حقوق الصورة: UC Berkeley
يمكن أن تخبرنا نفس التكنولوجيا المتطورة التي سرعت تسلسل الجينوم البشري ، بحلول نهاية العقد ، مرة واحدة وإلى الأبد ما إذا كانت الحياة موجودة على كوكب المريخ ، وفقًا لجامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، الكيميائي.
يعمل ريتشارد ماثيس ، أستاذ الكيمياء بجامعة كاليفورنيا في بيركلي ومطور أول صفائف الرحلان الكهربائي الشعري وتسميات الصبغ الفلوري الجديدة لنقل الطاقة - كلاهما يستخدم في أجهزة تسلسل الحمض النووي اليوم - يعمل على أداة تستخدم هذه التقنيات لاستكشاف غبار المريخ للحصول على دليل على الحياة الأحماض الأمينية المرتكزة على اللبنات الأساسية للبروتينات.
طالبة الدراسات العليا أليسون سكيلي في روك جاردن ، أحد المواقع في صحراء أتاكاما في تشيلي حيث أخذ الباحثون عينات من التربة للأحماض الأمينية استعدادًا لإرسال أداة إلى المريخ للبحث عن علامات الحياة. أنقاض مدينة Yunguy في الخلفية. (الصورة مجاملة من Richard Richard Mathies / UC Berkeley)
مع منحتين من وكالة ناسا بقيمة إجمالية تبلغ حوالي 2.4 مليون دولار ، يأمل هو وأعضاء الفريق من مختبر الدفع النفاث (JPL) في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد سكريبس التابع لجامعة كاليفورنيا في سان دييجو لعلوم المحيطات في بناء محلل المريخ العضوي للسفر على متن رحلات ناسا ، مهمة مختبر علوم المريخ الآلي و / أو بعثة ExoMars التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، المقرر إطلاقهما في عام 2009. اقتراح ExoMars بالتعاون مع باسكال إهرنفريند ، الأستاذ المساعد في الكيمياء الفلكية في جامعة ليدن في هولندا.
محلل المريخ العضوي ، الملقب بـ MOA ، لا يبحث فقط عن التوقيع الكيميائي للأحماض الأمينية ، ولكن اختبارات لميزة حاسمة للأحماض الأمينية القائمة على الحياة: كلهم أعسر. يمكن تصنيع الأحماض الأمينية من خلال العمليات الفيزيائية في الفضاء - وغالبًا ما توجد في النيازك - ولكنها تتساوى مع اليسار واليمين. قال ماثيز إنه إذا كانت الأحماض الأمينية على المريخ تفضل تفضيل الأحماض الأمينية على اليد اليمنى ، أو العكس بالعكس ، فإنها يمكن أن تأتي فقط من بعض أشكال الحياة على هذا الكوكب.
قال ماتيز ، عضو جامعة كاليفورنيا في بيركلي في معهد كاليفورنيا للأبحاث الطبية الحيوية الكمية (QB3): "نشعر أن قياس المثلية - انتشار نوع واحد من اليد على آخر - سيكون دليلاً مطلقًا على الحياة". "لهذا السبب ركزنا على هذا النوع من التجارب. إذا ذهبنا إلى كوكب المريخ ووجدنا أحماض أمينية لكننا لم نقيس مستوى النقاء ، فسوف نشعر بالحماقة. أداتنا يمكنها القيام بذلك ".
وزارة الزراعة هي واحدة من مجموعة متنوعة من الأدوات قيد التطوير بتمويل من وكالة ناسا للبحث عن وجود جزيئات عضوية على كوكب المريخ ، مع مقترحات نهائية لمهمة 2009 المقرر إجراؤها في منتصف يوليو. ماثيز وزملاؤه جيفري بادا من سكريبس وفرانك غرونثانير من مختبر الدفع النفاث ، الذين يخططون لتقديم الاقتراح الوحيد الذي يختبر اختبار الحمض الأميني ، وضع المحلل تحت الاختبار وأظهر أنه يعمل. تفاصيل اقتراحهم متاحة الآن على الويب على http://astrobiology.berkeley.edu.
في فبراير ، سافر جرونثانر وطالب خريج جامعة كاليفورنيا في بيركلي أليسون سكيلي إلى صحراء أتاكاما في تشيلي لمعرفة ما إذا كان كاشف الأحماض الأمينية - يسمى كاشف المريخ العضوي ، أو MOD - يمكنه العثور على الأحماض الأمينية في المنطقة الأكثر جفافًا في العالم. نجحت وزارة الدفاع بسهولة. ومع ذلك ، نظرًا لأن النصف الثاني من التجربة - "المختبر على الرقاقة" الذي يختبر تناول الأحماض الأمينية - لم يتزوج بعد من MOD ، أعاد الباحثون العينات إلى UC Berkeley لهذا الجزء من اختبار. انتهى Skelley الآن بنجاح من هذه التجارب مما يدل على توافق نظام المختبر على الرقاقة مع MOD.
قال ماثيس ، في إشارة إلى المنطقة الصحراوية في تشيلي حيث أقام الطاقم وأجرى بعض اختباراتهم: "إذا لم تتمكن من اكتشاف الحياة في منطقة Yungay في صحراء أتاكاما ، فلن يكون لديك عمل يذهب إلى المريخ".
ماثيز ، الذي طوّر منذ 12 عامًا أول فاصل صفيف شعري كهربائي يتم تسويقه بواسطة Amersham Biosciences في متسلسلات الحمض النووي السريعة الخاصة بهم ، واثق من أن تحسينات مجموعته للتكنولوجيا المستخدمة في مشروع الجينوم سوف تتغذى بشكل مثالي في مشاريع استكشاف المريخ.
وقال: "مع نوع تكنولوجيا الموائع الدقيقة التي طورناها وقدرتنا على عمل صفائف من المحللين في الموقع الذين يقومون بتجارب بسيطة للغاية غير مكلفة نسبيًا ، لا نحتاج إلى وجود أشخاص على كوكب المريخ لإجراء تحليلات قيمة". "حتى الآن ، أظهرنا أن هذا النظام يمكنه اكتشاف الحياة في بصمة الإصبع ، وأنه يمكننا إجراء تحليل كامل في هذا المجال. نحن متحمسون حقًا للإمكانيات المستقبلية ".
Bada ، كيميائي بحري ، هو عالم الكائنات الحية في الفريق ، بعد أن طور منذ ما يقرب من اثني عشر عامًا طريقة جديدة لاختبار الأحماض الأمينية والأمينات (منتجات تحلل الأحماض الأمينية) والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات والمركبات العضوية الشائعة في الكون. تم اختيار هذه التجربة ، MOD ، لمهمة عام 2003 إلى المريخ والتي تم إلغاؤها عندما تحطم المريخ Polar Lander في عام 1999.
منذ ذلك الحين ، تعاونت بادا مع Mathies لتطوير أداة أكثر طموحًا تجمع بين MOD المحسّن والتكنولوجيا الجديدة لتحديد واختبار chirality من الأحماض الأمينية المكتشفة.
الهدف النهائي هو العثور على دليل على الحياة على كوكب المريخ. وقال بادا إن مركبات الفايكنج هبطت في السبعينيات دون جدوى لاختبار الجزيئات العضوية على كوكب المريخ ، لكن حساسيتها كانت منخفضة جدًا لدرجة أنها كانت ستفشل في اكتشاف الحياة حتى لو كان هناك مليون بكتيريا لكل غرام من التربة. الآن بعد أن أثبتت وكالة ناسا للروح والفرص بشكل شبه مؤكد أن المياه الراكدة كانت موجودة على السطح ، فإن الهدف هو العثور على جزيئات عضوية.
تم تصميم MOD من Bada لتسخين عينات التربة المريخية ، وفي الضغط المنخفض على السطح ، تبخير أي جزيئات عضوية قد تكون موجودة. ثم يتكثف البخار على إصبع بارد ، وهو مصيدة مبردة إلى درجة حرارة الليل المحيطة بالمريخ ، على بعد 100 درجة تقريبًا تحت الصفر فهرنهايت. الإصبع البارد مغلف بآلات تتبع صبغة الفلوريسكامين التي ترتبط فقط بالأحماض الأمينية ، بحيث تشير أي إشارة فلورسنت إلى وجود أحماض أمينية أو أمين.
قال بادا: "في الوقت الحالي ، نحن قادرون على اكتشاف واحد تريليون من جرام من الأحماض الأمينية في جرام من التربة ، وهو أفضل مليون مرة من فايكنغ".
يقوم نظام الرحلان الكهربي الشعري المضاف بامتصاص السائل المكثف من الإصبع البارد وسحبه إلى معمل على رقاقة بمضخات وصمامات مدمجة توجه السوائل السابقة للمواد الكيميائية التي تساعد في التعرف على الأحماض الأمينية والتحقق من اليد أو chirality .
قال سكيلي: "MOD هو استجواب المرحلة الأولى حيث يتم فحص العينة لوجود أي نوع من أنواع الفلورسنت بما في ذلك الأحماض الأمينية". "ثم ، تقوم أداة الرحلان الكهربي الشعري بتحليل المرحلة الثانية ، حيث نحل تلك الأنواع المختلفة بالفعل ويمكننا أن نعرف ما هي. تم تصميم الصكين لتكملة بعضهما البعض والبناء عليهما ".
"أخذ ريتش هذه التجربة إلى البعد التالي. قال بادا "لدينا حقا نظام يعمل". "عندما بدأت أفكر في اختبارات الأناقة وتحدثت لأول مرة إلى ريتش ، كانت لدينا أفكار مفاهيمية ، ولكن لم يكن هناك شيء يعمل بالفعل. لقد أخذ الأمر إلى النقطة التي لدينا فيها أداة محمولة صادقة لله ".
يمكن أن توجد الأحماض الأمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات ، في شكلين من صور المرآة ، المعينين L (levo) لليسار و D (ديكسترو) لليمين. تتكون جميع البروتينات على الأرض من أحماض أمينية من النوع L ، مما يسمح لسلسلة منها بالطي بشكل جيد في بروتين مضغوط.
كما يصفها Mathies ، فإن اختبار chirality يستفيد من حقيقة أن الأحماض الأمينية اليسرى تتناسب بشكل أكثر إحكاما مع "ميت" اليد اليسرى الكيميائية والأحماض الأمينية اليمنى في ميت اليد اليمنى. إذا سافر كل من الأحماض الأمينية اليسرى واليمنى إلى أسفل أنبوب شعري رقيق مبطن بالقفازات اليسرى ، فسوف تسافر الأحمال اليسرى ببطء أكبر لأنها تنزلق في القفازات على طول الطريق. قال إنه مثل سياسي أعسر يعمل حشدًا. سوف تتحرك ببطء أكثر كلما زاد عدد الأشخاص الذين يستخدمون اليد اليسرى في الحشد ، لأنهم هم الوحيدون الذين سوف تصافحهم. في هذه الحالة ، القفاز الأيسر هو مادة كيميائية تسمى cyclodextrin.
الأحماض الأمينية المختلفة - هناك 20 نوعًا مختلفًا يستخدمها البشر - تنتقل أيضًا إلى أسفل الأنبوب بمعدلات مختلفة ، مما يسمح بالتعرف الجزئي لتلك الموجودة.
قال ماثيز: "بعد اكتشاف MOD للأحماض الأمينية ، يتم ضخ محلول الأحماض الأمينية المسمى إلى موائع جزيئية ويتم فصله بشحنة". "تخبرنا حركة الأحماض الأمينية بشيء عن الشحنة والحجم ، وعندما تكون السيكلوديكسترين موجودة ، سواء كان لدينا خليط راسيمي ، أي كمية متساوية من الأحماض الأمينية اليسرى واليمنى. إذا فعلنا ذلك ، يمكن أن تكون الأحماض الأمينية غير بيولوجية. ولكن إذا رأينا فائضًا مراوانًا ، فإننا نعلم أن الأحماض الأمينية يجب أن تكون بيولوجية في الأصل. "
تتكون الرقاقة الحديثة التي صممتها وبنيتها Skelley من قنوات محفورة بتقنيات الطباعة الضوئية ونظام ضخ موائع جزيئية محصورة في قرص من أربع طبقات بقطر أربع بوصات ، مع طبقات متصلة بقنوات محفورة. يتم إنشاء الصمامات والمضخات الدقيقة المصنوعة من الألياف الدقيقة من طبقتين زجاجيتين مع غشاء بوليمر مرن (PDMS أو polydimethylsiloxane) بينهما ، ويتم تحريكهما لأعلى وأسفل باستخدام مصدر ضغط أو فراغ. قام الكيميائي الفيزيائي بجامعة كاليفورنيا في بيركلي جيمس شيرير ، الذي صمم أداة الرحلان الكهربائي الشعري ، بتطوير كاشف مضان حساس يقرأ النمط بسرعة على الشريحة.
إحدى منح الفريق الحالية من وكالة ناسا هي تطوير الجيل التالي من المختبر العضوي المصنوع يدويًا ، أو MOL ، للسفر إلى كوكب المريخ أو قمر المشتري أوروبا أو المذنب وإجراء اختبارات كيميائية أكثر تفصيلاً بحثًا عن مجموعة كاملة من المواد العضوية الجزيئات ، بما في ذلك الأحماض النووية ، والوحدات الهيكلية للحمض النووي. ومع ذلك ، فإن الهدف الآن هو أداة جاهزة بحلول عام 2009 لتجاوز التجارب الحالية على متن مركبتي المريخ 2003 والبحث عن الأحماض الأمينية.
قال بادا: "عليك أن تتذكر ، حتى الآن لم نكتشف أي مادة عضوية على كوكب المريخ ، لذا ستكون هذه خطوة هائلة إلى الأمام". "في البحث عن الحياة ، هناك متطلبان: الماء والمركبات العضوية. مع النتائج الأخيرة لرحلات المريخ التي تشير إلى وجود المياه ، فإن المجهول المتبقي هو المركبات العضوية. لهذا السبب نحن نركز على هذا.
"إن محلل المريخ العضوي هو تجربة قوية للغاية ، ويحدونا أمل كبير في العثور ليس فقط على الأحماض الأمينية ، ولكن الأحماض الأمينية التي تبدو وكأنها يمكن أن تأتي من نوع من الكائنات الحية."
المصدر الأصلي: نشرة بيركلي الإخبارية
