تكشف 'شجرة أصول الحياة' الكيميائية الجديدة عن التطور الجزيئي المحتمل

(LoganArt / Pixabay)

أحد أعظم الألغاز في كوننا موجود هنا على عتبة بابنا. لا ، أقرب - إنه موجود في كل ألياف كياننا.

منذ 3.7 مليار سنة على الأقل ، عملت بعض الجزيئات البسيطة معًا لإنشاء شيء جديد. ثم أكثر من ذلك بقليل. وبطريقة ما ، أنتجت هذه التوليفات المتصاعدة في نهاية المطاف الكائنات الحية الأساسية الأولى التي ستتطور وتتفرع لتصبح كل أشكال الحياة على الأرض.

لا نعرف الترتيب الذي حدث فيه. هيك ، لا نعرف حتى متى أوأينلقد حدث. لكن بحث جديد يوضح لنا الاحتمالات.

باستخدام أداة برمجية مطورة خصيصًا ، تتبع العلماء في بولندا وكوريا الجنوبية طرق التوليف المحتملة من جزيئات السلائف البسيطة ( البريبايوتكس ) موجودة على الأرض في وقت مبكر من الجزيئات الحيوية المعقدة التي أدت إلى حياة الكوكب المزدحمة اليوم.

على الرغم من أن المئات من التفاعلات العضوية قد تم التحقق منها بموجبالإجماع على شروط البريبايوتك، لا يزال لدينا فقط فهم مجزأ لكيفية دمج هذه الخطوات الفردية في مسارات تركيبية كاملة لتوليد اللبنات الأساسية للحياة ، ' كتب الباحثون في ورقتهم .

'لقد استخدمنا قوة التوليف العضوي بمساعدة الكمبيوتر لرسم خريطة لشبكة الجزيئات التي يمكن تخليقها من المواد الأولية الأساسية للحيوية الحيوية'.

رسم توضيحي لشجرة التفاعل. (Wołos et al.، Science، 2020)

البرنامج يسمى كل كيمياء ، وقام الفريق بتطويره عن طريق تشفير تفاعلات كيميائية سابقة للحيوية بصيغة يمكن للآلة قراءتها. تضمنت معلومات حول المجموعات والظروف غير المتوافقة ، وآليات التفاعل المعروفة في ظل ظروف البريبايوتك.

ستة جزيئات أساسية معروفة من البريبايوتك كانت موجودة قبل الحياة على الأرض يتم إدخالها في البرنامج كنقطة انطلاق - الماء والنيتروجين والسيانيد والأمونيا والميثان والكبريت.

من هناك ، تحدد الخوارزمية ردود الفعل المتتالية المحتملة. تبدأ هذه بالجزيئات الست الأصلية ، ثم تتقدم بشكل متكرر ، وتزداد تعقيدًا أكثر فأكثر. يتفاعل كل جزيء تم إنشاؤه حديثًا مع منتجات جميع التكرارات السابقة في السلسلة ، بالإضافة إلى الجزيئات الستة الأصلية.

في النهاية ، تنتج هذه التفاعلات المتسلسلة اللبنات الأساسية للحياة ، مثل الأحماض النووية والدهون والبروتينات مثل الإنزيمات.

قام الفريق بتشغيل برمجياتهم لعدة أجيال ، وأعادوا إنتاج جميع المسارات المعروفة لجزيئات البريبايوتك.

بعض جزيئات البريبايوتك ، التي حددتها Allchemy ، يمكن أن تتشكل بسرعة مذهلة - الجلايسين ، الذي تستخدمه أجسامنا كناقل عصبي ، يتشكل بعد تفاعل واحد فقط.

يمكن أن تتكون اليوريا والأدينين (أحد مكونات الحمض النووي) وحمض البوتينيدويك وحمض الأكساليك بعد تفاعلين فقط ؛ و glyceraldehyde ، isoguanine ، aspartic acid ، hypoxanthine ، cytosine ، phenylalanine ، succinic acid ، malic acid ، glyoxylic acid and aldotetrose يمكن أن يتشكل بعد ثلاثة.

في غضون ساعتين ، أنتج البرنامج 82 جزيءًا حيويًا و 36603 جزيءًا لا حيوي قال الباحثون.

بالإضافة إلى المسارات المعروفة ، حدد البرنامج العديد من طرق التخليق غير المعروفة سابقًا لجزيئات البريبايوتيك. اختبر الفريق هذه عن طريق إنشاء الجزيئات في بيئة معملية ، وفقًا لوصفة Allchemy.

سيكون هذا اكتشافًا مثيرًا للاهتمام بدرجة كافية من تلقاء نفسه ، لكن Allchemy لم يتم إنجازه بعد. من شجرة الحياة التي أنشأها البرنامج ، حدد الفريق ثلاثة أنواع من الانبثاق الكيميائي الضروري للحياة.

أولاً ، يمكن للجزيئات التي تم إنشاؤها داخل الشبكة أن تتيح أنواعًا جديدة من التفاعلات الكيميائية ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في عدد المنتجات المحتملة من جيل من الجزيئات. ثانيًا ، في غضون بضعة أجيال ، تظهر أنظمة كيميائية بسيطة - بما في ذلك دورات التجديد الذاتي. تم التحقق منها أيضًا في التجارب المعملية.

وأخيرًا ، حددت الشبكة الطرق المؤدية إلى العوامل الخافضة للتوتر السطحي. ترتبط هذه الجزيئات تلقائيًا ببعضها البعض لتشكيل فقاعات مغلقة. أنها تشكل جدران الخلايا. بدونها ، لن يكون لدينا تقسيم بيولوجي كما نعرفه ، وهو أمر ذو أهمية حاسمة لتنظيم الأنظمة الجزيئية الحيوية.

من المحتمل ألا نعرف أبدًا المسارات الكيميائية الفعلية التي استغرقتها الحياة منذ مليارات السنين. لكن Allchemy يظهر ذلكربما لم يكن الأمر صعبًا كما نعتقد.

ويمكن أن تكون أداة مفيدة للغاية لاستكشاف الظروف التي يمكن أن تؤدي إلى نشوء الحياة ، ليس فقط على الأرض ، ولكن ربما في مكان آخر.

`` مجتمعة ، تقودنا التحليلات المذكورة أعلاه والأمثلة التركيبية إلى اقتراح أن خوارزميات شبكة التفاعل الحسابي مفيدة لتحديد طرق اصطناعية جديدة للأهداف ذات الصلة مسبقًا ولا غنى عنها لاكتشاف الأنظمة الكيميائية الحيوية التي يصعب تمييزها بطريقة أخرى ، ' كتب الباحثون في ورقتهم .

'بطبيعة الحال ، يجب أن تنمو شبكات تفاعل البريبايوتك وستنمو حيث يتم التحقق من صحة التحولات المتميزة والمعقولة مسبقًا من الناحية التجريبية.'

كل كيمياء تم إتاحته مجانًا للجمهور. وقد تم نشر بحث الفريق في علوم .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.