అంతరిక్షంలో జీవ సంకేతాలను గుర్తించడంలో సహాయపడగల ఒసాకా విద్యుత్ పద్ధతి

జీవాన్వేషణలో పరికరాల సమస్య

భూమి కాకుండా మరెక్కడో జీవం ఉందనే సంకేతాల కోసం ఖగోళ జీవశాస్త్రవేత్తలు దశాబ్దాలుగా సౌర వ్యవస్థను, విశ్వాన్ని పరిశీలిస్తున్నారు. అడ్డంకి ఆశయం కాదు, పరికరాలు. జీవ సంకేతాల డిటెక్టర్ అత్యంత సున్నితంగా ఉండాలి, ఎందుకంటే అది వెతికే జాడలు ఒక నమూనాలో కొన్ని అణువులే ఉండవచ్చు, అలాగే అంతరిక్ష నౌక ప్రయాణాన్ని తట్టుకునేంత చిన్నదిగా, గట్టిగా ఉండాలి. ఈ రెండు అవసరాలను ఒకేసారి తీర్చే వస్తువును నిర్మించడం, పరిశోధకులు పేర్కొన్నట్లు, అసాధారణమైన ఇంజినీరింగ్ సవాలు. ఇప్పుడు ఒసాకా విశ్వవిద్యాలయంలోని ఒక బృందం ముందుకు దారి చూపగల విద్యుత్ పద్ధతిని వివరించింది. ఈ ఫలితాలు Nature Communicationsలో ప్రచురితమవుతాయి.

జీవానికి గుర్తుగా అద్దం-ప్రతిబింబ అణువులు

ఈ పని వెనుక ఎక్కువ భాగం అమైనో ఆమ్లాలపై ఆధారపడి ఉంది, ఇవి ప్రోటీన్లు నిర్మించే పరమాణు నిర్మాణ భాగాలు. అనేక అమైనో ఆమ్లాలు ఒకదానికొకటి అద్దం-ప్రతిబింబంగా ఉండే రెండు రూపాల్లో ఉంటాయి: రసాయన సూత్రంలో ఒకేలా, కానీ చేతితో పట్టుకునే దిశలో (చిరాలిటీ) వ్యతిరేకం. జీవం, నిర్జీవ రసాయన శాస్త్రం ఈ రెండు రూపాలను చాలా భిన్నంగా నిర్వహిస్తాయి. జీవులు తమ అమైనో ఆమ్లాలను దాదాపు పూర్తిగా L-రూపంలో నిర్మిస్తాయి, వాటి షుగర్లు అత్యధికంగా D-రూపంలో కనిపిస్తాయి. దీనికి విరుద్ధంగా అజీవ రసాయన, భౌతిక ప్రక్రియలు అలాంటి ప్రాధాన్యత చూపవు, సాధారణంగా రెండు రూపాలను సమాన నిష్పత్తిలో ఉత్పత్తి చేస్తాయి. కాబట్టి ఆ అసమానత — L- నుండి D- రూపాల నిష్పత్తి — ఒక ఆశాజనక జీవ సంకేతం, ఇది అమైనో ఆమ్లాలను ఖగోళ జీవశాస్త్రానికి సహజ కేంద్రంగా చేస్తుంది. మరో ప్రపంచం నుండి వచ్చిన నమూనాలో బలమైన చేతితో పట్టుకునే పక్షపాతం కనిపిస్తే, అది జీవం పనిచేసినట్లు అర్థవంతమైన సూచన అవుతుంది.

సమూహ కొలత ఎందుకు సరిపోదు

సాంప్రదాయ పరికరాలు ఒకేసారి పెద్ద సమూహాల అణువులను విశ్లేషించడం ద్వారా చిరాలిటీని నిర్ణయిస్తాయి. ఆ సమూహ విధానం బాగా సన్నద్ధమైన ప్రయోగశాలలో బాగా పనిచేస్తుంది, కానీ లక్ష్యం అంతరిక్ష యానానికి సిద్ధమైన పరికరం అయినప్పుడు ఆచరణాత్మక ఇబ్బందులు తెస్తుంది. విద్యుత్ గుర్తింపు పథకం ఈ సమస్యల్లో అనేకాన్ని ఒకేసారి దాటవేయగలదని సూచించబడింది: అలాంటి పద్ధతి అమలు చేయడానికి సులభం, కంపనాల ప్రభావం తక్కువ, సమూహ పద్ధతులకు అవసరమైన రసాయన రియాజెంట్లు అవసరం లేదు. ప్రయోగశాల బెంచ్ నుండి దూరంగా పరికరం పనిచేయాల్సినప్పుడు ఇవే లక్షణాలు ముఖ్యం.

నానోగ్యాప్‌లో లెక్కించిన ఒక్కో అణువు

నానోటెక్నాలజీ పురోగతులు ఒసాకా బృందానికి జీవ పరంగా ఆసక్తికరమైన వ్యక్తిగత అణువులను, సమూహ జనాభా కాకుండా, విద్యుత్‌గా గుర్తించడానికి వీలు కల్పించాయి. ఈ ఏర్పాటు రెండు బంగారు నానోవైర్ల మధ్య ఖాళీ గుండా అణువులను పంపుతుంది. ఒక అణువు ఆ ఖాళీని దాటుతున్నప్పుడు, అది విద్యుత్ టన్నెలింగ్ కరెంట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఆ కరెంట్ తరంగ రూపం ఏ రూప అమైనో ఆమ్లం వెళ్తున్నదానిపై ఆధారపడి భిన్నంగా ఉంటుంది. ఆ విద్యుత్ వేలిముద్రలు వేరు చేయగలిగినవి కాబట్టి, ప్రతి రూపం నుండి ఎన్ని అణువులు ఖాళీని దాటుతున్నాయో పరిశోధకులు లెక్కించగలరు — ఇది సమూహంపై సగటు పఠనం కాకుండా నేరుగా, అణువు-అణువుగా కొలత. ఈ బృందం నానోగ్యాప్ టన్నెలింగ్ పద్ధతిని కృత్రిమ మేధస్సుతో కలిపింది, ఇది రెండు రూపాలను వేరు చేయడానికి వీలు కల్పించిందని వారు నివేదించారు.

మార్స్ ప్రతినిధి నుండి నమూనాలు

ఈ అధ్యయనంలో విశ్లేషించిన నమూనాలు చిలీలోని అంటోఫగాస్టాకు ఉత్తరంగా ఉన్న అటకామా ఎడారి అతి పొడి కేంద్రంలో సేకరించబడ్డాయి. ఆ ప్రాంతం మార్స్-సదృశ వాతావరణంగా ఉపయోగించబడుతుంది: దాని తీవ్ర పొడిదనం, అరుదైన జీవం ఎర్ర గ్రహంపై కనిపించే కఠిన ఉపరితలాలకు భూమిపై అత్యంత సన్నిహిత అనుకరణలలో ఒకటిగా చేస్తాయి. అలాంటి వాతావరణం నుండి పదార్థంపై జీవ గుర్తింపు పద్ధతిని పరీక్షించడం, గ్రహ మిషన్ ఎదుర్కోగల పరిస్థితుల్లో ఆ పద్ధతి ఎలా ప్రవర్తిస్తుందో అంచనా వేయడానికి ఒక మార్గం. ఈ పనితో పాటు ఉన్న అటకామా చిత్రం క్రిస్టోఫర్ E. కార్‌కు ఆపాదించబడింది.

సంక్షిప్త విద్యుత్ డిటెక్టర్ ఏమి మారుస్తుంది

ఈ విధానం యొక్క ఆకర్షణ అది పనిచేసే పరికరంగా పరిణతి చెందితే ఏమి సాధ్యమవుతుందనే దానిలో ఉంది. వివరించిన ప్రయోజనాలలో:

• పెద్ద సమూహాల కాకుండా వ్యక్తిగత అణువులు లెక్కించబడతాయి, ఇది సంభావ్య జీవ సంకేతంగా పనిచేసే L/D నిష్పత్తిపై నేరుగా పఠనం ఇస్తుంది.
• కొలత విద్యుత్ ఆధారితం, కొన్ని స్థాపిత పద్ధతులు ఆధారపడే రసాయన రియాజెంట్లను నివారిస్తుంది.
• విద్యుత్ పఠనాలు సమూహ పద్ధతుల కంటే కంపనాలకు తక్కువ సున్నితంగా ఉంటాయని వివరించబడింది, ల్యాండర్ లేదా రోవర్‌పై పనిచేసే హార్డ్‌వేర్‌కు ఇది ఉపయోగకరమైన లక్షణం.
• ఈ విధానం నానోస్కేల్ తయారీపై ఆధారపడి ఉంది, దీనిలో బంగారు నానోవైర్ జంక్షన్లను చిన్న చిప్‌లపై ఉత్పత్తి చేయవచ్చు.

ఆ లక్షణాలలో ప్రతి ఒక్కటి ఒకే అడ్డంకిని సూచిస్తుంది: ప్రయోగశాల స్థాయి విశ్లేషణ పద్ధతిని అంతరిక్షంలో పంపగలిగే వస్తువుగా కుదించడంలోని కష్టం. రియాజెంట్ సీసా, ఆప్టికల్ బెంచ్ బదులు నానోగ్యాప్ ద్వారా కరెంట్‌పై ఆధారపడే పద్ధతి, సూత్రప్రాయంగా, చిన్నదిగా చేయడం సులభం.

పూర్తయిన మిషన్ కాదు, ఉద్భవిస్తున్న సాధనం

ఒసాకా ఫలితం జీవాన్ని గుర్తించడం కాదు, పద్ధతి అభివృద్ధిలో ఒక అడుగు. దాని ప్రాముఖ్యత ఏమిటంటే, అమైనో ఆమ్లాల రెండు చిరల్ రూపాలను ఒకే-అణువు రిజల్యూషన్‌లో విద్యుత్‌గా వేరు చేసే మార్గాన్ని ఇది ప్రదర్శిస్తుంది, అలాగే ఈ విధానాన్ని మార్స్‌ను అనుకరించడానికి ఎంచుకున్న వాతావరణం నుండి నమూనాలపై పరీక్షించవచ్చు. ఈ పద్ధతి చివరికి భవిష్యత్ పేలోడ్‌లో భాగమవుతుందా అనేది, ప్రయోగశాల వెలుపల నమ్మకంగా పనిచేయగలదని, మిషన్ నిజంగా విశ్లేషించే రకాల నమూనాలపై పనిచేయగలదని చూపించే తదుపరి పనిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, ఖగోళ జీవశాస్త్రవేత్తలు ఎక్కడ చూడాలి, ఏమి వెతకాలి అనేది కొనసాగిస్తున్నప్పుడు, చిన్నదిగా, గట్టిగా, రియాజెంట్-రహితంగా ఉండే పరికరం జీవ సంకేతాల అన్వేషణలో గుర్తించబడిన లోటును పూరిస్తుంది — మన సౌర వ్యవస్థలోనూ, దాని వెలుపలా.

ఈ వ్యాసం Phys.org నివేదనపై ఆధారపడి ఉంది. అసలు వ్యాసాన్ని చదవండి.