ओसाकाची विद्युत तंत्रज्ञान पद्धत अवकाशातील जीवनाच्या चिन्हे ओळखण्यास मदत करू शकते

जीवनाच्या शोधातील उपकरणाची समस्या

खगोलजीवशास्त्रज्ञांनी पृथ्वीव्यतिरिक्त कुठेतरी जीवशास्त्र अस्तित्वात आहे याच्या चिन्हांसाठी सूर्यमाला आणि विस्तृत विश्वाचे दशकांपासून स्कॅनिंग केले आहे. अडथळा महत्त्वाकांक्षा नाही तर उपकरणे आहेत. जैविक स्वाक्षरी शोधक अत्यंत संवेदनशील असणे आवश्यक आहे, कारण तो शोधत असलेले अंश नमुन्यातील केवळ मोजके रेणू असू शकतात, आणि ते अंतराळयानाच्या प्रवासात टिकून राहण्यासाठी पुरेसे लहान आणि मजबूत देखील असणे आवश्यक आहे. एकाच वेळी दोन्ही आवश्यकता पूर्ण करणारे काहीतरी तयार करणे, संशोधकांच्या शब्दांत, एक अवकाशाबाहेरील अभियांत्रिकी आव्हान आहे. ओसाका विद्यापीठातील एक गट आता एक विद्युत तंत्राचे वर्णन करतो जे पुढे जाण्याचा मार्ग देऊ शकते. हे निष्कर्ष Nature Communications मध्ये प्रकाशित होणार आहेत.

जीवशास्त्राची स्वाक्षरी म्हणून आरसा-प्रतिमा रेणू

या कामामागील बरेचसे तर्क अमिनो आम्लांवर आधारित आहेत, जे प्रथिने तयार करण्यासाठी वापरले जाणारे आण्विक बांधकाम घटक आहेत. अनेक अमिनो आम्ले एकमेकांची आरसा-प्रतिमा असलेल्या दोन स्वरूपांमध्ये अस्तित्वात असतात: रासायनिक सूत्रात समान, परंतु हातपंधरा किंवा कायरॅलिटीमध्ये विरुद्ध. जीवन आणि निर्जीव रसायनशास्त्र या दोन स्वरूपांना खूप वेगळ्या पद्धतीने हाताळतात. सजीव त्यांची अमिनो आम्ले जवळजवळ पूर्णपणे L-स्वरूपात तयार करतात, तर त्यांची साखर मोठ्या प्रमाणात D-स्वरूपात दिसते. याउलट, अजैविक रासायनिक आणि भौतिक प्रक्रिया अशी पसंती दर्शवत नाहीत आणि सामान्यतः दोन्ही स्वरूपे समान प्रमाणात तयार करतात. म्हणूनच ती विषमता — L- ते D-स्वरूपांचे गुणोत्तर — एक आशादायक जैविक स्वाक्षरी आहे, आणि त्यामुळे अमिनो आम्ले खगोलजीवशास्त्रासाठी नैसर्गिक केंद्रबिंदू बनतात. जर दुसऱ्या जगातून आलेला नमुना मजबूत हातपंधरा पक्षपातासह परत आला, तर ते जीवशास्त्र कार्यरत होते याचे अर्थपूर्ण संकेत असेल.

मोठ्या प्रमाणातील मापन का अपुरे पडते

पारंपरिक उपकरणे एकाच वेळी मोठ्या गटातील रेणूंचे विश्लेषण करून कायरॅलिटी निर्धारित करतात. ती मोठ्या प्रमाणातील पद्धत सुसज्ज प्रयोगशाळेत चांगली काम करते, परंतु उड्डाणासाठी तयार उपकरण हे लक्ष्य असताना ती व्यावहारिक अडचणी आणते. विद्युत शोध योजना यापैकी अनेक समस्या एकाच वेळी टाळू शकते असे सुचवले गेले आहे: अशी पद्धत अंमलात आणणे सोपे, कंपनाने कमी प्रभावित, आणि मोठ्या प्रमाणातील तंत्रांना आवश्यक असलेल्या रासायनिक अभिकर्मकांपासून मुक्त असेल. उपकरणाला प्रयोगशाळेच्या बाकापासून दूर कार्य करावे लागते तेव्हा नेमके हेच गुण महत्त्वाचे ठरतात.

नॅनोगॅपमध्ये मोजले जाणारे एकल रेणू

नॅनोतंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे ओसाका संघाला मोठ्या लोकसंख्येऐवजी जैविक महत्त्वाच्या वैयक्तिक रेणूंचे विद्युतदृष्ट्या शोध घेण्याची परवानगी मिळाली. ही रचना दोन सोनेरी नॅनोवायर्समधील अंतरातून रेणू पसरवते. जेव्हा एखादा रेणू त्या अंतरातून जातो, तेव्हा तो विद्युत टनेलिंग प्रवाह निर्माण करतो, आणि त्या प्रवाहाचा तरंगरूप अमिनो आम्लाचे कोणते स्वरूप जात आहे यावर अवलंबून वेगळा असतो. ती विद्युत बोटांची ठसे ओळखता येत असल्याने, संशोधक प्रत्येक स्वरूपाचे किती रेणू त्या अंतरातून जातात हे मोजू शकतात — गर्दीवरील सरासरी वाचनाऐवजी थेट, रेणू-दर-रेणू मापन. संघाने नॅनोगॅप टनेलिंग तंत्राला कृत्रिम बुद्धिमत्तेशी देखील जोडले, ज्यामुळे त्यांनी दोन्ही स्वरूपे वेगळी करू शकल्याचे नोंदवले.

मंगळाच्या प्रतिनिधीकडून नमुने

अभ्यासात विश्लेषित नमुने चिलीमधील अँटोफागास्टाच्या उत्तरेकडील अटाकामा वाळवंटाच्या अति-शुष्क गाभ्यात गोळा केले गेले. तो प्रदेश मंगळ-सदृश वातावरण म्हणून वापरला जातो: त्याची अत्यंत कोरडेपणा आणि विरळ जीवशास्त्र त्याला लाल ग्रहावर आढळणाऱ्या कठोर पृष्ठभागांच्या पृथ्वीवरील सर्वात जवळच्या अंदाजांपैकी एक बनवते. अशा वातावरणातील सामग्रीवर जीवन-शोध तंत्राची चाचणी करणे हा ग्रहीय मोहिमेला भेटू शकतील अशा परिस्थितीत पद्धत कशी वागते याचे मूल्यांकन करण्याचा एक मार्ग आहे. या कामासोबतचे अटाकामा चित्र Christopher E. Carr यांना श्रेय दिले आहे.

संक्षिप्त विद्युत शोधक काय बदलेल

या दृष्टिकोनाचे आकर्षण ते कार्यरत उपकरण म्हणून परिपक्व झाल्यास काय सक्षम करू शकते यात आहे. वर्णन केलेल्या फायद्यांपैकी:

• मोठ्या समूहांऐवजी वैयक्तिक रेणू मोजले जातात, ज्यामुळे संभाव्य जैविक स्वाक्षरी म्हणून काम करणाऱ्या L/D गुणोत्तराचे थेट वाचन मिळते.
• मापन विद्युत आहे, ज्यामुळे काही प्रस्थापित पद्धतींवर अवलंबून असलेल्या रासायनिक अभिकर्मक टाळले जातात.
• विद्युत वाचने मोठ्या प्रमाणातील तंत्रांपेक्षा कंपनास कमी संवेदनशील असल्याचे वर्णन केले आहे, जे लँडर किंवा रोव्हरवर चालणाऱ्या हार्डवेअरसाठी उपयुक्त गुणधर्म आहे.
• हा दृष्टिकोन नॅनोस्केल फॅब्रिकेशनवर आधारित आहे, ज्यामध्ये सोनेरी नॅनोवायर जंक्शन लहान चिप्सवर तयार केले जाऊ शकतात.

या प्रत्येक गुणधर्माचा संबंध त्याच एका अडथळ्याशी आहे: प्रयोगशाळा-दर्जाची विश्लेषणात्मक पद्धत उडवता येईल अशा आकारात आकुंचित करण्याची अडचण. अभिकर्मक बाटली आणि ऑप्टिकल बेंचऐवजी नॅनोगॅपमधून जाणाऱ्या प्रवाहावर अवलंबून असलेले तंत्र, तत्त्वतः लघुकरण करणे सोपे आहे.

उदयोन्मुख साधन, पूर्ण झालेली मोहीम नाही

ओसाकाचा निकाल जीवनाचा शोध नाही तर पद्धत विकासातील एक पाऊल आहे. त्याचे महत्त्व हे आहे की ते अमिनो आम्लांची दोन्ही कायरल स्वरूपे एकल-रेणू रिझोल्यूशनवर विद्युतदृष्ट्या वेगळी करण्याचा मार्ग दर्शवते, आणि हा दृष्टिकोन मंगळाचे अनुकरण करण्यासाठी निवडलेल्या वातावरणातील नमुन्यांवर चाचणी करता येतो. हे तंत्र अखेरीस भविष्यातील पेलोडचा भाग बनेल की नाही हे प्रयोगशाळेबाहेर ते विश्वासार्हपणे कार्य करू शकते आणि मोहीम प्रत्यक्षात विश्लेषण करेल अशा प्रकारच्या नमुन्यांवर हे दर्शविणाऱ्या पुढील कामावर अवलंबून आहे. तरीही, खगोलजीवशास्त्रज्ञ कुठे पाहावे आणि काय शोधावे याचा विचार करत राहत असताना, लहान, मजबूत आणि अभिकर्मक-मुक्त उपकरण जैविक स्वाक्षऱ्यांच्या शोधातील मान्यताप्राप्त दरी भरून काढते — आपल्या सूर्यमालेत आणि तिच्या पलीकडेही.

हा लेख Phys.org च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.