هم‌اینک تعدادی از محققان مشغول برنامه‌ریزی برای سفر به صحرای موهاوی در کالفرنیا هستند. تا بتوانند بر روی دریاچه‌ی سیرلس (Searles) مطالعاتی داشته‌باشند. سیرلیس یک دریاچه‌ی نمک خشک شده است، یک حوضه‌ی بسیار شور که به طور طبیعی پر از مواد شیمیایی خشن مانند آرسنیک و بور است. محققان می‌خواهند در آنجا میکروسکوپی هلوگرافیک را امتحان کنند که به منظور مطالعه‌ی میکروب‌هایی که در چنین محیط‌های خشن و دور از ذهنی رشد می کنند، طراحی و ساخته شده است. و تصور می‌کنید که هدف نهایی آن‌ها از این کار چیست؟ ارسال این میکروسکوپ با یک فضاپیما برای جستجوی نشانه‌های حیات در سایر سیارات، مانند مریخ و انسلادوس قمر یخ زده‌ی زحل.

جی نادو (Jay Nadeau) از پژوهشگران دانشگاه کلتک و یکی از محققان پروژه‌ی میکروسکوپ هلوگرافیک که SHAMU لقب گرفته است؛ (یعنی Submersible Holographic Astrobiology Microscope with Ultraresolution – میکروسکوپ هلوگرافیک اخترزیست‌شناسی با وضوح تصویر فوق العاده) می‌گوید: فرضیه‌ی کلی ما این است که حرکت کردن موجودات یک نشانه‌ی طبیعی زیستی خوب است! ما گمان می‌کنیم که اگر ویدئوهایی از گذشته‌ی باکتری‌های در حال شنا کردن (در سوپ آغازین حیات) داشتیم، حرکت کردن آن‌ها در این ویدئوها، بهترین اثبات‌ها برای چگونگی تشکیل حیات را به ما نشان می‌داد، بهتر از هر چیز دیگری!

 احتمالا منظور او با این مثال بهتر بیان می شود که آنتونی وان‌ لون‌هوک (Antonie van Leeuwenhoek ) پدر علم میکروبیولوژی که در قرن هفدهم و هجدهم از میکروسکوپ ساده ای برای مشاهده‌ی باکتری‌ها و تک‌یا

خته‌ای‌ها استفاده کرد، بلافاصله تشخیص داد که این چیزهای کوچک و ریزی که حرکت می‌کنند! موجودات زنده هستند. در واقع هنگامی که لون‌هوک در مورد مشاهدات میکروسکوپی‌اش از نمونه ای پلاک‌های بین دندان‌هایش می‌نوشت؛ این‌گونه مشاهداتش را شرح داده است: "تعداد زیادی جانور بسیار کوچک، که به طور دلپذیری حرکت می‌کنند." و هیچ‌کس به زنده بودن آن‌ها شک نکرد، چون در حال حرکت بودند.

  برای ضبط کردن تصاویری از یک میکروب در حال حرکت در جهانی دیگر، جی نادو و همکاران دیگرش در دانشگاه کلتک، در گروه تحقیقاتی مرتضی غریب، از جمله پروفسور هانس وی لیپمن استاد علوم هوایی و زیست تطبیقی و معاون دانشگاه کلتک، ایده‌ی استفاده از هلوگرافی دیجیتال به جای استفاده از میکروسکوپ‌های معمولی را داشتند.

هلوگرافی یک روش برای ثبت اطلاعات کامل و جامع است که می‌تواند یک نمونه‌ی سه بعدی بازسازی شده را بعدا در هر زمان دیگری تولید کند. در مقایسه با تصاویر میکروسکوپی که اغلب، هنگام فوکوس کردن بر روی یک موضوع، مانند یک لام ، تنها یک تصویر با عمق میدان بسیار کم ایجاد می کنند و به این دلیل که از تعداد زیادی لنز ساخته شده اند، تصاویرشان مسطح هستند. هلوگرافی یک تصویر با عمق میدان نسبتا بالا ارائه می‌دهد و تصاویری با وضوح تصویر فوق العاده ثبت می‌کند. همچنین به خاطر نداشتن قطعات متحرک و شکستنی، مانند لنزهای زیاد میکروسکوپ‌های معمولی، در محیط‌های سخت و فراز و فرودهای سفرهای فضایی، مشکل خاصی ندارد.
عکاسی معمولی، تنها شدت نور را (که متناسب با دامنه‌ی نوسان نور است) ثبت می‌کند. که حتی همین تصویر جسم نیز بعد از شکست نور توسط لنز دوربین ثبت می‌شود. اما می‌دانیم که نور به عنوان یک موج، هم دامنه‌ی نوسان و هم فاز دارد. فاز نور به عنوان یک ویژگی جداگانه می‌تواند به ما بگوید که نور چقدر راه طی کرده‌ است، و یا چقدر پراکنده شده است. هلوگرافی تکنیکی است که هر دوی این ویژگی‌ها را ثبت می‌کند. و همین ما را قادر می‌سازد تا بتوانیم دوباره یک تصویر سه بعدی از جسم مورد مشاهده‌مان بسازیم.

برای فهم این تکنیک بیایید یک برکه‌ی آب را تصور کنیم که یک سنگ‌ریزه درون آن رها می‌شود. موج‌هایی بر روی سطح آب ایجاد می‌شود، و اگر یک سنگ‌ریزه‌ی دیگر، در جایی دیگر از برکه بیافتد، دسته‌ی دومی از موج‌ها ایجاد می‌شود. اگر امواج بر روی سطح آب با یک جسم بزرگ، مانند یک سنگ برخورد کنند، یا پراکنده می‌شوند یا دچار تفرق (پراش) می‌شوند. در نتیجه چیزی که دیده می شود تغییر الگوی موج‌ها بر روی سطح آب است. هلوگرافی مانند رهاکردن همزمان دو سنگ‌ریزه در سطح آب یک برکه است، دو پرتو لیزر، کار آن دو سنگ‌ریزه را انجام می‌دهند، یکی از آن پرتوها، پرتوی مرجع است که به طور ساده از سوژه‌ی مورد نظر تصویر می‌گیرد و پرتوی دیگر، همراه با تصویر سوژه دچار پراش یا پراکندگی می‌شود. یک آشکارساز نیز اقدام به اندازه‌گیری ترکیبی - تطبیقی امواج این دو پرتوی لیزری می‌کند. که ما آن را به عنوان الگوی تداخلی می‌شناسیم. با دانستن این که امواج چگونه پخش می‌شوند، و تحلیل الگوی تداخلی، یک کامپیوتر می‌تواند آنچه را که یک پرتو در طول سفرش با آن مواجه شده است برای ما بازسازی کند. و به ما بگوید که این پرتو در طول مسیرش از جسم تا هنگام ثبت شدن توسط ما، دچار چه پراش‌ها و پراکندگی‌هایی شده‌ و در کل، با چه چیزهایی مواجه شده است.

کریس لیندنسمیت (Chris Lindensmith) یک مهندس سیستم در JPL (آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا) و یکی از محققان این پروژه توضیح می‌دهد که "ما می‌توانیم یک الگوی تداخلی را بگیریم و از آن برای بازسازی تمام تصاویر در لایه‌های مختلف ناحیه مورد نظرمان استفاده کنیم. و بعد ما میتوانیم قسمت‌های مورد نظر خودمان را بازسازی کنیم و هرچیزی که در آن ناحیه وجود داشته باشد را ببینیم.
این بدان معناست که تنها با گرفتن یک تصویر، می‌توانیم هرآنچه در ناحیه‌ی مورد نظرمان وجود دارد را ثبت کنیم، چه یک باکتری تنها باشد، چه هزاران باکتری. و با گرفتن یک سری تصاویر پشت‌سرهم محققان می‌توانند ناحیه‌ی مورد نظر را دقیقا بازسازی کنند و باکتری‌های درحال حرکت، همان‌هایی که مشغول شناکردن هستند! را تشخیص بدهند. این کار در میکروسکوپ‌های معمولی تقریبا غیرممکن است، به علت بسته بودن زاویه دید و مسطح بودن تصویر، شما باید همواره بر روی یک باکتری خاص تمرکز کنید و نمی‌توانید ورجه وورجه کردن باکتری‌ها را ببینید و متوجه آن شوید.

جی نادو می‌گوید که نمونه‌ی اولیه‌ی این آزمایش در طی سفر تحقیقاتی گروه به گرینلند آزمایش شده‌است. در هر سایت آزمایش، محققان یک سوراخ درون یخ دریا حفر می‌کردند و میکروسکوپ را در درون حفره غوطه‌ور می‌کردند و تا عمقی پایین می‌فرستادند تا به آب‌های شور به دام‌افتاده درون یخ برسند. سپس شروع به تصویربرداری هلوگرافیک می‌کردند. او اضافه می‌کند: "ما می‌دانستیم که آن‌ها، آنجا درون آب زندگی می‌کنند و در حال شنا کردن هستند. اما هیچ‌کس به درستی نمی‌دانست که چه نوع میکروارگانیسمی در آن آب‌های شور درون دریای یخ زندگی می‌کنند."
در طول سفر گرینلند، گروه SHAMU موفق به ثبت تصاویر و فیلم‌هایی از حرکت باکتری‌ها و جلبک‌های درون آب‌های شور منطقه شدند.

 
پروژه‌ی سه‌ساله‌ی SHAMU در ژانویه‌ی 2014 با کمک مالی موسسه‌ی گورودن و بتی مور شروع شد. در ماه‌های پیش‌رو محققان امید به بهبود محفظه نمونه برداری میکروسکوپ و کوچکتر کردن سایز کلی دستگاه دارند. آن ها امیدوارند که تا پایان دوره‌ی تخصیص کمک‌های مالی، یک دستگاه آماده‌ی راه‌اندازی داشته باشند.
به عنوان اولین آزمایش واقعی در فضا، آن‌ها می‌خواهند که دستگاه‌شان را به ایستگاه فضایی بین‌المللی ارسال کنند. این ارسال نه فقط برای تست کردن دستگاه در فضا، بلکه برای مشاهده‌ی نمونه‌های باکتریایی تحت شرایط بدون جاذبه است. حتی فراتر از آن، آن‌ها امیدوارند که پروژه‌ی SHAMU به عنوان یک بخش در یکی از کاوشگرهای مریخ ناسا با هدف جستجو برای نشانه‌های زیستی در دشت‌های شمالی و یخ‌زده‌ی مریخ شروع به کار کند. تیم دانشگاه کلتک، با همکاری یک شرکت رباتیک که مته‌ها و سیستم‌های نمونه‌برداری برای ماموریت‌های متعدد ناسا (از جمله ماموریت‌های مریخ) تولید می‌کند، در حال طراحی و ساخت یک مته هستند که میکروسکوپ هلوگرافیک بر روی آن نصب شود و تا عمق 1 متری سطح یخ‌زده‌ی مریخ را کاوش کند.

منبع :

Building a Microscope to Search for Signs of Life on Other Worlds

منابع مفید برای مطالعه :

پراش نور

هلوگرافی

کاربرد لیزر در هلوگرافی
 

حیات در مریخ
 

حیات در منظومه شمسی

زیست فرازمینی - ویکی پدیا فارسی

اخترزیست شناسی - ویکی پدیا فارسی

گروه تحقیقاتی دکتر غریب در دانشگاه کلتک
 

صفحه شخصی دکتر مرتضی غریب در دانشگاه کلتک

Digital Holographic Microscopy Laboratory at Caltech