Jak powstało życie na Ziemi? Polacy opracowali chemiczne "drzewo", które odpowiada na pytania sprzed miliardów lat

naukowiec, mikroskop, nauka, badania
fotografixx/Getty Images
Kilka następujących po sobie reakcji chemicznych wystarczy, by z kilku prostych związków, jakie występowały miliardy lat temu na Ziemi, powstały pierwsze cegiełki życia - choćby aminokwasy. Polscy naukowcy opracowali - program, który wskazał chemiczne "drzewo początków życia" - zbiór reakcji, które brały udział w powstaniu życia.

Miliardy lat temu, zanim na Ziemi pojawili się pierwsi mieszkańcy, obecne były na niej tylko proste związki chemiczne, jak choćby woda, azot czy metan. Laikowi może się nie mieścić w głowie, jak z takich prostych składników mogło się wyłonić życie. Naukowcy od dekad starają się jednak pokazać, że jest to możliwe: że za pomocą małych kroków z prostych składników zaczęły powstawać coraz bardziej skomplikowane związki, a z nich - w efekcie - życie.

"Science" - polscy naukowcy o powstaniu życia

Polscy naukowcy spróbowali usystematyzować wiedzę dotyczącą możliwości chemicznej ewolucji życia. Prześledzili, jakie związki chemiczne mogły rzeczywiście powstawać z kilku składników, które najprawdopodobniej były obecne na naszej planecie. Publikacja polskiego zespołu na ten temat ukazała się w prestiżowym "Science".

Już kilka lat temu badacze z zespołu prof. Bartosza Grzybowskiego (z Instytutu Chemii Organicznej PAN i Uniwersytetu UNIST w Korei Płd.) i dr Sary Szymkuć opracowali program Allchemy. Pozwala on symulować reakcje chemiczne zachodzące w określonych warunkach pomiędzy zadanymi związkami chemicznymi. Aby przygotować program Allchemy, trzeba było wykorzystać zaawansowaną wiedzę chemiczną, użyć olbrzymich baz danych i wykorzystać możliwości sztucznej inteligencji.

Tym razem zaprzęgliśmy komputer do tego, by pomógł nam zrozumieć, jak powstały cząsteczki ważne dla życia

- podsumowuje w rozmowie z PAP badania w "Science" współkierująca zespołem dr Sara Szymkuć.

Naukowcy wzięli na warsztat sześć związków chemicznych: wodę, cząsteczkę azotu, metan, siarkowodór, wodę, amoniak i cyjanowodór. Jakie związki mogą z nich powstać, gdy pozwolimy im reagować ze sobą we wszystkich możliwych kombinacjach? Okazało się, że wystarczy dosłownie kilka kolejnych kroków reakcji, aby wśród produktów zaczęły się pojawiać aminokwasy (składniki białek), zasady azotowe (składniki DNA), lipidy czy enzymy. Komputerowe symulacje pokazały też, że już tych kilka kroków wystarczy, by zaczęły się pojawiać związki, które... powielają same siebie.

I tak np. naukowcy pokazują, że jedna reakcja chemiczna wystarczy, by z tych sześciu początkowych związków powstało kolejnych 12. Jeśli teraz pozwoli się reagować dalej tym wszystkim dostępnym wtedy 18 związkom - może powstać 20 kolejnych związków chemicznych. W następnym kroku pojawi się 60 nowych związków, a później - aż 300. Po piątym kroku reakcji dochodzi do zaskakująco bogatej bazy 1500 nowych substancji. Co ciekawe, tylko dwie reakcje chemiczne wystarczą, by powstał pierwszy aminokwas - glicyna. A jeśli pozwolić na 5 kroków reakcji, powstanie już 27 związków chemicznych, charakterystycznych dla życia (wśród nich choćby uracyl, zasada azotowa wchodząca w skład RNA).

Allchemy - polski moduł dostępny za darmo dla wszystkich naukowców

Przygotowanie takiego kompletnego, chemicznego "drzewa życia" i operowanie na tak ogromnej liczbie związków chemicznych wykracza poza możliwości pojedynczych chemików. Komputer jednak świetnie sobie daje radę z symulowaniem tych reakcji. Znajduje kolejne ścieżki reakcji, z których istnienia chemicy nie zdawali sobie sprawy, a które mogą prowadzić do powstawania aminokwasów, enzymów, lipidów... Niektóre z takich nieznanych wcześniej - ale zaproponowanych przez komputer reakcji - naukowcy potwierdzili eksperymentalnie, pokazując zarazem, że ich program może być cennym narzędziem dla chemików.

Polacy za darmo - wraz z publikacją - udostępniają moduł Allchemy obejmujący reakcje, jakie mogły zachodzić miliardy lat temu na Ziemi.

Naukowcy mogą się tym narzędziem pobawić i sprawdzić swoje hipotezy dotyczące początków życia

- zachęca dr Szymkuć.

Dzięki programowi Allchemy w jednym miejscu zgromadzone są wszystkie cząsteczki, które mogły powstać na prebiotycznej Ziemi. Można sprawdzić, co odróżnia cząsteczki wybrane przez życie od tych wszystkich pozostałych, których jest zdecydowanie więcej. Prof. Bartosz Grzybowski podsumowuje cechy najprostszych cząsteczek, z których korzysta życie. Są one: rozpuszczalne w wodzie (bo życie powstawało w wodzie), stabilne termodynamicznie (nie zmieniają się w czasie), do ich produkcji nie potrzeba wyraźnych zmian warunków reakcji (łatwiej mogły więc powstawać), a także mają zbalansowane akceptory i donory wiązań wodorowych (dzięki temu mają większą możliwość łączenia się wiązaniami wodorowymi w agregaty - jak w przypadku białek czy kwasów nukleinowych).

Jest w tym regularność. Nie jest więc przypadkiem, co zostało wybrane w procesie chemicznej ewolucji życia

- ocenia prof. Grzybowski.

Badacz zwraca uwagę, że na "chemicznym drzewie początków życia" dość szybko pojawiają się cząsteczki, które są katalizatorami - ułatwiają zachodzenie kolejnych, zupełnie nowych typów reakcji.

To drzewo z każdym krokiem ma więc coraz więcej gałęzi. Ono samo napędza swój wzrost

- mówi.

Dodaje, że kiedy "rozpisze się" to całe drzewo, to w gąszczu reakcji komputer może wyłapać pierwsze autokatalityczne cykle reakcji – tzn. cykle, które prowadzą do skopiowania wyjściowej substancji, namnożenia jej. A więc już na bardzo wczesnym etapie mogło pojawić się zjawisko samoreplikacji, tak charakterystyczne dla życia. W publikacji w "Science" badacze udowodnili działanie jednego z takich cykli w probówce. Aby życie mogło powstać, musiały też w pewnym momencie powstawać pęcherzyki, proste organelle. A do tego potrzebne są surfaktanty tworzące tzw. micele, komponenty błony komórkowej. "Też pokazaliśmy, jak można je zrobić z prebiotycznych składników" - zauważa prof. Grzybowski.

Polacy wykorzystują Allchemy do szukania nowych leków

To, jakie reakcje mogły zachodzić na Ziemi przed nastaniem życia, projektował komputer i to jego wskazania powiedziały nam, które syntezy wykonać w laboratorium i jak to zrobić. Daje nam to kolejne potwierdzenie, że maszyny stają się coraz bardziej przydatnym narzędziem w badaniach dotyczących syntezy chemicznej

- podsumowuje dr Szymkuć. A prof. Grzybowski zapowiada, że jego zespół wykorzystuje program Allchemy również do prac nad szukaniem nowych leków i ich syntezą.

Kosmiczne kolonie? Tak życie w przyszłości wyobrażano sobie w latach 70. Zobacz wideo:

Zobacz także:

Autor: Paweł Jaskulski

Źródło: PAP

podziel się:

Pozostałe wiadomości

Małgorzata Rozenek-Majdan wskoczyła do wanny pełnej lodu: "Nie wypada tego nie zrobić"

Małgorzata Rozenek-Majdan wskoczyła do wanny pełnej lodu: "Nie wypada tego nie zrobić"

Gnębienie i brak tolerancji - rzeczywistość polskich szkół? "Trzeba działać"

Gnębienie i brak tolerancji - rzeczywistość polskich szkół? "Trzeba działać"

W tym szpitalu przeprowadza się pionierskie operacje serca. "To jest rewolucja"

W tym szpitalu przeprowadza się pionierskie operacje serca. "To jest rewolucja"

Kultowa gra powraca w nowej odsłonie. Mistrz Scrabble zdradza "najdroższe słowo"
Materiał promocyjny

Kultowa gra powraca w nowej odsłonie. Mistrz Scrabble zdradza "najdroższe słowo"

Komentarze lektora w "Hotelu Paradise" to złoto. Zestawienie zabawnych fragmentów i ciętych ripost

Komentarze lektora w "Hotelu Paradise" to złoto. Zestawienie zabawnych fragmentów i ciętych ripost

Dlaczego obgadujesz innych? Te słowa psychologa dadzą ci do myślenia

Dlaczego obgadujesz innych? Te słowa psychologa dadzą ci do myślenia

Omegamania – poznaj kwasy Omega-3! Jak wspierają zdrowie?
Materiał promocyjny

Omegamania – poznaj kwasy Omega-3! Jak wspierają zdrowie?

Dorota Szelągowska odważnie o rozstępach na brzuchu: "Obiektywnie okropne, ale są moje"

Dorota Szelągowska odważnie o rozstępach na brzuchu: "Obiektywnie okropne, ale są moje"

Jak postawić na nogi monsterę? Ekspert zdradza sprawdzone sposoby

Jak postawić na nogi monsterę? Ekspert zdradza sprawdzone sposoby

Jak koledzy ze studiów postrzegają Oliwię Bieniuk?

Jak koledzy ze studiów postrzegają Oliwię Bieniuk?

Zacznij dzień słodkim, zdrowym śniadaniem. Poznaj dodające energii dania według Darii Ładochy
Materiał promocyjny

Zacznij dzień słodkim, zdrowym śniadaniem. Poznaj dodające energii dania według Darii Ładochy

"Sposób na wnętrze": Mural, sztukateria i obrotowe lamele. Modny i przytulny salon w jeden dzień
Materiał promocyjny

"Sposób na wnętrze": Mural, sztukateria i obrotowe lamele. Modny i przytulny salon w jeden dzień

Mefedron na wyciągnięcie ręki. Jak poznać uzależnienie u dziecka? Czat z ekspertem

Mefedron na wyciągnięcie ręki. Jak poznać uzależnienie u dziecka? Czat z ekspertem

Kim jest zwycięzca "Czas na Show. Drag Me Out"? To mistrz świata i mąż znanej aktorki

Kim jest zwycięzca "Czas na Show. Drag Me Out"? To mistrz świata i mąż znanej aktorki

Czy można wejść do restauracji lub baru z psem? GIS przypomina

Czy można wejść do restauracji lub baru z psem? GIS przypomina

Pogoda na weekend. Termometry mogą wskazać nawet 27 kresek

Pogoda na weekend. Termometry mogą wskazać nawet 27 kresek

Efekt placebo wciąż wykorzystuje się w medycynie. Na czym polega?

Efekt placebo wciąż wykorzystuje się w medycynie. Na czym polega?

Pomyśl, zanim udostępnisz zdjęcia swojego dziecka

Pomyśl, zanim udostępnisz zdjęcia swojego dziecka

Siostry uratowały sklep dziadka. "To nie mogło się tak skończyć"

Siostry uratowały sklep dziadka. "To nie mogło się tak skończyć"

Platforma streamingowa Max już w czerwcu. "Na tę chwilę czekaliśmy 2 lata"

Platforma streamingowa Max już w czerwcu. "Na tę chwilę czekaliśmy 2 lata"

"Łazienkowe przekleństwa" - zbawienna metoda czy szkodliwy trend? Psycholożka wyjaśnia

"Łazienkowe przekleństwa" - zbawienna metoda czy szkodliwy trend? Psycholożka wyjaśnia

Znamy finalistów XV edycji konkursu Sukcesu Pisanego Szminką

Znamy finalistów XV edycji konkursu Sukcesu Pisanego Szminką

"Przypalone ciasto warto wytrzeć tarką"

"Przypalone ciasto warto wytrzeć tarką"

Nie wiesz, jak rozmawiać ze swoim psem? Waszą komunikację poprawi Radek Ekwiński. Napisz do nas

Nie wiesz, jak rozmawiać ze swoim psem? Waszą komunikację poprawi Radek Ekwiński. Napisz do nas

Wybuchowy ekstrawertyk, a może cichy introwertyk? Poznaj numerologiczną 4

Wybuchowy ekstrawertyk, a może cichy introwertyk? Poznaj numerologiczną 4

Pył znad Sahary powrócił do Polski. Dla tej grupy osób jest szczególnie groźny

Pył znad Sahary powrócił do Polski. Dla tej grupy osób jest szczególnie groźny

Kolejny sukces Taylor Swift. 34-latka debiutuje na liście światowych miliarderów

Kolejny sukces Taylor Swift. 34-latka debiutuje na liście światowych miliarderów

Najlepsze podkłady na lato 2024. Czym się kierować, wybierając ten kosmetyk?

Najlepsze podkłady na lato 2024. Czym się kierować, wybierając ten kosmetyk?

E-sklep TVN. Co jest w ofercie? "Widzowie poczują się częścią czegoś większego"
Materiał promocyjny

E-sklep TVN. Co jest w ofercie? "Widzowie poczują się częścią czegoś większego"

Są bliźniaczkami syjamskimi, lecz mają inną orientację. Jak wygląda ich życie seksualne?

Są bliźniaczkami syjamskimi, lecz mają inną orientację. Jak wygląda ich życie seksualne?

Kuba Wesołowski znów zostanie tatą. Żona aktora pochwaliła się ciążowym brzuszkiem

Kuba Wesołowski znów zostanie tatą. Żona aktora pochwaliła się ciążowym brzuszkiem

Uniwersalne motywy na maturę z polskiego. Poznaj najpopularniejsze motywy literackie i zrób sobie powtórkę

Uniwersalne motywy na maturę z polskiego. Poznaj najpopularniejsze motywy literackie i zrób sobie powtórkę

In vitro w Polsce: Ministerstwo Zdrowia przedstawia szczegóły programu. "Przywracamy nadzieję"

In vitro w Polsce: Ministerstwo Zdrowia przedstawia szczegóły programu. "Przywracamy nadzieję"

Gdzie jest burza teraz? Radar burz NA ŻYWO

Gdzie jest burza teraz? Radar burz NA ŻYWO

Wakacje w maju – gdzie warto pojechać?

Wakacje w maju – gdzie warto pojechać?

Mama lekarz mówi na co nie pozwala dzieciom w domu. "Nie ma mowy"

Mama lekarz mówi na co nie pozwala dzieciom w domu. "Nie ma mowy"

#DzieńDobrywPolsce. Potrzebujesz interwencji Dzień Dobry TVN? Napisz do nas

#DzieńDobrywPolsce. Potrzebujesz interwencji Dzień Dobry TVN? Napisz do nas

Gruszki to idealny owoc dla zmagających się z tą chorobą. Sprawdź, dlaczego

Gruszki to idealny owoc dla zmagających się z tą chorobą. Sprawdź, dlaczego