Pomiary elektryczne w poszukiwaniu życia w kosmosie
Jednym z istotnych wyzwań stojących przed astrobiologią jest stworzenie niewielkich i czułych instrumentów zdolnych do wykrywania śladów życia. Takie urządzenia mogłyby być wykorzystywane zarówno do badań w Układzie Słonecznym, jak i do analiz obiektów znajdujących się poza nim.
Zespół naukowców z University of Osaka opracował metodę, która umożliwia identyfikowanie aminokwasów na podstawie sygnałów elektrycznych. Wyniki badań opublikowano na łamach czasopisma „Nature Communications”.
Co aminokwasy mogą powiedzieć o obecności życia?
Aminokwasy, będące podstawowymi składnikami białek, mogą dostarczać informacji pomocnych w odróżnianiu organizmów od materii powstałej w procesach niezwiązanych z życiem. Związki te występują w dwóch formach, które są swoimi lustrzanymi odbiciami. Choć mają identyczny wzór chemiczny, ich wzajemne proporcje mogą mieć znaczenie przy poszukiwaniu śladów procesów biologicznych.
W organizmach niemal wszystkie aminokwasy występują w formie L, podczas gdy cukry mają formę D. Natomiast w procesach chemicznych i fizycznych niezwiązanych z życiem powstają obie formy aminokwasów w jednakowych ilościach.
Z tego powodu proporcje form L i D mogą służyć jako biosygnatura, czyli wskaźnik obecności życia. To właśnie dlatego aminokwasy zajmują ważne miejsce w badaniach astrobiologicznych.
Dotychczasowe techniki wymagały badania dużych zbiorów cząsteczek, co stwarzało dodatkowe trudności. Analiza sygnałów elektrycznych może stanowić alternatywę, ponieważ jest prostsza, mniej wrażliwa na drgania i nie wymaga użycia odczynników chemicznych.
Analiza pojedynczych cząsteczek dzięki nanotechnologii
Badacze wykorzystali osiągnięcia nanotechnologii, aby opracować sposób identyfikowania pojedynczych cząsteczek na podstawie zmian natężenia przepływającego prądu. W eksperymencie analizowano związki chemiczne przemieszczające się przez szczelinę pomiędzy dwoma nanodrutami wykonanymi ze złota. Przechodzenie cząsteczek przez tę przestrzeń wywoływało przepływ prądu tunelowego.
Poszczególne formy aminokwasów generowały odmienne przebiegi sygnału elektrycznego. Dzięki temu możliwe było bezpośrednie wykrywanie i zliczanie cząsteczek przechodzących przez szczelinę.
Zastosowanie sztucznej inteligencji pozwoliło rozpoznawać formy L i D aminokwasów z dokładnością przekraczającą 80 proc. Badacze po raz pierwszy wykazali możliwość odróżniania tych form na poziomie pojedynczych cząsteczek, co stanowiło istotny postęp w analizie chemicznej.
Testy z wykorzystaniem meteorytu i ziemskiej gleby
Próbki badane przez astrobiologów zazwyczaj zawierają wiele rodzajów cząsteczek. Z tego względu naukowcy sprawdzili również, czy opracowana technika sprawdzi się podczas analizy bardziej złożonych mieszanin.
W tym celu przebadali materiał z meteorytu Murchison, znalezionego w Australii, a także glebę pochodzącą z chilijskiej pustyni Atakama. Rezultaty uzyskane nową metodą były porównywalne z wynikami otrzymanymi przy użyciu dotychczas stosowanych technik. Oba rozwiązania umożliwiły określenie najważniejszych cech składu aminokwasów w analizowanych próbkach.
Małe urządzenia do wykrywania śladów życia pozaziemskiego
Naukowcy liczą na to, że opracowane rozwiązanie umożliwi skonstruowanie niewielkich instrumentów wykorzystujących pomiary elektryczne do identyfikowania oznak życia pozaziemskiego.
Mariusz Drzewiecki
