Tim naučnika uz podršku veštačke inteligencije i velikih GROMACS simulacija tvrdi da je pronašao molekularne dokaze da voda postoji u dve prelivajuće forme — gušćoj i ređoj. AI je otkrio "reakcione koordinate" koje opisuju prelaz između stanja i dve glavne putanje: "semi-lupu" (jedna barijera) i "puni krug" (tri barijere). Eksperimentalna potvrda zahteva osetljive metode, a razumevanje bi moglo imati dugoročne implikacije za biologiju i farmaciju.
Voda U Dve Molekulske Forme — AI Prvi Put Pronalazi Direktne Dokaze
An illustration of a water molecule. New research adds credence to a controversial theory that water actually switches between two chemical structures. | Credit: Yaroslav Kushta via Getty Images
Nakon decenija teorijskih nagađanja, tim naučnika predvođen Xiao Cheng Zengom iz City University of Hong Konga objavio je rezultate koji ukazuju da voda na molekularnom nivou može postojati u dve prelivajuće forme — gušćoj i ređoj. Rad je objavljen 4. juna u časopisu Nature Physics i kombinovan je velikim simulacijama molekulske dinamike i metodama veštačke inteligencije.
Šta su istraživači radili?
Umesto konvencionalnog pristupa, tim je upotrebio nenadzirano duboko učenje da iz ogromnih GROMACS simulacija izdvoji ključne obrasce u ponašanju stotina hiljada molekula vode. AI je identifikovao tzv. reakcione koordinate — maleni skup varijabli koje precizno opisuju kako lokalna molekulska struktura prelazi između gušće i ređe konfiguracije.
Glavni nalazi
Istraživači su utvrdili da postoji više načina na koje molekuli prelažu iz jednog stanja u drugo. Najčešći put je ono što su nazvali "semi-lupa" — jednostavnija putanja sa jednom energetskom barijerom. U blizini uslova gde se granice stanja približavaju (analogno granici koegzistencije leda i vode oko 0 °C), sistem ponekad koristi složeniju "puni krug" putanju koja uključuje tri odvojene energetske barijere.
"Teško je zamisliti — ovde je samo jedna voda, zar ne?" — rekao je Zeng, ilustrujući paradoks koji je motivisao studiju.
Zašto je to važno?
AI was used to study the molecular composition of water. | Credit: Vertigo3d via Getty Images
Model sa dve komponente može da objasni niz poznatih anomalija vode: zašto voda ima maksimalnu gustinu pri oko 4 °C, zašto led pluta, zašto voda drugačije reaguje na promene temperature i pritiska, kao i povezane promene viskoznosti. Ako se potvrdimo eksperimentalno, ova saznanja mogu pomoći da bolje razumemo hemijske i biološke procese koji se odvijaju u vodenom rastvoru, uključujući ponašanje soli, proteina i lekova.
Šta još treba uraditi?
Autori naglašavaju da su trenutni rezultati dobijeni iz simulacija i AI analize — konačno potvrđivanje zahteva vrlo osetljive eksperimentalne tehnike. Laboratorije kao što je Pacific Northwest National Laboratory već su pružile indirektne spektroskopske dokaze za dvostano ponašanje vode, ali direktna, molekularna potvrda ostaje sledeći korak.
Perspektiva
Tim razvija preciznije mašinsko-učenje modele kako bi testirao i proširio rezultate, sa ciljem da poveže molekulske reži-me sa makroskopskim svojstvima kao što su gustina, viskozitet i temperaturna zavisnost. Primena ovih saznanja u biologiji i farmaciji je obećavajuća, ali će zahtevati dodatna istraživanja i eksperimentalnu potvrdu.
Napomena: Sve tvrdnje iz ovog članka zasnovane su na najnovijoj objavi tima u Nature Physics i interpretaciji vođenoj od strane samih autora.
Pomozite nam da budemo bolji.
