Nový chemický „strom pôvodu života“ odhaľuje našu možnú molekulárnu evolúciu

(LoganArt/Pixabay)

Jedna z najväčších záhad v našom vesmíre je práve tu na našom vlastnom prahu. Nie, bližšie – je to v každom vlákne našej bytosti.

Najmenej pred 3,7 miliardami rokov , niekoľko jednoduchých molekúl spolupracovalo na vytvorení niečoho nového. Potom ešte niekoľko. A akosi tieto kombinácie snehových gúľ nakoniec vytvorili prvé úplne základné živé organizmy, ktoré sa vyvinuli a rozvetvovali, aby sa stali všetkým životom na Zemi.

Nepoznáme poradie, v akom sa to stalo; sakra, ani nevieme kedy respkdestalo sa. Nový výskum nám však ukazuje možnosti.



Pomocou špeciálne vyvinutého softvérového nástroja vedci v Poľsku a Južnej Kórei vysledovali potenciálne cesty syntézy z jednoduchých prekurzorových molekúl ( prebiotiká ) prítomných na ranej Zemi pre komplexné biomolekuly, ktoré viedli k dnešnému množstvu života na planéte.

„Hoci stovky organických reakcií boli potvrdené podkonsenzuálne prebiotické podmienkyStále máme len čiastočné pochopenie toho, ako sa tieto jednotlivé kroky spojili do úplných syntetických ciest, aby vytvorili stavebné kamene života,“ napísali vedci vo svojom článku .

'Využili sme silu počítačom podporovanej organickej syntézy na zmapovanie siete molekúl, ktoré je možné syntetizovať zo základných prebiotických surovín.'

Ilustrácia reakčného stromu. (Wołos a kol., Veda, 2020)

Softvér je tzv Allchemy a tím ho vyvinul kódovaním známych prebiotických chemických reakcií vo formáte, ktorý dokáže prečítať stroj. Zahŕňali informácie o nekompatibilných skupinách a podmienkach a známych reakčných mechanizmoch v prebiotických podmienkach.

Šesť základných známych prebiotických molekúl, ktoré existovali pred životom na Zemi, sa vkladá do programu ako východiskový bod – voda, dusík, kyanid, amoniak, metán a síra.

Odtiaľ algoritmus identifikuje možné následné reakcie. Tieto začínajú s pôvodnými šiestimi molekulami a potom sa iteratívne rozvíjajú a rastú čoraz zložitejšie. Každá novovytvorená molekula reaguje s produktmi všetkých predchádzajúcich iterácií v reťazci, ako aj s pôvodnými šiestimi molekulami.

Nakoniec tieto reťazové reakcie produkujú stavebné kamene života, ako sú nukleové kyseliny, lipidy a proteíny, ako sú enzýmy.

Tím prevádzkoval svoj softvér niekoľko generácií a reprodukoval všetky známe cesty k prebiotickým molekulám.

Niektoré prebiotické molekuly, identifikované Allchemy, sa môžu tvoriť neuveriteľne rýchlo – glycín, ktorý naše telo využíva ako neurotransmiter, sa tvorí už po jednej reakcii.

Močovina, adenín (zložka DNA), kyselina buténdiová a kyselina šťaveľová môžu vzniknúť už po dvoch reakciách; a glyceraldehyd, izoguanín, kyselina asparágová, hypoxantín, cytozín, fenylalanín, kyselina jantárová, kyselina jablčná, kyselina glyoxylová a aldotetróza sa môžu tvoriť po troch.

Do dvoch hodín softvér vyprodukoval 82 biotických molekúl a 36 603 abiotický molekuly, uviedli vedci.

Okrem známych ciest softvér identifikoval niekoľko predtým neznámych ciest syntézy prebiotických molekúl. Tieto tímy testovali vytvorením molekúl v laboratórnom prostredí podľa receptu Allchemy.

To by bolo samo o sebe dosť zaujímavé zistenie, ale Allchemy ani zďaleka neskončila. Zo stromu života, ktorý softvér vygeneroval, tím identifikoval tri druhy chemických objavov, ktoré sú pre život kľúčové.

Po prvé, molekuly vytvorené v rámci siete môžu umožniť nové druhy chemických reakcií, čím sa výrazne rozšíri počet potenciálnych produktov z generácie molekúl. Po druhé, v priebehu niekoľkých generácií vznikajú jednoduché chemické systémy – vrátane samoobnovujúcich sa cyklov. Tie boli overené aj v laboratórnych experimentoch.

A nakoniec, sieť identifikovala cesty k povrchovo aktívnym látkam. Tieto molekuly sa navzájom spontánne spájajú a vytvárajú uzavreté bubliny. Tvoria bunkové steny; bez nich by sme nemali biologickú kompartmentalizáciu, ako ju poznáme, ktorá má zásadný význam pre organizáciu biomolekulových systémov.

Skutočné chemické cesty, ktorými život prešiel pred miliardami rokov, nám pravdepodobne nikdy nebudú známe. Ale ukazuje to Allchemymožno to nebolo také ťažké, ako by sme si mysleli.

A mohlo by sa ukázať ako mimoriadne užitočný nástroj na skúmanie podmienok, ktoré by mohli viesť k vzniku života nielen na Zemi, ale možno aj inde.

„Vyššie uvedené analýzy a syntetické príklady nás spolu vedú k záveru, že algoritmy výpočtovej reakčnej siete sú užitočné na identifikáciu nových syntetických ciest k prebioticky relevantným cieľom a sú nevyhnutné na objavenie prebiotických chemických systémov, ktoré je inak náročné rozoznať,“ napísali vedci vo svojom článku .

'Prirodzene, prebiotické reakčné siete by mali a budú rásť, keď sa experimentálne overia odlišné prebioticky pravdepodobné transformácie.'

Allchemy bol voľne sprístupnený verejnosti. A výskum tímu bol publikovaný v r Veda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.