Ученым воссоздали древние «пути жизни»

Алгоритм органического синтеза наметил тысячи реакций, которые могли превратить абиотические соединения в строительные блоки жизни более 3,5 миллиарда лет назад.

Начиная с шести простых прекурсоров, программа открыла многие известные, а также 24 совершенно новых пути к молекулам пребиотиков и показала, как могут возникнуть каталитические и самовоспроизводящиеся системы.

Несмотря на сотни демонстраций того, что в условиях ранней Земли могут происходить различные органические реакции, научное сообщество по-прежнему имеет лишь отрывочное представление о том, как возникли строительные блоки жизни. Это потому, что количество возможных комбинаций этих реакций настолько велико, что количество образованных молекул быстро достигает десятков тысяч. Хотя синтез и анализ такого количества соединений затруднен, в принципе их можно отсортировать с помощью компьютера.

Теперь исследователи именно это и сделали. Команда под руководством Бартоша Гржибовски и Сары Шимкуч из Польской академии наук закодировала все 500 известных пребиотических реакций и исходное сырье из шести прекурсоров — воды, цианистого водорода, аммиака, сероводорода, азота и метана — на открытой платформе Allchemy . Затем алгоритм использовал закодированные правила механической химии для создания карты их комбинаций.

Запуская программу в течение семи поколений, каждый раз комбинируя сгенерированные молекулы с тем, что было раньше, исследователи получили почти 35 000 соединений, включая 50 биотических. Программа смогла найти множество синтезов пребиотиков, ранее описанных в литературе, например 10 путей, ведущих к компоненту ДНК аденину . Но он также открыл 24 совершенно новых пути к биотическим соединениям, более 20 из которых были подтверждены экспериментально.

Кроме того, начали появляться более сложные системы, такие как реакционные циклы и мицеллы. Одна образованная молекула, иминодиуксусная кислота , может образовывать комплекс с металлами, такими как марганец, и действовать как катализатор. «Вы можете провести его через цикл, и он потенциально может воспроизводить две копии себя за один цикл. В эксперименте мы показали это автоусиление. Это учит нас тому, что самовоспроизведение возникает химически », — говорит Гжибовски.

Как объясняет Шимкуч, одна из причин, по которой компьютерные программы лучше обнаруживают эти пути, чем люди, заключается в том, что «люди не привыкли при разработке чего-либо включать ступень, которая разрушает молекулу, а это необходимо для цикла».

Но подавляющее большинство комбинаций реакций привело к появлению абиотических соединений — молекул, которые никогда не включались в живые системы. Анализ показал, что молекулы, которые стали строительными блоками жизни, были более растворимы в воде и более термодинамически стабильны. «У избранных было сбалансированное количество доноров и акцепторов водородных связей», — добавляет Гржибовски. «Когда вы думаете об этом, это имеет смысл — подумайте о ДНК. Природа выбрала молекулы, которые с большей вероятностью впишутся в более крупную архитектуру, чтобы построить такие супрамолекулярные сборки ».

«Это невероятная работа», — говорит Валентина Эрастова , изучающая происхождение химии жизни с помощью вычислительных методов в Эдинбургском университете, Великобритания. «У нас есть небольшое ограничение в том, что оно должно основываться на наших обнаруженных реакциях. Есть еще реакции, которые мы не изучаем так часто, которые будут связаны с минералами и поверхностями, которые могут быть каталитическими. Было бы очень интересно разобраться… мы не можем считать эту карту абсолютной ».

aobe.ru | Актуальные новости России и мира