لپ‌تاپ شيميايي مي‌تواند براي جستجوي حيات در وراي زمين مورد استفاده قرار بگيرد.
دانشمندان نوعي آزمايشگاه کوچک را که به «لپ‌تاپ شيميايي» موسوم است، طراحي کرده و ساخته‌اند. اين آزمايشگاه همراه مي‌تواند به عنوان ابزاري کليدي براي جستجوي نشانه‌هاي حيات در خارج از کره‌ي زمين استفاده شود. اگر شما به شخصه بخواهيد به سياره‌اي ديگر رفته و در آنجا به دنبال نشانه‌هايي از حيات باشيد، قاعدتاً نياز به يک آزمايشگاه کوچک و قابل حمل داريد که بتواند نمونه‌برداري کرده و نمونه‌ها را براي يافتن هرگونه علامتي از حيات آناليز کند. اين فلسفه‌اي است که سازندگان لپ‌تاپ شيميايي در مرکز تحقيقات جت رانشي ناسا (Jet Propulsion Laboratory) در شهر کاليفرنيا آن را دنبال مي‌کردند.
جسيکا کريمر (Jessica Creamer)، دانشجوي دوره‌ي فوق دکترا در مرکز JPL ناسا مي‌گويد: «اگر اين دستگاه به فضا فرستاده شود، در نوع خود حساس ترين ابزاري است که زمين را به مقاصد دور ترک مي‌کند. همچنين لپ‌تاپ شيميايي اولين دستگاهي است که قادر است همزمان اسيدهاي آمينه و اسيدهاي چرب را شناسايي کند.» لپ‌تاپ شيميايي مانند وسايلي است که روزي آن‌ها را در فيلم پيشتازان فضا مي‌ديديم. اين آزمايشگاه همراه ابعادي مانند يک لپ‌تاپ عادي دارد. فقط کمي ضخيم‌تر است و اين افزايش ضخامت به دليل تعبيه فضاهايي براي نگه‌داري نمونه‌هاي برداشته شده است. دانشمنداني که اين دستگاه را طراحي کرده‌اند، اميدوارند که روزي از آن در سياره‌اي مانند مريخ و يا قمر مشتري، اروپا که کانديدهاي داشتن حيات ابتدايي هستند، استفاده شود.
فرناندا مورا (Fernanda Mora)،يکي از تکنولوژيست‌هاي مرکز JPL که در کنار پيتر ويليس (Peter Willis) محقق ارشد لپ‌تاپ شيميايي کار مي‌کند مي‌گويد: «اين دستگاه قابل برنامه‌ريزي است و مي‌توان مواد شيميايي مختلف را با آن تجزيه و تحليل کرد. اپليکيشن‌هاي متعددي روي اين وسيله وجود دارند که هرکدام براي هدفي خاص طراحي شده‌اند. اين برنامه‌ها مي‌توانند مواد شيميايي مانند اسيدهاي چرب و اسيدهاي آمينه را آناليز کنند.» اسيدهاي آمينه اجزاي تشکيل دهنده‌ي پروتئين‌ها هستند و اسيدهاي چرب از اجزاي کليدي سازنده‌ي غشاي سلولي مي‌باشند. وجود هر دوي اين مواد براي تشکيل حيات ضروري است. اما اين دو ماده مي‌توانند در مکان‌هايي که حيات در آن‌ها شکل نگرفته است نيز وجود داشته باشند. احتمالاً لپ‌تاپ شيميايي مي‌تواند تفاوت اين دو محيط را تشخيص بدهد.
به دنبال چه هستيم؟
از نظر شيميايي اسيدهاي آمينه دو نوع هستند: «دست چپ‌ها» و «دست راست‌ها». تفاوت اين اسيدهاي آمينه در جهتگيري فضايي عناصر آن‌هاست و مانند دست راست و چپ انسان‌ها، روبروي هم مانند آينه هستند. در واقع شکل اين دو دسته اسيد آمينه در مقابل هم وارونه‌ي جانبي است. عناصر تشکيل دهنده‌ي اسيد آمينه‌هاي دست چپ و دست راست يکسان هستند. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که اسيدهاي آمينه‌اي که منجر به شکل گرفتن حيات مي‌شوند، هميشه از نوع دست چپ هستند. البته ممکن است در جهان‌هاي ديگر يا دست کم سياره‌هاي ديگر، موجودات زنده‌اي با اسيدهاي آمينه‌ي دست راست وجود داشته باشند، اما تا کنون هيچ موجود صاحب حياتي روي زمين ديده نشده که ساختار پروتئين‌هايش حاوي اسيدهاي چرب دست راست باشد.
کريمر مي‌گويد: «اگر لپ‌تاپ شيميايي نمونه‌اي را بيابد و پس از آناليز، نشان دهد که اين نمونه شامل 50 درصد اسيدآمينه‌ي دست چپ و 50 درصد اسيد آمينه‌ي دست راست است، احتمالاً اين نمونه متعلق به يک فضاي صاحب حيات نمي‌باشد و منشأ بيولوژيکي ندارد. اما اگر اين دستگاه بتواند نمونه‌هايي که حاوي اسيدهاي آمينه‌ي صرفاً دست چپ يا دست راست هستند را بيابد، محققان بهتر مي‌توانند راجع به ويژگي‌هاي زيست فيزيکي آن محيط نظر بدهند.» يکي از چالش‌هاي علم زيست فناوري، اين است که انواع دست چپ و دست راست اسيدهاي آمينه شکل و ابعاد و حتي بار الکتريکي يکساني دارند و تجزيه و تحليل آن‌ها به طور مجزا کار دشواري است. از طرفي يافتن بهترين متد براي بررسي همه‌ي اسيدهاي آمينه در يک مرحله آناليز نيز يکي از چالش‌هاي پيش روي دانشمندان است.
البته پژوهشگران لپ‌تاپ شيميايي را طوري طراحي کرده‌اند که هنگام آناليز اسيدها، فاکتور طول زنجيره‌ي کربني آن‌ها را نيز بررسي کند. زيرا طول زنجيره‌ي کربني نشانه‌اي از اين است که نمونه بخشي از يک اندام است که يا اکنون زنده است و يا قبلاٌ زنده بوده و حال حيات خود را از دست داده است.
لپ‌تاپ شيميايي چگونه کار مي‌کند؟
اين لپ‌تاپ انرژي خود را از باتري تهيه مي‌کند و مي‌تواند نمونه‌هاي مايع را آناليز کند. يافتن نمونه‌هاي مايع در سياره‌هاي ديگر مانند مريخ کار دشواري است. براي رفع اين مشکل، محققان مرکز JPL دستگاهي به نام «ماشين اسپرسو» را در لپ‌تاپ شيميايي تعبيه کرده‌اند. اين ماشين مي‌تواند نمونه‌هاي جمع‌آوري شده را در لوله‌اي با آب مايع تحت دماي 100 درجه‌ي سلسيوس مخلوط کند تا مولکول‌هاي پروتئيني در آب شناور شوند و در نهايت براي آناليز به حالت مايع درآيند. دستگاه تحليلگر نمونه‌هاي مريخي ( Sample Analysis at Mars (SAM))وسيله‌اي بود که براي تجزيه و تحليل مواد سطحي مريخ به همراه مريخ‌نورد کنجکاوي (Curiosity rover) به سياره‌ي سرخ رفته است. در اين آزمايشگاه کوچک نيز از فناوري مشابهي استفاده شده است، با اين تفاوت که در تحليلگر نمونه‌هاي مريخي از آب استفاده نمي‌شود.
هنگامي که نمونه به حالت مايع تبديل شد، کار تجزيه و تحليل آغاز مي‌شود. در ابتدا نمونه در لپ‌تاپ شيميايي با رنگ فلوئورسنت ترکيب مي‌شود. اين رنگ فقط به اسيدهاي چرب و اسيدهاي آمينه مي‌چسبد. سپس نمونه به سمت يک ريزتراشه هدايت شده و در آن جا اسيدهاي چرب و اسيدهاي آمينه از هم جدا مي‌شوند. در نهايت اين مواد به سمت ليزر آشکارساز هدايت مي‌شوند. نمونه از نور ليزر مي‌گذرد و اسيدها به دليل رنگ فلوئورسنتي که دارند، هنگام عبور از باريکه‌ي ليزر سيگنالي را آشکار مي‌کنند که وجودشان را به محققان اعلام مي‌کند.
در کانال جداسازي ريزتراشه افزودني‌هاي شيميايي قرار داده شده‌اند که با نمونه مخلوط مي‌شوند. برخي از اين افزودني‌ها فقط با اسيدهاي آمينه‌ي دست راست واکنش مي‌دهند و برخي با اسيدهاي آمينه‌ي دست چپ. اين افزودني‌ها زمان نسبي مرحله‌ي جداسازي را تغيير مي‌دهند و محققان را قادر مي‌سازند که نوع اسيدهاي آمينه را در يک نمونه تعيين کنند.
آماده سازي براي استفاده در آينده
سال گذشته پژوهشگران لپ‌تاپ شيميايي را در يک آزمون ميداني تست کردند. آن‌ها اين وسيله را روي يک مريخ‌نورد آزمايشي سوار کرده و به محوطه‌ي باز مرکز JPL بردند. مورا در اين باره مي‌گويد: «اين اولين بار بود که ما نحوه‌ي کار لپ‌تاپ شيميايي را در خارج از لابراتوار خود مي‌سنجيديم. در واقع مي‌توان گفت که اين آزمايش، نخستين گامي بود که براي رسيدن به يک ابزار کاملاً قابل حمل و خودکار برداشته شد.» مايکل راسل (Michael Russell) که نمونه آزمايش را مهيا کرده است مي‌گويد: «در اين تست از (زنگ سبز) به عنوان نمونه استفاده مي‌کنيم. زنگ سبز ماده‌اي معدني است که مولکول‌هاي آلي را به خود جذب مي‌کند و از اين حيث مي‌تواند کليدي براي يافتن حيات باشد.»
ويليس مي‌گويد: «يکي از اهداف نهايي اين بود که لپ‌تاپ شيميايي را روي يک روبات نصب کرده و به سياره‌هاي ديگر بفرستيم. در اين آزمايش به طور محدودي به اين هدف رسيديم و توانستيم مشاهده کنيم که لپ‌تاپ را روي يک مريخ‌نورد سوار مي‌کنيم.» از زمان اجراي آزمون ميداني تا به امروز، مورا در تلاش است تا حساسيت دستگاه را بهبود بخشد تا لپ‌تاپ شيميايي بتواند مقادير کمتري اسيد آمينه و اسيد چرب را در نمونه‌هاي دريافتي شناسايي کند. هم اکنون قدرت تشخيص دستگاه به ميزان يک در تريليون رسيده است. مورا هم اکنون در حال آزمايش يک فناوري جديد در مرحله‌ي آشکارسازي با ليزر است.
تست بعدي قرار است با همکاري گروهي از دانشمندان ناسا در بيابان آتاکاما (Atacama Desert) در کشور شيلي برگزار شود. در اين آزمايش، از کمک مالي مرکز تکنولوژي و علوم سياره‌اي ناسا نيز استفاده مي‌شود. اين کمک هزينه تحت برنامه‌ي پژوهش‌هاي آنالوگ فناوري و علوم سياره‌اي (Planetary Science & Technology Through Analog Research) اعطا شده است. کريمر مي‌گويد: «لپ‌تاپ شيميايي مي‌تواند ابزار بسيار کارامدي براي بررسي جهان‌هاي يخي مانند انسلادوس و اروپا باشد. در صورتي که مقداري يخ ذوب شده و در حالت مايع به لپ‌تاپ داده شود، لپ‌تاپ مي‌تواند آن را آناليز کرده و مواد تشکيل دهنده‌اش را نشان دهد.»
البته لازم به ذکر است که اين دستگاه کاربردهايي هم در روي زمين دارد. با استفاده از لپ‌تاپ شيميايي مي‌توان محيط زيست را به طور مستقيم آناليز کرد و ديگر نيازي نيست که نمونه‌ها به محل آزمايشگاه برده شوند. همچنين در حوزه‌ي ترکيب‌هاي دارويي نيز مي‌توان از اين لپ‌تاپ استفاده کرد. دستگاه مي‌تواند نشان دهد که در داروها از مقادير مجاز مخدرها استفاده شده و يا ترکيب‌هاي تخديرکننده بيش از حد مجاز هستند. به تازگي به جسيکا کريمر يک جايزه‌ي علمي به پاس پژوهش‌هايش در JPL بر روي لپ‌تاپ شيميايي اعطا شده است. برنامه‌ي پيکاسوي ناسا(NASA’s PICASSO program) که بخشي از مأموريت‌هاي علمي اين آژانس در شهر واشنگتن است، حامي مالي اين پژوهش‌ها است. مؤسسه‌ي فناوري کاليفرنيا (California Institute of Technology) نيز آن را مديريت مي‌کند.
منبع:
منابع مفید:
مریخ (لینک مطالب بعدی مریخ در همین مطلب)