Jak powstało życie na Ziemi? Polacy opracowali chemiczne "drzewo początków"

Jak powstało kosmiczne DNA (NASA)
Jak powstało kosmiczne DNA (NASA)
NASA/Goddard Space Flight Center
Jak powstało kosmiczne DNA (NASA)NASA/Goddard Space Flight Center

Wystarczy kilka podstawowych związków chemicznych występujących na Ziemi od miliardów lat oraz niewielka liczba reakcji, by dać podwaliny życiu. Polscy naukowcy opracowali "drzewo początków życia", czyli zbiór reakcji chemicznych, które brały udział w powstaniu życia na naszej planecie.

Miliardy lat temu, zanim na Ziemi pojawili się pierwsi mieszkańcy, obecne były na niej tylko proste związki chemiczne, takie jak woda, azot, 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 małymi krokami z prostych składników zaczęły powstawać coraz bardziej skomplikowane związki, a w konsekwencji - życie.

Program Allchemy

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 piśmie "Science".

Już kilka lat temu badacze z zespołu profesora Bartosza Grzybowskiego (z Instytutu Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk i Uniwersytetu UNIST w Korei Płd.) i doktor 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 badania w "Science" współkierująca zespołem doktor Sara Szymkuć.

Wystarczy kilka reakcji

Naukowcy wzięli na warsztat sześć związków chemicznych: wodę, cząsteczkę azotu, metan, siarkowodór, 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 pięć kroków reakcji, powstanie już 27 związków chemicznych, charakterystycznych dla życia (wśród nich choćby uracyl, zasada azotowa wchodząca w skład RNA).

"Drzewo początków życia"

Przygotowanie takiego kompletnego, chemicznego "drzewa początków 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 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.

Profesor 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.

Pomogą w kolejnych badaniach

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.

- 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.

Autor: dd/map / Źródło: PAP

Źródło zdjęcia głównego: Pixabay License

Pozostałe wiadomości

We wtorek wieczorem we Wrocławiu spadł pierwszy śnieg tej jesieni. To kolejny region, w którym w ostatnich dniach pojawił się biały puch. Na Kontakt24 otrzymaliśmy zdjęcia nie tylko z zabielonej stolicy Dolnego Śląska, ale również z innych miast.

Pierwszy śnieg we Wrocławiu. Nagranie

Pierwszy śnieg we Wrocławiu. Nagranie

Źródło:
tvnmeteo.pl, IMGW

Potężna nawałnica nawiedziła wschodnie prowincje Sycylii. Intensywne opady deszczu doprowadziły do powodzi i lokalnych podtopień. Minionej doby włoskie służby musiały interweniować ponad 100 razy.

Część Sycylii znalazła się pod wodą

Część Sycylii znalazła się pod wodą

Źródło:
Enex News

Kilka międzynarodowych linii lotniczych wstrzymało loty na popularną wśród turystów wyspę Bali. Powodem jest utrzymująca się w powietrzu chmura pyłu po wybuchu wulkanu Lewotobi Laki Laki, znajdującego się na oddalonej o kilkaset kilometrów wyspie Flores w Indonezji. Pomimo że erupcja miała miejsce na początku listopada, z krateru nadal wydobywa się popiół i lawa.

Linie lotnicze odwołują loty na Bali. "Bezpieczeństwo jest priorytetem"

Linie lotnicze odwołują loty na Bali. "Bezpieczeństwo jest priorytetem"

Źródło:
Reuters, PAP, The Guardian

Ulice Bogoty znalazły się pod wodą po tym, jak miasto nawiedziła fala intensywnego deszczu. Towarzyszący opadom wiatr łamał gałęzie i przewracał drzewa, doprowadzając do paraliżu komunikacyjnego. W ubiegłą niedzielę w całej Kolumbii wprowadzono stan klęski żywiołowej w związku z powodzią, jaka przetoczyła się przez kraj.

Potężna ulewa sparaliżowała stolicę 52-milionowego kraju

Potężna ulewa sparaliżowała stolicę 52-milionowego kraju

Źródło:
PAP, Reuters

Środa upłynie pod znakiem pochmurnej aury. W części kraju pojawią się opady deszczu. Termometry wskażą od 2 do 8 stopni Celsjusza.

Pogoda na dziś - środa 13.11. W niektórych regionach pojawi się deszcz

Pogoda na dziś - środa 13.11. W niektórych regionach pojawi się deszcz

Źródło:
tvnmeteo.pl

W przeważającej części kraju warunki na drogach są niebezpieczne. W 13 województwach obowiązują ostrzeżenia IMGW przed opadami marznącymi.

Niebezpieczne warunki na drogach. Ostrzeżenia IMGW

Niebezpieczne warunki na drogach. Ostrzeżenia IMGW

Źródło:
IMGW

Zanim zza szczelnej warstwy chmur zacznie przebijać się słońce, czekają nas opady. W części kraju pojawi się deszcz ze śniegiem. Najwyższa temperatura, jakiej spodziewamy się w tym tygodniu, to 10 stopni Celsjusza.

"Front sprzyja pierwszym większym ruchom w atmosferze". Czy pogoda się poprawi?

"Front sprzyja pierwszym większym ruchom w atmosferze". Czy pogoda się poprawi?

Źródło:
tvnmeteo.pl

Chilijscy strażacy od kilkunastu godzin walczą z dużym pożarem lasu w gminie Quilpue w środkowym Chile. Według lokalnych służb ogień od wtorku strawił już około 300 hektarów terenów leśnych. W regionie wprowadzono najwyższy, czerwony, alert pożarowy oraz rozpoczęto ewakuacje mieszkańców.

Spłonęło kilkaset hektarów lasów. Rozpoczęto ewakuację mieszkańców

Spłonęło kilkaset hektarów lasów. Rozpoczęto ewakuację mieszkańców

Źródło:
Reuters, El Mostrador

Kolejna fala złej pogody nadciągnęła nad wschodnią i południową Hiszpanię. Dużymi ulewami jest zagrożona Majorka i obszary przybrzeżne w kontynentalnej części kraju.

W Hiszpanii znów będzie lało. Alerty na Majorce i w Walencji

W Hiszpanii znów będzie lało. Alerty na Majorce i w Walencji

Źródło:
ENEX, El Pais, tvnmeteo.pl, Reuters

Słaby śnieg spadł w części kraju we wtorek rano. Zabieliło się na Ziemi Świętokrzyskiej, ale śnieg zaobserwowano też w innych regionach Polski.

Znów sypnęło śniegiem. Zabieliło się w kilku częściach kraju

Znów sypnęło śniegiem. Zabieliło się w kilku częściach kraju

Źródło:
tvnmeteo.pl

Rozprzestrzenia się duży pożar lasów na granicy amerykańskich stanów Nowy Jork i New Jersey. Opady deszczu nie pomogły, a sytuację pogarsza silny wiatr. Służby poinformowały we wtorek, że spłonęło już ponad dwa tysiące hektarów.

"To największy pożar od 2008 roku"

"To największy pożar od 2008 roku"

Źródło:
Reuters, tvnmeteo.pl

- Świat musi sfinansować działania związane ze zmianą klimatu, ponieważ w przeciwnym razie cenę zapłaci ludzkość. To nie jałmużna, to inwestycja. Działania klimatyczne są konieczne, aby świat nadawał się do życia - ocenił sekretarz generalny ONZ Antonio Guterres podczas szczytu klimatycznego COP29 w Baku, stolicy Azerbejdżanu.

"Działania są konieczne, aby świat nadawał się do życia"

"Działania są konieczne, aby świat nadawał się do życia"

Źródło:
PAP

Nowy przegląd danych uzyskanych prawie 40 lat temu przez sondę Voyager 2 pokazał, że obserwacje tej planety były zaburzone przez burzę słoneczną.

Voyager 2 miał pecha. Przeleciał obok Urana w bardzo złym momencie

Voyager 2 miał pecha. Przeleciał obok Urana w bardzo złym momencie

Źródło:
Reuters, CNN, tvnmeteo.pl

Badacze z Danii policzyli niesporczaki żyjące w tym kraju. Było to możliwe dzięki pomocy setek dzieci, które zebrały ponad osiem tysięcy porostów i mchów z nawet najdalszych rejonów Danii. Naukowcy zauważyli czterokrotny wzrost liczby gatunków, w tym co najmniej dziewięć nieopisanych.

Duńczycy wysłali dzieci na poszukiwania niesporczaków

Duńczycy wysłali dzieci na poszukiwania niesporczaków

Źródło:
PAP

Środkową Kalifornię nawiedziła w poniedziałek burza piaskowa. Widzialność była mocno ograniczona. Silny wiatr łamał drzewa i stwarzał niebezpieczne warunki pogodowe dla kierowców i pozostawił ponad dziesięć tysięcy osób bez prądu. Kilka osób zostało rannych w karambolu na autostradzie.

"Zobaczyłam, jak drzewo się przewraca i miażdży wszystko za mną"

"Zobaczyłam, jak drzewo się przewraca i miażdży wszystko za mną"

Źródło:
ABC30, tvnmeteo.pl

Kolumbia zmaga się w ostatnim czasie z ulewnymi deszczami. W odpowiedzi na kryzysową sytuację spowodowaną w kraju prezydent ogłosił stan klęski żywiołowej. Są ofiary śmiertelne i zaginieni.

"Ogłaszamy stan klęski żywiołowej w całym kraju"

"Ogłaszamy stan klęski żywiołowej w całym kraju"

Źródło:
Reuters, tvpublica.com.ar

Mieszkańcy pakistańskiej prowincji Pendżab od początku listopada borykają się z rekordowym zanieczyszczeniem powietrza. Ogromną chmurę gęstego smogu nad Pakistanem i sąsiednimi Indiami, gdzie również sytuacja jest fatalna, widać na zdjęciu wykonanym przez satelitę NASA.

Smog tak gęsty, że widać go z kosmosu

Smog tak gęsty, że widać go z kosmosu

Źródło:
PAP, CNN, NASA, tvnmeteo.pl

Prognoza pogody na zimę. IMGW przygotował eksperymentalną prognozę pogody na grudzień 2024 oraz styczeń, luty i marzec 2025. Co może czekać nas w kolejnych miesiącach pod kątem prognozowanych opadów i temperatury? Jak w przewidywaniach meteorologów rysuje się początek wiosny? Sprawdź.

Pogoda na zimę 2024/2025 i początek wiosny. Eksperymentalna prognoza IMGW

Pogoda na zimę 2024/2025 i początek wiosny. Eksperymentalna prognoza IMGW

Źródło:
IMGW

Lokalna chilijska społeczność wraz z ekspertami chcą podjąć walkę z kierowcami aut i ciężarówek, którzy od lat niszczą geoglify na pustyni Atakama. Gigantyczne rysunki przedstawiające między innymi zwierzęta lub figury geometryczne są coraz bardziej przykrywane przez ślady opon. Jak się jednak okazuje, obrońcy olbrzymich rzeźb chcą pozostawić na geoglifach rysy spowodowane działalnością człowieka, żeby były one przestrogą dla przyszłych pokoleń.

"Przykład pokazujący przyszłym pokoleniom, czego nie należy robić z naszym dziedzictwem"

"Przykład pokazujący przyszłym pokoleniom, czego nie należy robić z naszym dziedzictwem"

Źródło:
Reuters

Minął ponad tydzień, od kiedy wybuchł wulkan Lewotobi Laki-Laki na indonezyjskiej wyspie Flores. W niedzielę trwały ewakuacje mieszkańców, który niechętnie chcieli opuszczać zagrożone erupcją tereny. Na lotnisku w Komodo wstrzymano loty.

Minął tydzień, erupcja nie ustała. Trwa walka z czasem

Minął tydzień, erupcja nie ustała. Trwa walka z czasem

Źródło:
Reuters, Antara

Poważne ochłodzenie przyjdzie do Polski jeszcze w listopadzie. Sprawdź, co czeka nas w nadchodzących tygodniach w pogodzie w 16-dniowej, długoterminowej prognozie temperatury, przygotowanej przez prezentera tvnmeteo.pl Tomasza Wasilewskiego.

Pogoda na 16 dni: czeka nas pierwsze spotkanie z zimą

Pogoda na 16 dni: czeka nas pierwsze spotkanie z zimą

Źródło:
tvnmeteo.pl

U wybrzeży południowo-wschodniej Hiszpanii, w pobliżu miasta Mazarron, wydobyto wrak fenickiego statku sprzed 2,6 tys. lat - poinformował w poniedziałek hiszpański dziennik "El Pais".

"To jeden z najważniejszych starożytnych statków znalezionych w całości"

"To jeden z najważniejszych starożytnych statków znalezionych w całości"

Źródło:
PAP

Laboratorium w amerykańskim mieście Yemassee w Karolinie Południowej odzyskało ponad 20 małp z 43, które uciekły stamtąd w środę. Zwierzęta udało się schwytać, nie doznały żadnych obrażeń.

Schwytano część małp, które uciekły z laboratorium

Schwytano część małp, które uciekły z laboratorium

Źródło:
AP, NBC News, PAP

Grupa mieszkańców uratowała kozę, która utknęła na zboczu klifu na wyspie Oʻahu na Hawajach. Młode zwierzę spędziło tam cztery dni - poinformowały lokalne media.

Przez cztery dni była uwięziona nad przepaścią. Bohaterska akcja mieszkańców

Przez cztery dni była uwięziona nad przepaścią. Bohaterska akcja mieszkańców

Źródło:
Reuters, Hawaii News Now

W Szumperku na północy Czech w niedzielę zrobiło się biało. Opady śniegu nie były jednak spowodowane przez warunki atmosferyczne.

Śnieg w Czechach. Przyczyną nie była pogoda

Źródło:
novinky.cz, cnn.iprima.cz, tvnmeteo.pl

W niektórych podwarszawskich ogrodach kwitną róże, a na magnoliach i azaliach otwierają się pąki. O to, co sprawiło, że w listopadzie mamy do czynienia ze zjawiskiem przypisywanym wiośnie, zapytaliśmy ekspertów.

Róże, magnolie i azalie kwitną w listopadzie. Co za to odpowiada?

Róże, magnolie i azalie kwitną w listopadzie. Co za to odpowiada?

Źródło:
tvnmeteo.pl

Amerykański stan Kolorado w ostatnich dniach nawiedziła potężna śnieżyca. W Denver takich opadów śniegu w listopadzie nie widziano od kilku dekad. Z powodu gwałtownej pogody wielu kierowców utknęło w zaspach na autostradach, były też przerwy w dostawie prądu.

Największa śnieżyca od dekad. "To było kilka ciężkich dni"

Największa śnieżyca od dekad. "To było kilka ciężkich dni"

Źródło:
CBS News, Denver7

Część Australii zmaga się z piekielnymi upałami. Są takie miejsca, gdzie prognozowana temperatura na niedzielę może sięgnąć nawet 43 stopnie Celsjusza. Wysokie wartości na termometrach pogarszają zagrożenie pożarowe. W innych regionach kraju spodziewane są burze.

Temperatura powyżej 40 stopni. "Nienormalna" pogoda jak na listopad

Temperatura powyżej 40 stopni. "Nienormalna" pogoda jak na listopad

Źródło:
The Guardian, news.com.au

Tysiące osób zgromadziły się w sobotę w centrum Walencji, by skrytykować działania podejmowane podczas październikowej powodzi, która pochłonęła życie ponad 200 osób. Protestujący domagają się między innymi ustąpienia Carlosa Mazóna, prezydenta wspólnoty autonomicznej.

"Za to porzucenie musi zostać poniesiona odpowiedzialność"

"Za to porzucenie musi zostać poniesiona odpowiedzialność"

Źródło:
Reuters, AP