日本研究人员开发新型电气方法 助力寻找外星生命踪迹

日本研究人员开发出一种电气方法，能够逐分子区分氨基酸的镜像形式，这是迈向未来有望帮助寻找地球以外生命踪迹的紧凑仪器的一步。这项研究来自大阪大学，结合了金电极之间的纳米级间隙与人工智能技术。

氨基酸是蛋白质的基本组成部分，存在两种镜像形式，分别称为 L 形和 D 形。活生物体几乎专门使用 L 形氨基酸，而其糖类则呈 D 形。非生物的化学和物理过程则同时以相等的量产生两种氨基酸形式，使 L/D 比率成为潜在的生命标记。研究者强调，这只是其中一个线索，应与其他证据一起考量。他们指出，早期报告中提到的陨石中 L 形氨基酸过量通常被认为是来自地球的污染，而美国国家航空暨太空总署（NASA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的陨石样本回收任务并未发现显著的过量。

新方法的技术特点

传统的方法分析大量分子，而这种新方法则是逐一计数。当一个分子通过两根金纳米线之间约半纳米宽的间隙时，会产生一种隧道电流。每种氨基酸形式会产生不同的电流波形，然后由机器学习进行分类。该方法无需光学测量或化学试剂，研究人员表示，电气检测能够简化仪器设计并减少对振动的敏感性。主导作者大城贵仁表示：「通过将我们的纳米间隙隧道技术与人工智能结合，我们能够以超过 80% 的准确度区分 L 形和 D 形的氨基酸。

这是首次在单分子层面上区分氨基酸的手性，构成了化学传感的一项根本性进展。」

实验结果与应用

在陨石和沙漠测试中，对 39 种形式进行的盲测涵盖了 19 种手性氨基酸的 L 和 D 版本，加上不具镜像的甘氨酸，识别的准确率超过 50%，远高于随机概率。四种氨基酸混合的不同手性组成的定量准确率超过 66%。由于感兴趣的样本通常包含大量分子，团队分析了来自穆尔奇森陨石和智利两个阿塔卡马沙漠地点的土壤提取物。资深作者谷口正辉表示：「我们的方法与传统方法相当，因为两者均能捕捉氨基酸组成的主要特征。」

论文描述了一种针对性的方法，而非全面剖析，专注于预先选定的 11 种六种氨基酸的形式。在沙漠样本中，谷氨酸并未被可靠识别。与液相色谱-质谱法的比较结果不同，穆尔奇森样本中天冬氨酸的比率吻合良好，但丙氨酸和纈氨酸的比率则有所不同。

作者表示，实际应用于太空任务将需要更多的验证，包括受污染控制的测试和针对常见污染物进行训练的软件。在校准测试中，传感器在 0.03 奈摩尔的浓度下检测到色氨酸，低于约 1 奈摩尔的生命检测测量目标，虽然他们警告这一数字并不反映在复杂样本中的性能。该芯片能耐受超过 572 华氏度（300 摄氏度）的高温，因此可在太空船上无需冷却。该研究于 10 月 5 日在《自然通讯》上发表。

新技术在寻找外星生命中的潜力

这项新技术的发展为寻找外星生命提供了一个崭新的方向。通过逐分子分析氨基酸的手性，研究人员能够更精确地识别潜在的生命标记。由于氨基酸的镜像形式在生物体中的分布具有特定性，这项技术可能成为未来太空探索的关键工具。然而，实际应用仍需克服污染及样本复杂性等挑战，进一步的验证将是推进这一研究的重要步骤。