных и искусственных источниках нейтронов и на модельном стенде

-Институт Геохимии и Аналитической Химии им. В.И. Вернадского РАН (г. Москва)
Моделирование геологической обстановки на трассе марсохода для оптимизации конструкции ДАН и обработки научных данных

-Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL, USA)
Испытания инструмента в составе КА, обработка данных совместно с данными других экспериментов

-Университет Аризоны (UofA, USA)
Управление прибором в полете и подготовка данных

Наземный комплекс для обеспечения ядерно-физических научных космических экспериментов
Год:
2010
Автор:
Малахов, Алексей Владимирович
Тема диссертации :
Наземный комплекс для обеспечения ядерно-физических научных космических экспериментов
Ученая cтепень:
кандидат физико-математических наук
Место защиты диссертации:
Москва
Код cпециальности ВАК:
01.04.01
Специальность:
Приборы и методы экспериментальной физики

Источник