იაპონიაში, ოსაკის უნივერსიტეტის მკვლევრებმა შეიმუშავეს ტექნოლოგია, რომელსაც ცალკეული მოლეკულების დონეზე ამინომჟავების ორი განსხვავებული ფორმის ამოცნობა შეუძლია. ახალი მეთოდი ოქროს ნანომავთულებს, ელექტრულ სიგნალებსა და მანქანურ სწავლებას აერთიანებს. მეცნიერების შეფასებით, ტექნოლოგია მომავალში შესაძლოა კოსმოსურ მისიებში გამოიყენონ, რათა სხვა პლანეტებსა და ციურ სხეულებზე სიცოცხლის შესაძლო კვალი გამოიკვლიონ.
რატომ არის ამინომჟავები მნიშვნელოვანი სიცოცხლის ძიებისთვის?
ამინომჟავები ცილების ძირითადი შემადგენელი ნაწილებია და დედამიწაზე არსებული სიცოცხლისთვის ფუნდამენტური მნიშვნელობა აქვთ.
თუმცა მეცნიერებისთვის მხოლოდ ამინომჟავების აღმოჩენა სიცოცხლის არსებობის დამადასტურებელი მტკიცებულება არ არის. ეს ორგანული ნაერთები შეიძლება წარმოიქმნას არაბიოლოგიური ქიმიური პროცესების შედეგადაც.
განსაკუთრებულ ინტერესს იწვევს ამინომჟავების ქირალობა – თვისება, რომლის მიხედვითაც ერთი და იმავე ქიმიური შემადგენლობის მოლეკულებს სივრცეში განსხვავებული აგებულება აქვთ.
ქირალური მოლეკულების ორი ფორმა ერთმანეთის სარკისებურ ანარეკლს ჰგავს, დაახლოებით ისე, როგორც ადამიანის მარცხენა და მარჯვენა ხელები.
ამინომჟავების შემთხვევაში ამ ფორმებს L და D აღნიშვნებით განასხვავებენ.
დედამიწაზე ცოცხალი ორგანიზმების ცილების შემადგენლობაში თითქმის მხოლოდ L-ფორმის ამინომჟავები გვხვდება. მეცნიერებისთვის ეს ერთ-ერთი საინტერესო ბიოქიმიური თავისებურებაა, რადგან არაბიოლოგიური პროცესების შედეგად ხშირად ორივე ფორმა წარმოიქმნება.
ამიტომ ამინომჟავების სხვადასხვა ფორმის თანაფარდობის შესწავლა შესაძლოა მნიშვნელოვანი იყოს იმის დასადგენად, უკავშირდება თუ არა კონკრეტული ორგანული ნივთიერება ბიოლოგიურ პროცესებს.
როგორ მუშაობს ახალი ტექნოლოგია?
ოსაკის უნივერსიტეტის მკვლევრების მიერ შექმნილი მეთოდის საფუძველს ორი ოქროს ნანომავთული წარმოადგენს.
მათ შორის მოთავსებულია უკიდურესად მცირე ზომის ნაპრალი, რომელშიც ამინომჟავის ცალკეულ მოლეკულას შეუძლია მოხვედრა.
როდესაც მოლეკულა ნაპრალში აღმოჩნდება, იცვლება ელექტრული ტუნელური დენი , კვანტური მოვლენა, რომელიც ელექტრონებს ძალიან მცირე მანძილის გადალახვის საშუალებას აძლევს.
მკვლევრები ამ ცვლილებებს აფიქსირებენ და მიღებულ სიგნალებს მანქანური სწავლების ალგორითმებით აანალიზებენ.
ალგორითმი სწავლობს, როგორ განსხვავდება ერთი და იმავე ამინომჟავის L და D ფორმების მიერ წარმოქმნილი ელექტრული სიგნალები.
ამ გზით შესაძლებელი ხდება ორი სარკისებური მოლეკულის ერთმანეთისგან გარჩევა, მიუხედავად იმისა, რომ მათ ერთნაირი ქიმიური ფორმულა აქვთ.
მკვლევრების ინფორმაციით, ექსპერიმენტებში ამინომჟავების ფორმების ამოცნობის სიზუსტემ 80%-ს გადააჭარბა.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს მაჩვენებელი ჯერ არ არის საკმარისი ყველა სამეცნიერო და პრაქტიკული ამოცანისთვის, მიღებული შედეგები ცალკეული მოლეკულების ანალიზის ახალი შესაძლებლობის დემონსტრირებას წარმოადგენს.
ტექნოლოგია მეტეორიტისა და უდაბნოს ნიმუშებზე გამოსცადეს
მეცნიერებმა მეთოდის შესაძლებლობები მხოლოდ ლაბორატორიაში მომზადებული სუფთა ნიმუშებით არ შეამოწმეს.
კვლევის ფარგლებში მათ გააანალიზეს მურჩისონის მეტეორიტისა და ჩილეში მდებარე ატაკამის უდაბნოს ნიადაგის ნიმუშებიც.
მურჩისონის მეტეორიტი განსაკუთრებით საინტერესოა ასტრობიოლოგებისთვის. ის 1969 წელს ავსტრალიაში ჩამოვარდა და მასში მრავალფეროვანი ორგანული ნაერთები, მათ შორის ამინომჟავები, აღმოაჩინეს.
მეტეორიტის კვლევა მეცნიერებს ეხმარება გაიგონ, როგორ შეიძლებოდა ორგანული მოლეკულები წარმოქმნილიყო კოსმოსში დედამიწაზე სიცოცხლის გაჩენამდე.
ატაკამის უდაბნო კი დედამიწის ერთ-ერთი ყველაზე მშრალი რეგიონია. მისი გარემო პირობები გარკვეული თვალსაზრისით მარსის ზედაპირზე არსებულ პირობებს ჰგავს, რის გამოც რეგიონი ხშირად გამოიყენება ასტრობიოლოგიური ტექნოლოგიების გამოსაცდელად.
ოსაკის უნივერსიტეტის მკვლევრების ინფორმაციით, ახალი მეთოდით მიღებული შედეგები ტრადიციული ლაბორატორიული ანალიზის მონაცემებს დაუახლოვდა.
ეს გარემოება მნიშვნელოვანია, რადგან რეალური გარემოდან აღებული ნიმუშები გაცილებით რთული შემადგენლობისაა, ვიდრე სპეციალურად მომზადებული ლაბორატორიული ხსნარები.
რატომ შეიძლება გახდეს ტექნოლოგია მნიშვნელოვანი კოსმოსური მისიებისთვის?
დღეს ორგანული მოლეკულების დეტალური ანალიზისთვის ხშირად გამოიყენება რთული ლაბორატორიული მოწყობილობები, რომლებიც ნიმუშების დამუშავებასა და სპეციალურ პირობებს მოითხოვს.
კოსმოსური მისიების შემთხვევაში ასეთი აპარატურის გამოყენება დამატებით გამოწვევებთან არის დაკავშირებული.
ზონდებზე და სხვა კოსმოსურ მოწყობილობებზე შეზღუდულია ადგილი, ენერგიის მარაგი და აღჭურვილობის საერთო მასა.
ამიტომ მეცნიერები ცდილობენ შექმნან კომპაქტური ანალიტიკური სისტემები, რომლებსაც მცირე რაოდენობის ნიმუშების შესწავლა უშუალოდ კოსმოსური მისიის დროს შეეძლებათ.
ოსაკის უნივერსიტეტის ტექნოლოგია სწორედ ამ მიმართულებით არის საინტერესო.
ნანომასშტაბური სენსორისა და მონაცემთა ავტომატური ანალიზის კომბინაციამ შესაძლოა მომავალში შესაძლებელი გახადოს ამინომჟავების ფორმების კვლევა დედამიწაზე ნიმუშების დაბრუნების გარეშე.
ასეთი შესაძლებლობა განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი იქნებოდა მარსის, იუპიტერის თანამგზავრ ევროპისა და სატურნის თანამგზავრ ენცელადის შესწავლისას.
ამ ციურ სხეულებზე სიცოცხლის შესაძლო არსებობის საკითხი თანამედროვე ასტრობიოლოგიის ერთ-ერთ მთავარ საკვლევ მიმართულებად რჩება.
ნიშნავს თუ არა ამინომჟავების აღმოჩენა სიცოცხლის არსებობას?
მეცნიერები ხაზს უსვამენ, რომ ორგანული მოლეკულების აღმოჩენა ავტომატურად არ ნიშნავს ცოცხალი ორგანიზმების არსებობას.
ამინომჟავები და სხვა ორგანული ნივთიერებები შესაძლოა წარმოიქმნას ისეთ გარემოშიც, სადაც სიცოცხლე არასოდეს არსებობდა.
ასევე, L და D ფორმების არათანაბარი განაწილება ყოველთვის ბიოლოგიური პროცესების შედეგი არ არის. გარკვეულ პირობებში ქირალური ასიმეტრია არაბიოლოგიური მექანიზმებითაც შეიძლება ჩამოყალიბდეს.
შესაბამისად, სიცოცხლის შესაძლო კვალის შესაფასებლად აუცილებელია სხვადასხვა ტიპის მონაცემის ერთობლივი ანალიზი.
მკვლევრებს სჭირდებათ ინფორმაცია ნიმუშის ქიმიური შემადგენლობის, გარემო პირობების, ორგანული ნივთიერებების წარმოშობისა და სხვა შესაძლო ბიომარკერების შესახებ.
ახალი ტექნოლოგიის მთავარი მნიშვნელობა სწორედ დამატებითი ანალიტიკური შესაძლებლობის შექმნაში მდგომარეობს.
რა გამოწვევები რჩება?
მიუხედავად პერსპექტიული შედეგებისა, ტექნოლოგია ჯერ კვლევისა და განვითარების ეტაპზეა.
მეცნიერებს დასჭირდებათ ამოცნობის სიზუსტის გაზრდა, სხვადასხვა ტიპის ამინომჟავებზე მეთოდის შემოწმება და მისი მუშაობის სტაბილურობის დადასტურება.
ასევე მნიშვნელოვანია იმის შესწავლა, რამდენად ეფექტიანად იმუშავებს სენსორი რთულ გარემოში, სადაც ორგანულ ნაერთებთან ერთად სხვა ქიმიური ნივთიერებებიც გვხვდება.
კოსმოსურ მისიებში გამოსაყენებლად მოწყობილობამ უნდა გაუძლოს ტემპერატურის მკვეთრ ცვლილებებს, ვიბრაციას, რადიაციასა და სხვა ექსტრემალურ პირობებს.
ამიტომ ჯერ უცნობია, როდის იქნება შესაძლებელი ტექნოლოგიის კოსმოსურ ზონდებზე ან ასტრონავტების აღჭურვილობაში ინტეგრირება.
მიუხედავად ამისა, კვლევა აჩვენებს, რომ ნანოტექნოლოგიისა და ხელოვნური ინტელექტის გამოყენებით შესაძლებელია ისეთი ქიმიური განსხვავებების გამოვლენა, რომელთა შესწავლა აქამდე გაცილებით რთულ ანალიტიკურ სისტემებს მოითხოვდა.
ოსაკის უნივერსიტეტის მკვლევრების მიღწევა არ წარმოადგენს არამიწიერი სიცოცხლის აღმოჩენას, თუმცა შესაძლოა მნიშვნელოვანი ნაბიჯი იყოს იმ ინსტრუმენტების განვითარებაში, რომლებიც მომავალში სხვა პლანეტებზე სიცოცხლის შესაძლო ნიშნების ძიებაში დაგვეხმარება.
წყარო:
resou.osaka-u.ac.jp
www.nature.com