Нові відомості можуть кардинально трансформувати сучасну медицину та фармацевтику.
Вода
Дослідники досягли значного прогресу у фізичних та хімічних науках, що здатен докорінно змінити наше сприйняття звичайної води. Використовуючи методи штучного інтелекту, вчені виявили незаперечні молекулярні свідчення того, що вода насправді являє собою суміш двох рідин з різною щільністю, які постійно змінюють свій стан.
Про це інформує видання Live Science.
Протягом тривалого часу наукова спільнота висловлювала припущення, що на мікрорівні вода проявляє себе нетипово порівняно з іншими рідкими субстанціями. Їй властива низка аномальних властивостей: збільшення об’єму під час замерзання (що й пояснює плавучість льоду), надзвичайно висока стійкість до змін температури, а також зниження в’язкості під впливом певного тиску. Модель, що передбачає два стани, мала стати єдиним логічним поясненням цих феноменів.
Співвиконавець дослідження, фізико-хімік з Університету Гонконгу Сяо Чен Цзен, зазначив, що ця загадка залишалася нерозгаданою протягом тривалого часу через обмеженість наявних технологій.
«Важко повірити — перед нами лише одна пляшка води, чи не так? Це привернуло мою увагу. Ми мали наукові праці, що стосувалися цього питання, але не знаходили жодних підтверджень», — поділився своїми думками вчений.
Ситуація зрушила з місця, коли науковий співробітник лабораторії Лівень Лі запропонував радикально новий підхід — застосування «неконтрольованого глибокого навчання». Це особливий вид штучного інтелекту, здатний самостійно виявляти закономірності у великих обсягах даних без попередніх людських інструкцій.
Команда провела комп’ютерне моделювання молекулярної динаміки. Вони ретельно відстежували рух і взаємодію сотень тисяч молекул, що дозволило згенерувати десятки мільйонів точок даних.
«Таким чином, ШІ змушений навчатися — використовувати свої знання для творчості, для досліджень. Традиційно для цього знадобилася б допомога багатьох студентів. З комп’ютерами та ШІ Лі знадобилося, ймовірно, півтора року. Без штучного інтелекту аналогічний аналіз міг би зайнять приблизно десять років», — підкреслив професор.
Отримані алгоритмом «координати реакції» чітко продемонстрували, як локальна конфігурація молекул води трансформується від щільної структури до більш розрідженої і навпаки. Дослідники встановили, що цей процес безпосередньо залежить від зовнішніх умов.
У більшості випадків зміна стану відбувається за найпростішим шляхом, долаючи один енергетичний бар’єр. Однак, поблизу температурної межі у 0 градусів Цельсія, де водночас співіснують рідка вода та лід, молекули починають обирати складніший, обхідний шлях, долаючи одразу три окремі бар’єри.
Професор Цзен порівняв це явище з підйомом на розділену навпіл гору, де з одного боку є зручний пологий схил, а з іншого — стрімка скеля. Більшість молекул обирають простий схил, але на межі станів гора ніби знову стає єдиною, змушуючи робити повне коло навколо вершини.
Чому це відкриття важливе
Наразі вчені працюють над ще більш досконалою моделлю машинного навчання для детального аналізу в’язкості, щільності та температури рідини. Хоча попереду ще складний етап експериментального підтвердження за допомогою надчутливих спектроскопічних методів, потенціал цього відкриття є колосальним.
Оскільки майже всі ключові біологічні, хімічні та фармацевтичні процеси на планеті відбуваються у водному середовищі, розуміння її точної молекулярної будови надасть відповідь на питання, як саме лікарські засоби та білки взаємодіють у розчинах.
«Як тільки ми підтвердимо це експериментально, цю модель можна буде використовувати для розуміння взаємодії води з природою. Ці взаємодії є життєво важливими для ін’єкційних препаратів та функціонування клітин», — підсумував Сяо Чен Цзен.
Нагадаємо, науковці з Техаського університету в Остіні розробили портативну систему для збору води з повітря у вигляді куртки зі смарттканини. За добу вона може генерувати від 400 до 900 мл чистої питної води, залежно від рівня вологості. Ця технологія може стати корисною для туристів, рятувальників та медиків у віддалених або екстремальних умовах.