Нейросеть научилась искать следы жизни в космосе по одной молекуле

Аминокислоты — строительные блоки всего живого. Они существуют в двух зеркальных вариантах, как правая и левая рука, а точнее - их спирали закручены в ту или другую сторону. Химия безразлична к тому, какой вариант произвести, поэтому неживая природа делает их поровну, примерно 50 на 50. А вот земная жизнь выбрала одну сторону — почти все аминокислоты в наших белках одинаковые - левые. И если мы найдём где-то в космосе аминокислоты, у которых один вариант явно преобладает над другим, это будет серьёзным намёком на биологическое происхождение.

Казалось бы просто посчитать молекулы и сравнить. На практике всё сложнее. Классические методы анализа работают с массовыми пробами. Для них нужно много вещества, сложное оборудование, реагенты, время. А попробуйте привезти лабораторию на Марс, где каждый грамм оборудования на вес золота. К тому же массовый анализ усредняет данные. 

Команда из Университета Осаки пошла другим путём. Они взяли золотые нанопровода, оставили между ними зазор размером с молекулу и пропустили через него раствор с аминокислотами. Каждый раз, когда молекула проходит через зазор, возникает крошечный электрический импульс — туннельный ток. Форма этого импульса зависит от пространственной структуры молекулы: разные варианты аминокислот дают разные сигналы. На этом этапе в дело вступает искусственный интеллект.

Нейросеть, обученная на эталонных сигналах, анализирует каждый импульс и определяет, к какому варианту относится проскочившая молекула. Точность — более 80%. Это не идеал, но для анализа единичных молекул — результат впечатляющий. 

Метод проверили не только на чистых лабораторных растворах. Учёные взяли образцы из метеорита Мерчисон, упавшего в Австралии в 1969 году и известного богатым набором органических соединений. А также почву из чилийской пустыни Атакама, одного из самых засушливых мест на Земле, которое астробиологи используют как аналог марсианского грунта. В обоих случаях электрический метод с нейросетевой обработкой выявил особенности аминокислотного состава, и результаты совпали с данными традиционных аналитических подходов. Значит, метод работает не только в стерильной лаборатории, но и на «грязных» реальных образцах.

Что особенно важно — метод не требует громоздкого оборудования и больших объёмов реагентов. Создатели говорят, что теоретически можно сделать компактный прибор, который поместится на марсоходе или межпланетной станции. Такой аппарат будет брать пробы грунта прямо на поверхности другой планеты и на месте определять, есть ли там «живые» аминокислоты.

Конечно, преобладание одного варианта аминокислот еще не стопроцентное доказательство жизни. Есть и небиологические процессы, которые могут создавать асимметрию, например поляризованный свет от звёзд или кристаллические поверхности минералов. Но в комбинации с другими признаками — наличием определённых углеводородов, изотопным составом, микроструктурами — этот метод может стать мощным инструментом.