Ученые воссоздали древние «пути жизни»
Примерно 3,7 миллиарда лет назад несколько простых молекул объединились, чтобы создать что-то новое. Потом еще несколько, и еще. Каким-то образом эти стремительные комбинации в конечном итоге привели к появлению первых примитивных живых организмов, которые эволюционировали и размножались, чтобы в итоге сформировать великое многообразие жизни на Земле.
До сих пор мы точно не знаем, как, когда и в каком именно порядке это произошло. Однако новое исследование проливает немного света на это загадочное обстоятельство. С помощью специально разработанного программного инструмента ученые из Польши и Южной Кореи проследили потенциальные маршруты синтеза от простых молекул-предшественников (пребиотиков), присутствовавших на ранней Земле, до сложных биомолекул, которые дали начало изобилию жизни на планете в наши дни.
«Хотя сотни органических реакций уже были подтверждены в согласованных пребиотических условиях, у нас все еще есть лишь отрывочное представление о том, как эти отдельные "шаги" объединяются в полноценные пути для создания строительных блоков жизни», — пишут исследователи в своей статье.
Программное обеспечение называется Allchemy, и команда разработала его, закодировав известные пребиотические химические реакции в формате, который может прочитать машина. Они включали в систему информацию о заведомо несовместимых группах и условиях, а также об уже известных механизмах реакции в пребиотических условиях.
В качестве отправной точки в программе используются шесть основных известных молекул пребиотиков, существовавших до появления на Земле жизни: вода, азот, цианид, аммиак, метан и сера.
Оперируя к ним, алгоритм определяет возможные последовательные реакции. Они начинаются с исходных шести молекул, а затем развиваются, становясь все более и более сложными. Каждая вновь созданная молекула может взаимодействовать с продуктами всех предыдущих итераций в цепи, а также с исходными шестью молекулами.
В конце концов, эти цепные реакции действительно формируют строительные блоки жизни, такие как нуклеиновые кислоты, липиды и белки, а также ферменты. Команда использовала свое программное обеспечение для нескольких поколений и воспроизвела все известные пути к молекулам пребиотиков.
Некоторые молекулы пребиотиков, как установила Allchemy, могут образовываться невероятно быстро — глицин, который наш организм использует в качестве нейромедиатора, образуется всего за одну реакцию.
Мочевина, аденин (компонент ДНК), бутендиовая кислота и щавелевая кислота могут образовываться всего после двух реакций; а глицеральдегид, изогуанин, аспарагиновая кислота, гипоксантин, цитозин, фенилаланин, янтарная кислота, яблочная кислота, глиоксиловая кислота и альдотетроза могут образовываться через три.
По словам исследователей, в течение двух часов программа произвела 82 биотических молекулы и 36 603 абиотических молекулы.
Интересно то, что помимо известных путей, программа идентифицировала несколько ранее неизвестных путей синтеза пребиотических молекул. Их команда проверила, создав молекулы в лабораторных условиях по рецепту Allchemy.
Само по себе это было бы интересным открытием, но Allchemy еще далек от завершения. Фактические химические пути, по которым жизнь прошла миллиарды лет назад, вероятно, так и останутся загадкой истории. Однако Allchemy показал, что, возможно, они далеко не так сложны и запутанны, как нам кажется.
И в будущем эта система, а также родственные ей, могут оказаться чрезвычайно полезным инструментом для изучения условий, которые дали начало жизни не только на Земле, но, возможно, и на других планетах.