باحثون يابانيون يطورون طريقة كهربائية جديدة تساعد في البحث عن آثار حياة خارج الأرض

طور باحثون يابانيون طريقة كهربائية قادرة على التمييز بين الأشكال المرآتية للأحماض الأمينية على مستوى الجزيء الواحد، وهي خطوة نحو أجهزة مدمجة مستقبلية يُرجى أن تساعد في البحث عن آثار حياة خارج الأرض. وجاء هذا البحث من جامعة أوساكا، حيث جمع بين فجوات نانوية بين أقطاب ذهبية وتقنيات الذكاء الاصطناعي。

الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية للبروتينات، وتوجد في شكلين مرآتيين يُداران بـ L و D. تستخدم الكائنات الحية بشكل شبه حصري الأحماض الأمينية من شكل L، بينما تكون سكرياتها من شكل D. أما العمليات الكيميائية والفيزيائية غير الحيوية فتنتج الشكلين بكميات متساوية، مما يجعل نسبة L/D مؤشراً محتملاً للحياة. وأكد الباحثون أن هذا مجرد دليل واحد يجب اعتباره مع أدلة أخرى. وأشاروا إلى أن الزيادة في الأحماض الأمينية من شكل L في النيازك المذكورة في تقارير سابقة يُعتقد عادة أنها تلوث أرضي، في حين لم تجد مهام استعادة عينات النيازك التابعة لإدارة الطيران والفضاء الأمريكية (NASA) ووكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) زيادة ذات دلالة.

الخصائص التقنية للطريقة الجديدة

تحلل الطرق التقليدية كميات كبيرة من الجزيئات، بينما تعد هذه الطريقة الجديدة الجزيئات واحداً واحداً. عندما يمر جزيء عبر فجوة عرضها نحو نصف نانومتر بين سلكين نانويين من الذهب، يتولد تيار نفق. ينتج كل شكل من أشكال الحمض الأميني موجة تيار مختلفة، ثم يصنفها التعلم الآلي. لا تتطلب الطريقة قياسات بصرية أو كواشف كيميائية، وقال الباحثون إن الكشف الكهربائي يبسط تصميم الجهاز ويقلل الحساسية للاهتزازات. وقال المؤلف الرئيسي تاكاهيتو أوشيرو: "من خلال الجمع بين تقنية النفق النانوي الفجوي خاصتنا والذكاء الاصطناعي، استطعنا التمييز بين الأحماض الأمينية من شكل L وشكل D بدقة تتجاوز 80%."

هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها التمييز بين يدوية الأحماض الأمينية على مستوى الجزيء الواحد، مما يشكل تقدماً أساسياً في الاستشعار الكيميائي.

نتائج التجارب والتطبيقات

في اختبارات على النيازك والصحراء، شمل الاختبار الأعمى لـ 39 شكلاً نسختي L و D لـ 19 حمضاً أمينياً يدوياً، إضافة إلى الغليسين غير اليدوي، وبلغت دقة التعرف أكثر من 50%، أي أعلى بكثير من الاحتمال العشوائي. وبلغت دقة القياس الكمي للتركيبات اليدوية المختلفة لخليط من أربعة أحماض أمينية أكثر من 66%. ونظراً لأن العينات محل الاهتمام عادة ما تحتوي على عدد كبير من الجزيئات، حلل الفريق مستخلصات تربة من نيزك مورتشيسون ومن موقعين في صحراء أتاكاما في تشيلي. وقال المؤلف الرئيسي ماساكي تانيغوتشي: "طريقتنا تعادل الطرق التقليدية لأن كلاهما قادر على التقاط السمات الرئيسية لتركيب الأحماض الأمينية."

تصف الورقة طريقة مستهدفة لا تحليلاً شاملاً، تركز على 11 شكلاً مختاراً مسبقاً لستة أحماض أمينية. في العينات الصحراوية، لم يتم التعرف على حمض الغلوتاميك بشكل موثوق. وعلى عكس نتائج المقارنة مع الكروماتوغرافيا السائلة-المطياف الكتلي، تطابقت نسبة حمض الأسبارتيك في عينة مورتشيسون بشكل جيد، لكن نسبتي الألانين والفالين اختلفتا.

قال المؤلفون إن التطبيق العملي في مهام الفضاء سيتطلب المزيد من التحقق، بما في ذلك اختبارات خاضعة للرقابة على التلوث وبرمجيات مدربة على الملوثات الشائعة. في اختبارات المعايرة، اكتشف المستشعر التربتوفان عند تركيز 0.03 نانومول، وهو أقل من هدف القياس لكشف الحياة البالغ نحو 1 نانومول، رغم أنهم حذروا من أن هذا الرقم لا يعكس الأداء في العينات المعقدة. تستطيع الشريحة تحمل درجات حرارة تتجاوز 572 درجة فهرنهايت (300 درجة مئوية)، وبالتالي يمكن استخدامها في المركبات الفضائية دون تبريد. ونُشر البحث في 5 أكتوبر في دورية "نيتشر كوميونيكيشنز".

إمكانات التقنية الجديدة في البحث عن حياة خارج الأرض

يفتح تطوير هذه التقنية الجديدة اتجاهاً جديداً للبحث عن حياة خارج الأرض. فمن خلال تحليل يدوية الأحماض الأمينية جزيئاً بجزيء، يستطيع الباحثون تحديد مؤشرات الحياة المحتملة بدقة أكبر. ونظراً لتوزع أشكال الأحماض الأمينية المرآتية في الكائنات الحية بتميز محدد، قد تصبح هذه التقنية أداة رئيسية في استكشاف الفضاء المستقبلي. غير أن التطبيق العملي لا يزال يتطلب التغلب على تحديات مثل التلوث وتعقيد العينات، وستكون المزيد من عمليات التحقق خطوة مهمة لدفع هذا البحث قدماً.