Japanische Wissenschaftler entwickeln Mikrochip zur Suche nach außerirdischem Leben: Gold-Nanodrähte und KI bestimmen biologische Moleküle mit über 80 % Genauigkeit

Japanische Forscher haben einen kompakten Mikrochip vorgestellt, der molekulare Lebensspuren in Materialproben mit einer Genauigkeit von über 80 Prozent nachweisen kann. Das Gerät analysiert einzelne Aminosäurenmoleküle und bestimmt, ob sie biologischen Ursprungs sind. Die Ergebnisse der Arbeit wurden in der begutachteten wissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht, wie RBC-Ukraine berichtet. Die Entwicklung soll eines der Hauptprobleme der modernen Planetenforschung lösen: Herkömmliche Geräte für die chirale Aminosäureanalyse sind sehr groß und erfordern eine komplexe Probenvorbereitung, wodurch sie für den Einsatz an Bord von Raumfahrzeugen praktisch ungeeignet sind.

Spiegelbildliche Formen von Aminosäuren als Lebensmarker

Die Basis der neuen Methode ist die Untersuchung von Aminosäuren — den sogenannten „Bausteinen“, aus denen Proteine und jegliche bekannte organische Materie bestehen. Diese Moleküle existieren in zwei spiegelbildlichen (chiralen) Formen: der linken (L-Form) und der rechten (D-Form). In der unbelebten Natur entstehen beide Formen in gleichen Mengen, während alle bekannten lebenden Organismen überwiegend linkshändige Aminosäuren verwenden. Genau diese asymmetrische Verteilung dient als eines der zuverlässigsten Biosignaturen: Wenn in einer Probe die L-Form überwiegt, weist dies auf einen möglichen biologischen Ursprung der Substanz hin. Früher waren für eine solche Analyse sperrige chirale Chromatographen und Spektrometer erforderlich, die ganze Laborracks einnehmen.

Gold-Nanodrähte und der Quanteneffekt

Das japanische Team hat eine grundsätzlich einfachere und kompaktere Lösung gefunden. Die Wissenschaftler platzierten zwei mikroskopisch kleine Golddrähte in extrem geringem Abstand zueinander. Dank des Quantentunnelsensation entsteht zwischen ihnen ein schwacher elektrischer Strom. Wenn eine Lösung mit Aminosäuren auf den Chip trifft, verändert jedes Molekül diesen Strom auf seine eigene Weise — und bildet faktisch einen einzigartigen elektrischen „Fingerabdruck“ der jeweiligen chiralen Form. Algorithmen der künstlichen Intelligenz lesen diese Schwankungen aus und bestimmen die Form des Moleküls mit einer Genauigkeit von über 80 Prozent, was den Ergebnissen großer Laboranlagen vergleichbar ist.

Feldtests: Murchison-Meteorit und Atacama-Wüste

Die Forscher überprüften die Leistungsfähigkeit des Geräts an realen Proben. Der Mikrochip analysierte Fragmente des Murchison-Meteoriten — eines berühmten Chondriten, der 1969 in Australien einschlug und über 70.000 verschiedene organische Verbindungen einschließlich Aminosäuren enthält. Parallel dazu wurden Bodenproben aus der chilenischen Atacama-Wüste getestet, die als eines der irdischsten Analoga zu den Bedingungen auf dem Mars gilt. Hinsichtlich der Analysegenauigkeit stand das kompakte Gerät großen Laborinstrumenten in nichts nach, was seine Eignung für Feldbedingungen und perspektivisch auch für den Weltraumeinsatz bestätigt.

Perspektiven für Weltraummissionen

In der aktuellen Phase bereiten die Wissenschaftler den Chip darauf vor, Moleküle zu erkennen, mit denen das System zuvor noch nicht gearbeitet hat, wodurch das Spektrum der detektierbaren Biosignaturen erweitert wird. Langfristig sind die Forscher zuversichtlich, dass kompakte Scanner dieses Typs auf Marsrovern, Mondtransportmoduln und automatischen Sonden installiert werden können, um nach möglichen Lebensspuren auf dem Mars, den Jupitermonde und Saturnmonden sowie anderen Himmelskörpern zu suchen. Für Missionen der nächsten Generation, die für das Ende des Jahrzehnts geplant sind, könnte dies ein bahnbrechendes Werkzeug werden, das eine chirale Analyse „vor Ort“ ermöglicht, ohne Proben zur Erde zurückbringen zu müssen.

Kontext: Warum das für die Planetenforschung wichtig ist

Die Suche nach Biosignaturen bleibt eine der Hauptaufgaben der modernen Astronomie und Biologie. Nachdem der Rover Perseverance mit der Probenentnahme im Jezero-Krater begonnen hat und die NASA-Mission Europa Clipper der Erforschung des unterirdischen Ozeans des Jupitermondes Europa nähergekommen ist, wurde der Bedarf an leichten und autonomen Analysewerkzeugen kritisch. Die japanische Entwicklung fügt sich nahtlos in diese Logik ein: Anstatt einen schweren Chromatographen in die Umlaufbahn oder auf die Oberfläche eines anderen Planeten zu schicken, kann eine Mission einen Chip im Scheckkartenformat mitnehmen, der innerhalb von Minuten Aufschluss über die chirale Asymmetrie der entdeckten organischen Moleküle geben kann. Die Veröffentlichung in Nature Communications bestätigt, dass die Methode ein unabhängiges Peer-Review-Verfahren durchlaufen hat und als bedeutender Beitrag zu den Werkzeugen der Planetenwissenschaften anerkannt wurde.