ओसाका की विद्युत तकनीक अंतरिक्ष में जीवन के संकेतों की पहचान में मदद कर सकती है

जीवन की खोज में उपकरण की समस्या

खगोल-जीवविज्ञानी दशकों से सौरमंडल और व्यापक ब्रह्मांड को इस संकेत के लिए स्कैन कर रहे हैं कि पृथ्वी के अलावा कहीं और जीव विज्ञान मौजूद है। बाधा महत्वाकांक्षा नहीं बल्कि उपकरण है। एक जैव-हस्ताक्षर संसूचक को अत्यंत संवेदनशील होना चाहिए, क्योंकि जिन अंशों की वह खोज करता है वे किसी नमूने में मात्र कुछ अणुओं तक सीमित हो सकते हैं, और उसे इतना छोटा और मजबूत भी होना चाहिए कि अंतरिक्ष यान की यात्रा सह सके। एक साथ दोनों आवश्यकताओं को पूरा करने वाला कुछ बनाना, जैसा कि शोधकर्ता इसे कहते हैं, एक असाधारण इंजीनियरिंग चुनौती रही है। ओसाका विश्वविद्यालय के एक समूह ने अब एक विद्युत तकनीक का वर्णन किया है जो आगे का रास्ता दे सकती है। निष्कर्ष Nature Communications में प्रकाशित होने वाले हैं।

जीव विज्ञान के हस्ताक्षर के रूप में दर्पण-प्रतिबिंब अणु

इस कार्य के पीछे का अधिकांश तर्क अमीनो अम्ल पर आधारित है, जो प्रोटीन के निर्माण के आणविक खंड हैं। कई अमीनो अम्ल दो रूपों में मौजूद होते हैं जो एक-दूसरे के दर्पण-प्रतिबिंब होते हैं: रासायनिक सूत्र में समान, लेकिन हस्तता या काइरैलिटी में विपरीत। जीवन और निर्जीव रसायन इन दो रूपों को बहुत अलग तरीके से संभालते हैं। जीव अपने अमीनो अम्ल लगभग पूरी तरह L-रूप में बनाते हैं, जबकि उनकी शर्कराएँ अत्यधिक D-रूप में दिखाई देती हैं। इसके विपरीत, अजैविक रासायनिक और भौतिक प्रक्रियाएँ ऐसी कोई प्राथमिकता नहीं दिखातीं और आमतौर पर दोनों रूपों को समान अनुपात में उत्पन्न करती हैं। इसलिए वह विषमता — L- और D-रूपों का अनुपात — एक आशाजनक जैव-हस्ताक्षर है, और यह अमीनो अम्ल को खगोल-जीवविज्ञान के लिए स्वाभाविक केंद्रबिंदु बनाती है। यदि किसी अन्य दुनिया से लिया गया नमूना मजबूत हस्तता पक्षपात के साथ वापस आता है, तो यह एक सार्थक संकेत होगा कि जीव विज्ञान काम कर रहा था।

थोक माप क्यों अपर्याप्त है

पारंपरिक उपकरण काइरैलिटी का निर्धारण एक साथ अणुओं के बड़े समूहों का विश्लेषण करके करते हैं। यह थोक दृष्टिकोण एक सुसज्जित प्रयोगशाला में अच्छी तरह काम करता है, लेकिन जब लक्ष्य उड़ान-योग्य उपकरण हो तो यह व्यावहारिक कठिनाइयाँ लाता है। यह सुझाव दिया गया है कि एक विद्युत संसूचन योजना इनमें से कई मुद्दों को एक साथ दरकिनार कर सकती है: ऐसी विधि को लागू करना सरल होगा, कंपन से कम प्रभावित होगी, और थोक तकनीकों द्वारा आवश्यक रासायनिक अभिकर्मकों से मुक्त होगी। ये ठीक वही गुण हैं जो तब मायने रखते हैं जब किसी उपकरण को प्रयोगशाला की मेज से दूर संचालित होना पड़ता है।

एकल अणु, नैनोगैप में गिने गए

नैनोतकनीक में प्रगति ने ओसाका टीम को थोक आबादी के बजाय जैविक महत्व के अलग-अलग अणुओं का विद्युत रूप से पता लगाने की सुविधा दी। सेटअप अणुओं को दो सोने के नैनोतारों के बीच के अंतराल से गुजारता है। जैसे ही कोई अणु उस अंतराल को पार करता है, यह एक विद्युत टनलिंग धारा उत्पन्न करता है, और उस धारा की तरंग-आकृति इस पर निर्भर करती है कि अमीनो अम्ल का कौन-सा रूप गुजर रहा है। चूँकि वे विद्युत फिंगरप्रिंट भिन्न-भिन्न पहचाने जा सकते हैं, शोधकर्ता गिन सकते हैं कि प्रत्येक रूप के कितने अणु अंतराल को पार करते हैं — एक प्रत्यक्ष, अणु-दर-अणु माप, न कि भीड़ पर औसत पाठ्यांक। टीम ने नैनोगैप टनलिंग तकनीक को कृत्रिम बुद्धिमत्ता के साथ भी जोड़ा, जिससे उनके अनुसार वे दोनों रूपों को अलग कर सके।

मंगल के प्रतिनिधि से नमूने

अध्ययन में विश्लेषित नमूने चिली में अंतोफागास्ता के उत्तर में अटाकामा रेगिस्तान के अति-शुष्क केंद्र में एकत्र किए गए थे। उस क्षेत्र का उपयोग मंगल-समान वातावरण के रूप में किया जाता है: इसकी अत्यधिक शुष्कता और विरल जीव विज्ञान इसे लाल ग्रह पर पाई जाने वाली कठोर सतहों के सबसे निकट स्थलीय अनुमानों में से एक बनाते हैं। ऐसी सेटिंग की सामग्री पर जीवन-संसूचन तकनीक का परीक्षण करना यह मूल्यांकन करने का एक तरीका है कि विधि उन परिस्थितियों में कैसा व्यवहार करती है जो किसी ग्रहीय मिशन में आ सकती हैं। कार्य के साथ दी गई अटाकामा की छवि का श्रेय Christopher E. Carr को है।

एक संक्षिप्त विद्युत संसूचक क्या बदल देगा

इस दृष्टिकोण का आकर्षण इसमें निहित है कि यदि यह एक कार्यशील उपकरण के रूप में विकसित हो जाए तो यह क्या सक्षम कर सकता है। वर्णित लाभों में शामिल हैं:

• बड़े समूहों के बजाय अलग-अलग अणुओं की गिनती की जाती है, जिससे L/D अनुपात पर सीधा पाठ्यांक मिलता है जो संभावित जैव-हस्ताक्षर के रूप में कार्य करता है।
• माप विद्युत है, जो कुछ स्थापित विधियों द्वारा निर्भर रासायनिक अभिकर्मकों से बचाता है।
• विद्युत पाठ्यांक थोक तकनीकों की तुलना में कंपन के प्रति कम संवेदनशील बताए गए हैं, जो लैंडर या रोवर पर संचालित हार्डवेयर के लिए एक उपयोगी गुण है।
• यह दृष्टिकोण नैनोस्केल निर्माण पर आधारित है, जिसमें सोने के नैनोतार जंक्शन छोटी चिप्स पर बनाए जा सकते हैं।

इनमें से प्रत्येक गुण एक ही अड़चन की ओर इशारा करता है: प्रयोगशाला-स्तरीय विश्लेषणात्मक विधि को इतना छोटा करने की कठिनाई कि उसे उड़ाया जा सके। एक ऐसी तकनीक जो अभिकर्मक की बोतल और प्रकाशिक बेंच के बजाय नैनोगैप के माध्यम से धारा पर निर्भर करती है, सिद्धांत रूप में लघुकरण के लिए आसान है।

एक उभरता उपकरण, पूर्ण मिशन नहीं

ओसाका का परिणाम जीवन की खोज के बजाय विधि विकास में एक कदम है। इसका महत्व यह है कि यह अमीनो अम्ल के दोनों काइरल रूपों को एकल-अणु संकल्प पर विद्युत रूप से अलग करने का मार्ग प्रदर्शित करता है, और यह कि इस दृष्टिकोण का परीक्षण मंगल की नकल के लिए चुने गए वातावरण के नमूनों पर किया जा सकता है। क्या यह तकनीक अंततः भविष्य के पेलोड का हिस्सा बनेगी, यह आगे के कार्य पर निर्भर करता है जो दिखाए कि यह प्रयोगशाला के बाहर विश्वसनीय रूप से संचालित हो सकती है और उन प्रकार के नमूनों पर जिनका विश्लेषण कोई मिशन वास्तव में करेगा। फिर भी, जैसे-जैसे खगोल-जीवविज्ञानी यह तौलते रहते हैं कि कहाँ देखना है और क्या खोजना है, एक ऐसा उपकरण जो छोटा, मजबूत और अभिकर्मक-मुक्त है, जैव-हस्ताक्षरों की खोज में एक मान्यता प्राप्त अंतराल को संबोधित करता है — हमारे सौरमंडल के भीतर और उससे परे दोनों में।

यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।