Dešimtmečius mokslo bendruomenė įtarė, kad mikroskopiniu lygmeniu vanduo elgiasi visiškai netipiškai, palyginti su kitais skysčiais. Jis pasižymi daugybe anomalijų: užšaldamas plečiasi, todėl ledas plūduriuoja, yra labai atsparus temperatūros pokyčiams, o jo klampumas tam tikrame slėgyje mažėja. Dviejų būsenų modelis ilgą laiką buvo laikomas logišku šių reiškinių paaiškinimu.
Tyrimo bendraautoris, Honkongo miesto universiteto fizikas chemikas Xiao Cheng Zengas pripažino, kad ši paslaptis ilgai liko neišspręsta dėl techninių galimybių stokos.
„Sunku patikėti – prieš mus tik vienas vandens butelis, tiesa? Tai patraukė mano dėmesį. Turėjome mokslinės literatūros, kurioje apie tai buvo rašoma, tačiau neturėjome jokių įrodymų“, – sakė mokslininkas.
Padėtis pasikeitė, kai laboratorijos mokslo darbuotojas Liwenas Li pasiūlė visiškai naują požiūrį – pasitelkti neprižiūrimąjį gilųjį mokymąsi. Tai specifinis dirbtinio intelekto tipas, galintis savarankiškai rasti dėsningumus didžiuliuose duomenų kiekiuose, neturėdamas išankstinių žmogaus nurodymų.
Komanda atliko kompiuterinius molekulinės dinamikos modeliavimus. Tyrėjai atidžiai stebėjo šimtų tūkstančių molekulių judėjimą ir tarpusavio sąveiką, taip sugeneruodami dešimtis milijonų duomenų taškų.
„Tai verčia dirbtinį intelektą išmokti naudoti savo žinias kūrybiškumui ir tyrimams. Tradiciškai tam būtų reikėję daug studentų. Su kompiuteriais ir dirbtiniu intelektu Li prireikė galbūt pusantrų metų. Be dirbtinio intelekto panaši analizė galėjo užtrukti apie dešimt metų“, – pabrėžė profesorius.
Algoritmo gautos „reakcijos koordinatės“ aiškiai parodė, kaip vietinis vandens molekulių išsidėstymas keičiasi iš tankios struktūros į laisvesnę ir atvirkščiai. Tyrėjai nustatė, kad šis procesas tiesiogiai priklauso nuo išorinių sąlygų.
Daugeliu atvejų būsenos pokytis vyksta paprasčiausiu keliu, įveikiant vieną energijos barjerą. Tačiau arti 0 °C temperatūros ribos, kai vienu metu egzistuoja ir skystas vanduo, ir ledas, molekulės ima rinktis sudėtingesnį aplinkinį kelią, įveikdamos net tris atskirus energinius barjerus.
Profesorius Zengas šį reiškinį palygino su kopimu į kalną, kurio vienoje pusėje yra švelnus šlaitas, o kitoje – status skardis. Dauguma molekulių renkasi švelnų šlaitą, tačiau būsenų riboje kalnas tarsi vėl sukietėja ir priverčia jas judėti ratu aplink viršūnę.
Kodėl šis atradimas svarbus?
Šiuo metu mokslininkai kuria dar sudėtingesnį mašininio mokymosi modelį, skirtą išsamiai skysčių klampumo, tankio ir temperatūros analizei. Nors dar laukia sudėtingas eksperimentinio patvirtinimo etapas, kuriame bus pasitelkti itin jautrūs spektroskopiniai metodai, šio atradimo potencialas laikomas milžinišku.
Kadangi beveik visi pagrindiniai biologiniai, cheminiai ir farmaciniai procesai planetoje vyksta vandenyje, tikslesnis jo molekulinės struktūros supratimas gali padėti atsakyti į klausimą, kaip vaistai ir baltymai sąveikauja tirpaluose.
„Kai tai bus patvirtinta eksperimentiškai, šis modelis galės būti naudojamas norint suprasti, kaip vanduo sąveikauja su gamta. Ši sąveika yra gyvybiškai svarbi vaistų tiekimui ir ląstelių funkcijai“, – teigė Xiao Cheng Zengas.
Primename, kad Teksaso universiteto Ostine mokslininkai sukūrė nešiojamą vandens surinkimo iš oro sistemą – išmaniojo audinio striukę. Ji gali pagaminti nuo 400 iki 900 ml švaraus geriamojo vandens per dieną, priklausomai nuo drėgmės lygio. Ši technologija galėtų būti naudinga žygeiviams, gelbėtojams ir medicinos specialistams atokiose ar ekstremaliose vietovėse.
Naujausi komentarai