Chiralita je asymetria, ktorá sa v astronómii a planetárnej vede spája s jednou z najzaujímavejších otázok: ako rozoznať, či za prítomnosťou organických molekúl stojí život, alebo iba neživá chémia. Amino acids, teda aminokyseliny, sú stavebné kamene bielkovín a vyskytujú sa v dvoch zrkadlových formách: ľavotočivej (L) a pravotočivej (D). Neživé procesy, ktoré aminokyseliny vytvárajú bez účasti života, produkujú podľa zdroja rovnomerne 50 na 50 oboch typov. Takémuto zmesnému pomeru sa hovorí racemická zmes. Život, ako ho poznáme, však takmer výlučne používa ľavotočivé aminokyseliny na skladanie bielkovín a pravotočivé na stavbu nukleových kyselín. Ak teda pri analýze vzorky z nejakého miesta v slnečnej sústave nájdeme nerovnováhu medzi oboma typmi, je to dobrý náznak, že za touto nerovnováhou stojí život.
Rozlíšiť dve chirality je možné, ale bežne to vyžaduje pokročilé prístroje a chemické spotrebné materiály, ktoré komplikujú použitie pri vesmírnych letoch. Nový článok v časopise Nature Communications od tímu, ktorý viedli Takahito Ohshiro a Masateru Taniguchi z Osackej univerzity, prináša alternatívu: pevnolátkový senzor kvantového tunelovania, ktorý dokáže prečítať chiralitu jednej molekuly aminokyseliny v podstate len pomocou zlatého drôtika. Informuje o tom portál Universe Today.
Toto zistenie je dôležité preto, lebo hľadanie biosignatúr v slnečnej sústave je do veľkej miery hľadaním asymetrie. Ak sa potvrdí, že stačí jednoduchý pevnolátkový senzor, otvára to cestu k menším, ľahším a prevádzkovo menej náročným prístrojom, ktoré by mohli cestovať na misie k Mesiacu, Marsu, Európe či Enceladu. Takéto zariadenie by nemuselo nosiť zásoby chemikálií na jedno použitie a mohlo by opakovane skúmať viacero vzoriek, čo je pri medziplanetárnych misiách kľúčová výhoda. Zároveň však platí, že ide o laboratórny výsledok publikovaný v odbornom časopise; zdroj neuvádza, že by už bol testovaný v podmienkách vesmírneho letu, ani nešpecifikuje jeho presnosť na reálnych vzorkách z iných telies.
Čo je chiralita a prečo sa o ňu astronómovia opierajú
Chiralita znamená, že molekula má zrkadlový obraz, ktorý sa s ňou nedá stotožniť, podobne ako ľavá a pravá ruka.
V prípade aminokyselín ide o dve formy označované L a D. Pre astrobiológiu je podstatné, že neživá chémia zvyčajne vytvára obe formy rovnako. Ak sa teda vo vzorke objaví výrazný prebytok jednej z nich, je to indícia, že do hry vstúpil proces, ktorý jednu formu uprednostňuje. Na Zemi to robí život. Pri hľadaní života mimo Zeme preto astronómovia hľadajú práve takéto nerovnováhy.
Doplnkový kontext: pojem chiralita nie je výsadou aminokyselín. Rovnakú vlastnosť majú aj mnohé liečivá, cukry alebo molekuly v medzihviezdnom prostredí, kde sa nerovnováha môže vytvárať aj úplne bez života. Rozlíšenie pôvodu preto nie je nikdy jednoduché a samotná chiralita je len jedným z viacerých indícií.
Prečo sú bežné metódy problematické
Súčasné metódy na rozlíšenie L a D foriem sú podľa zdroja založené na pokročilých prístrojoch a chemických spotrebných materiáloch.
To znamená, že laboratórium na Zemi má k dispozícii presné, ale rozmerné a náročné vybavenie. Pri vesmírnej misii je však každý gram a každý spotrebný materiál kompromisom. Chemikálie sa minú, prístroje sa opotrebujú a možnosti opakovania merania sú obmedzené. Ak by sa dala chiralita čítať pevnolátkovým senzorom, ktorý nepotrebuje chemické spotrebné látky, výrazne by to zjednodušilo plánovanie prístrojov pre budúce misie.
Toto je všeobecný kontext o obmedzeniach vesmírnych prístrojov, nie tvrdenie zo zdroja o konkrétnych misiách.
Ako funguje senzor s kvantovým tunelovaním
Podstatou navrhovaného riešenia je pevnolátkový senzor, ktorý využíva kvantové tunelovanie.
Tiny Gold Nanogaps Could Crack the Chirality Puzzle.
Pri tunelovaní prechádza elektrický prúd cez veľmi tenkú bariéru, pričom jeho veľkosť citlivo závisí od toho, čo sa v bariére nachádza. Ak sa do takejto štruktúry vloží jediná molekula aminokyseliny, jej chiralita ovplyvní spôsob, akým elektróny tunelujú. Z merania prúdu sa potom dá určiť, či ide o L alebo D formu. Zdroj uvádza, že na to stačí v podstate zlatý drôtik, čo naznačuje, že zariadenie by mohlo byť koncepčne jednoduché a priestorovo nenáročné.
Vysvetlenie princípu tunelovania je všeobecná fyzikálna ilustrácia, nie podrobný opis konkrétneho senzora z článku. Zdroj neuvádza, ako presne je senzor vyrobený ani aké má prevádzkové parametre.
Praktické dôsledky pre misie hľadajúce život
Ak by sa takýto senzor podarilo preniesť do vesmírnej podoby, mohol by zmeniť spôsob, akým sa na misiách hľadajú známky života.
Tiny Gold Nanogaps Could Crack the Chirality Puzzle.
Namiesto odberu vzorky a jej zložitej analýzy v laboratóriu by stačilo menšie zariadenie schopné analyzovať vzorku priamo na mieste. To by zvýšilo počet meraní a umožnilo by skúmať viacero miest v jednom regióne. Zároveň by sa znížila hmotnosť a zložitosť prístrojového vybavenia, čo je pri medziplanetárnych misiách vždy výhoda. Zdroj však neuvádza žiadny konkrétny plán misie ani časový horizont, kedy by sa to mohlo uskutočniť.
Zdroj neuvádza, akú presnosť senzor dosahuje pri reálnych vzorkách, ani či dokáže spoľahlivo rozlíšiť chiralitu v zmesi s inými molekulami. Nie je jasné, ako by zariadenie odolávalo radiácii, extrémnym teplotám alebo otrasom pri štarte a pristátí. Rovnako nie je známe, či by sa dalo hromadne vyrábať v dostatočne malom meradle. Tieto otázky sú pri prechode z laboratórneho prototypu k vesmírnemu prístroju bežné a ich riešenie si vyžaduje ďalšie testy. Zdroj ich neadresuje, preto zostávajú otvorené pre ďalší výskum.
Význam tohto výskumu pre vedu a spoločnosť spočíva v tom, že hľadanie života mimo Zeme je jednou z najnáročnejších výziev súčasnej planetárnej vedy. Ak sa podarí zjednodušiť jednu z kľúčových analytických metód, môže to urýchliť vývoj prístrojov pre budúce misie a rozšíriť možnosti, kde a ako hľadať. A hoci je pred nami ešte veľa overovania, smer, ktorým sa výskum uberá, naznačuje, že aj malé technologické zmeny môžu mať vo vesmírnom výskume veľký dosah.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívne
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
