Ученые доказали возможность появления жизни с помощью шести молекул

«Россия» и «В мире»

Жизнь на Земле — чрезвычайно редкое явление в масштабах вселенной.

Это, пожалуй, один из самых поразительных и красивых процессов, но ученые удивительно мало знают о том, как пустынная первозданная Земля преобразовалась, чтобы поддерживать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем.

Используя несколько основных строительных блоков, таких как вода, аммиак или метан, предыдущие исследования позволили выделить несколько возможных графиков того, как эти ингредиенты трансформировались в сложный химический состав, который мы знаем сегодня.

Новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Science, использует другой подход. В этом исследовании ученые обратились к компьютерам, чтобы решить эту чрезвычайно человеческую проблему .

Используя программу химического синтеза под названием Allchemy , команда обнаружила три важных формы химической эволюции, которые, вероятно, приводят к жизни.

Ученые полагают, что задолго до того, как люди — или даже одноклеточные микробы — ходили по Земле, наш мир представлял собой огненный беспорядок, состоящий всего из нескольких ключевых химических соединений, включая воду, азот, цианид, аммиак, метан и серу.

Сосредоточившись на этих шести соединениях, ученые, стоящие за этим новым исследованием, стремились раскрыть химический эффект домино, который привел к созданию аминокислот, от которых зависит жизнь на Земле .

Хотя ученые определили, как отдельные молекулы или органические химические реакции могли возникнуть из первичной слизи Земли, менее известно о том, как эта картина выглядела в целом. Чтобы справиться с этой проблемой, Allchemy берет базовые первичные молекулы и использует алгоритм прогнозирования для изучения тысяч различных потенциальных путей того, как они могли привести к созданию жизни.

«Хотя сотни органических реакций были подтверждены в согласованных пребиотических условиях, у нас все еще есть лишь отрывочное представление о том, как эти отдельные шаги объединяются в полные синтетические пути для создания строительных блоков жизни», — пишут авторы. «[И] какие другие абиотические молекулы также могли образоваться».

«Как вы можете себе представить, количество комбинаций , в которых эти молекулы могут вступать в реакцию, и продукты , которые они производят, как они затем могут взаимодействовать друг с другом и так далее , и так далее, могут быть очень и очень огромными», — объясняет Бартош Grzybowski, ведущий автор и профессор химии в UNIS, в видео, описывающем исследование. «Есть также молекулы, которые по какой-то причине не выбрали жизнь».

Алгоритм начинается с воды, азота, цианида, аммиака, метана и серы, а затем химик, использующий алгоритм, может выбрать, сколько будущих итераций этих основных химических веществ он хочет исследовать. Одна или две итерации по-прежнему вычисляются вручную, но, как показывают графики исследования, до четырех, пяти или даже семи итераций скоро появятся тысячи возможностей. По их словам, на стандартном настольном компьютере можно обработать до семи поколений примерно за два часа.

За семь поколений этого синтеза исследователи идентифицировали 82 биотических молекулы, о которых известно, что они существуют сегодня, и более 36 000 других молекул, которые могли быть созданы в тех же условиях, но по той или иной причине не объединились, чтобы создать жизнь.

Исследователи говорят, что причина, по которой только несколько биотических молекул превысили остальные, может быть в том, что они более растворимы в воде и имеют более сильные водородные связи, что помогает им строить более крупные структуры.

Исследователи также определили три ключевых паттерна, которые способствовали эволюции сложных молекул:

Молекулы внутри сети могут действовать как катализаторы последующих реакций.
Молекулы могут производить поверхностно-активные вещества (то есть соединения, которые снижают поверхностное натяжение), относящиеся к примитивным формам биологической компартментализации.
Молекулы подвергаются самовоспроизводящимся циклам.

Выявление этих закономерностей может помочь ученым лучше понять, почему одни пути синтеза ведут к жизни, а другие — нет.

ОмскПресс