მეცნიერები წლების განმავლობაში ეჭვობდნენ, რომ მოლეკულურ დონეზე წყალი შეიძლება 2 სხვადასხვა სითხეს წარმოადგენდეს, რომელთაგანაც ერთი შედარებით მკვრივია, მეორე კი —‬ ნაკლებად. გარდა ამისა, ისინი შეიძლება "ადგილებს ცვლიდნენ" კიდეც. ამ მიკროსკოპული ტრანსფორმაციის შესახებ მოლეკულური მტკიცებულების მოპოვება ძალიან რთულია. მეორე მხრივ, ახალი ნაშრომის ავტორები აცხადებენ, რომ ხელოვნური ინტელექტის (AI) დახმარებით მათ ეს შეძლეს.

ამ მიგნებამ შეიძლება არამხოლოდ მოლეკულური ტრანსფორმაციის არსებობა დაამტკიცოს, არამედ წყალთან დაკავშირებული "უცნაურობები" ახსნას.

გაგრილებისას სითხეების უმეტესობა მკვრივდება, თუმცა წყლის შემთხვევაში ზუსტად ასე არ ხდება. ეს სითხე დაახლოებით 4°C-ზე მკვრივდება და შემდეგ გაფართოებას იწყებს. სწორედ ამიტომ ტივტივებს ყინული. გარდა ამისა, წყალს ტემპერატურის ცვლილების მიმართ უკეთესი რეზისტენტობა აქვს, ვიდრე მსგავს სითხეებს. ამასთან, მისი სიბლანტე გარკვეული წნევის ქვეშ ეცემა.

მეცნიერები უკვე დიდი ხანია, რაც წყლის შესახებ ანომალიებს ამჩნევენ. მათი ეჭვით, შეიძლება ეს ყველაფერი ერთმანეთთან იყოს დაკავშირებული. "ორი მდგომარეობის მოდელიც" შეიძლება გამაერთიანებელი ახსნის შექმნის მცდელობად მივიჩნიოთ.

გუნდმა AI-ს გამოყენებით მოლეკულური დინამიკის სიმულაციები გაუშვა. ამისთვის GROMACS-ის სიმულაციების პაკეტი გამოიყენეს. ცნობისთვის, ეს პაკეტი ძირითადად ცილების, ლიპიდებისა და ნუკლეინის მჟავების სიმულაციისთვის გამოიყენება. ამით მათ ასიათასობით წყლის მოლეკულის მოძრაობას მიადევნეს თვალყური, საბოლოოდ კი მილიონობით მონაცემი შეაგროვეს.

ტრადიციულად ამ ყველაფერს ძალიან ბევრი ადამიანის თანამშრომლობა და დიდი დრო (დაახლოებით 10 წელი) დასჭირდებოდა. მეორე მხრივ, კომპიუტერებისა და AI-ს გამოყენებით ეს საქმე დაახლოებით წელიწადსა და 6 თვეში შესრულდა.

AI-მ მკვლევრებს "რეაქციის კოორდინატები" მიაწოდა. ეს იმ ცვლადებს გულისხმობს, რომლებიც წყლის მოლეკულის ადგილობრივი განლაგების ცვლილებებს აღწერს (მკვრივი სტრუქტურიდან ნაკლებად მკვრივში გადასვლა ან პირიქით). მათ ამ კოორდინატების გასწვრივ სისტემის ქცევები დაიტანეს, ამით გრაფიკის ფორმის დადგენა სურდათ. ეს იმ ენერგიის ბარიერების რაოდენობასა და ადგილმდებარეობას გულისხმობს, რომელთა გადაკვეთაც მოლეკულებს ზემოხსენებული ტრანსფორმაციის შესასრულებლად უწევს.

აღმოჩნდა, რომ ტრანსფორმაციის გზა სხვადასხვა პირობის მიხედვით იცვლება. უმეტესად გადასვლა "ნახევარმარყუჟის" გზით ხდება. აქ ენერგიის მხოლოდ ერთი ბარიერია გადასაკვეთი. მეორე მხრივ, მაღალი და დაბალი სიმკვრივის წყალს შორის ზღვართან (დაახლოებით იგივე ზღვარი, რომელშიც ყინული და სითხე 0°C-ზე თანაარსებობს) მოლეკულები "სრული მარყუჟის" გზას "ირჩევს". ეს ერთის ნაცვლად სამი სხვადასხვა ბარიერის არსებობას გულისხმობს.

ამჟამად გუნდი მანქანური სწავლების გაუმჯობესებული მოდელის შექმნაზე მუშაობს, რათა მიღებული შედეგი დაადასტურონ. ისინი იმედოვნებენ, რომ საბოლოოდ ამ ყველაფერს ისეთ თვისებებთან დააკავშირებენ, როგორებიც სიმკვრივე, სიბლანტე და ტემპერატურაა.

ბიოლოგიური და ფარმაცევტული პროცესების უმეტესობა წყალში ხდება, ამიტომ წყლის მოლეკულური სტრუქტურის უკეთ გაგებას შეიძლება პრაქტიკული გამოყენებაც აღმოაჩნდეს. ამით შეიძლება გახსნილი მარილების, ცილებისა და წამლების მოლეკულების ურთიერთქმედებაზეც გავიგოთ მეტი, თუმცა აქამდე ჯერ კიდევ დიდი გზაა გასავლელი.

ნაშრომი გამოცემაში Nature Physics გამოქვეყნდა.