Электрический метод поможет искать признаки внеземной жизни по отдельным молекулам

Аминокислоты — строительные блоки белков — представляют особый интерес для поиска внеземной жизни. Многие из них существуют в двух зеркальных формах, называемых L- и D-энантиомерами. Их химический состав одинаков, но пространственное строение различается. Земная жизнь преимущественно использует L-аминокислоты для построения белков, тогда как абиотические химические процессы нередко приводят к образованию обеих форм. Поэтому преобладание одного из энантиомеров может служить биосигнатурой — признаком, указывающим на возможное биологическое происхождение вещества. Однако само по себе такое соотношение ещё не доказывает наличие жизни.

Обычно для определения состава аминокислот применяют методы хроматографии и масс-спектрометрии. Японская исследовательская группа предложила альтернативный подход, основанный на измерении электрического туннельного тока. В экспериментальной установке молекулы проходят через нанометровый зазор между двумя золотыми электродами и изменяют протекающий через него ток. Форма и длительность возникающих электрических сигналов зависят от взаимодействия молекул с электродами и позволяют различать L- и D-формы.

Для интерпретации сигналов учёные использовали алгоритмы машинного обучения. В случае триптофана, одной из аминокислот, исследователи смогли классифицировать зеркальные формы с точностью более 80%. Затем метод проверили на более широком наборе аминокислот и сложных природных образцах.

В частности, команда проанализировала экстракты метеорита Мерчисон, упавшего в Австралии, и образцы почвы из пустыни Атакама в Чили. Результаты сравнили с данными жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Исследование показало, что электрический подход способен выявлять характерные особенности аминокислотного состава, хотя точность количественного анализа зависит от конкретного вещества и состава образца. Для уменьшения влияния фоновых сигналов исследователи применяли дополнительную фильтрацию результатов с помощью алгоритмов классификации.

Работа опубликована в журнале Nature Communications. Авторы рассматривают её как основу для создания компактных электрических анализаторов, которые в перспективе можно будет использовать в космических миссиях. В отличие от традиционных лабораторных комплексов, такие устройства потенциально могут быть интегрированы в бортовые приборы для исследования планетарного грунта и других образцов.

До практического применения технологии в космосе предстоит проверить её устойчивость к загрязнениям, влияние состава исследуемого материала и достоверность измерений в условиях, отличающихся от лабораторных. Но если дальнейшие испытания подтвердят её возможности, поиск биосигнатур может стать доступнее для автоматических межпланетных станций. Сможет ли электрическое распознавание отдельных молекул стать полноценной альтернативой сложным лабораторным методам — и поможет ли оно однажды отличить следы внеземной жизни от результатов обычной абиотической химии?