日本研究人員開發新型電氣方法 助力尋找外星生命跡象

日本的研究人員開發出一種電氣方法，能夠逐分子區分氨基酸的鏡像形式，這是邁向未來有望幫助尋找地球以外生命跡象的緊湊儀器的一步。這項研究來自大阪大學，結合了金電極之間的納米級間隙與人工智能技術。

氨基酸是蛋白質的基本組成部分，存在兩種鏡像形式，分別稱為 L 形和 D 形。活生物體幾乎專門使用 L 形氨基酸，而其糖類則呈 D 形。非生物的化學和物理過程則同時以相等的量產生兩種氨基酸形式，使 L/D 比率成為潛在的生命標記。研究者強調，這只是其中一個線索，應與其他證據一起考量。他們指出，早期報告中提到的隕石中 L 形氨基酸過量通常被認為是來自地球的污染，而美國國家航空暨太空總署（NASA）和日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的隕石樣本回收任務並未發現顯著的過量。

新方法的技術特點

傳統的方法分析大量分子，而這種新方法則是逐一計數。當一個分子通過兩根金納米線之間約半納米寬的間隙時，會產生一種隧道電流。每種氨基酸形式會產生不同的電流波形，然後由機器學習進行分類。該方法無需光學測量或化學試劑，研究人員表示，電氣檢測能夠簡化儀器設計並減少對振動的敏感性。主導作者大城貴仁表示：「通過將我們的納米間隙隧道技術與人工智能結合，我們能夠以超過 80% 的準確度區分 L 形和 D 形的氨基酸。

這是首次在單分子層面上區分氨基酸的手性，構成了化學感測的一項根本性進展。」

實驗結果與應用

在隕石和沙漠測試中，對 39 種形式進行的盲測涵蓋了 19 種手性氨基酸的 L 和 D 版本，加上不具鏡像的甘氨酸，識別的準確率超過 50%，遠高於隨機概率。四種氨基酸混合的不同手性組成的定量準確率超過 66%。由於感興趣的樣本通常包含大量分子，團隊分析了來自穆爾奇森隕石和智利兩個阿塔卡馬沙漠地點的土壤提取物。資深作者谷口正輝表示：「我們的方法與傳統方法相當，因為兩者均能捕捉氨基酸組成的主要特徵。」

論文描述了一種針對性的方法，而非全面剖析，專注於預先選定的 11 種六種氨基酸的形式。在沙漠樣本中，穀氨酸並未被可靠識別。與液相色譜-質譜法的比較結果不同，穆爾奇森樣本中天冬氨酸的比率吻合良好，但丙氨酸和纈氨酸的比率則有所不同。

作者表示，實際應用於太空任務將需要更多的驗證，包括受污染控制的測試和針對常見污染物進行訓練的軟件。在校準測試中，傳感器在 0.03 奈摩爾的濃度下檢測到色氨酸，低於約 1 奈摩爾的生命檢測測量目標，雖然他們警告這一數字並不反映在複雜樣本中的性能。該晶片能耐受超過 572 華氏度（300 攝氏度）的高溫，因此可在太空船上無需冷卻。該研究於 10 月 5 日在《自然通訊》上發表。

新技術在尋找外星生命中的潛力

這項新技術的發展為尋找外星生命提供了一個嶄新的方向。透過逐分子分析氨基酸的手性，研究人員能夠更精確地識別潛在的生命標記。由於氨基酸的鏡像形式在生物體中的分佈具有特定性，這項技術可能成為未來太空探索的關鍵工具。然而，實際應用仍需克服污染及樣本複雜性等挑戰，進一步的驗證將是推進這一研究的重要步驟。