Доказано, что жизнь могла возникнуть в результате химических реакций

Польские ученые создали компьютерную программу, которая выдает все варианты химических реакций между заданными веществами. Заложив в нее шесть простейших молекул, авторы уже среди продуктов третьего этапа взаимодействий получили первые аминокислоты и другие сложные биохимические соединения, составляющие основу жизни. Описание приведено в журнале Science.

Главный вопрос пребиотической химии всегда заключался в том, чтобы понять, какие химические реакции привели к возникновению жизни на Земле. Несмотря на то, что наука за последние годы значительно продвинулась в области органического синтеза, для понимания, как говорят химики, всего пребиотического ландшафта нужно учесть огромное количество повторяющихся химических реакций с последовательным образованием все более сложных продуктов.

Теперь это стало возможным с новой программой Allchemy, способной отображать пребиотический синтез сложных биохимических соединений из простейших предшественников.

В качестве примера авторы взяли шесть веществ-субстратов, которые гарантированно присутствовали на ранней Земле — воду H₂O, азот N₂, сероводород H₂S, метан CH₄, аммиак NH₃ и цианид HCN.

Для расчета реакций ученые использовали проверенные химические механизмы, реализуемые в тех условиях, которые существовали на Земле, когда на ней зарождалась жизнь.

Расчеты выполнили сначала для шести субстратов, взаимодействующих между собой, а затем последовательно — для каждого поколения их продуктов. Это позволило построить полную сеть возможных пребиотических химических реакций.

Моделирование показало, что на первом этапе синтеза из шести исходных соединений произошли десять новых, но все они были абиотические, то есть не имеющие отношения к живым системам. Однако уже на втором этапе появилась первая простейшая аминокислота — глицин.

На пятом этапе число синтезированных молекул достигло десяти тысяч. Большая часть этих новых веществ — абиотические, но есть среди них и сложные биотические молекулы, которые более гидрофильны, более термодинамически стабильны и более сбалансированы с точки зрения донорных и акцепторных водородных связей, а значит — синтезируются в более узком диапазоне условий.

Авторы отмечают, что программа не только выдала все известные биотические соединения, получаемые при синтезе заданных предшественников, но и показала ранее неизвестные маршруты пребиотического синтеза многих органических соединений — ацетальдегида, диглицина, яблочной, фумаровой, лимонной и мочевой кислот. Все эти маршруты исследователи подтвердили экспериментально.

Алгоритм позволил выявить даже целую реакционную систему, ранее неизвестную химикам — саморегенерирующийся цикл иминодиуксусной кислоты, а также определил три основных пути пребиотического синтеза: через возникновение соединений, которые на следующем этапе выполняют роль катализаторов; функциональные химические системы и циклы самовосстановления; и образование поверхностно-активных примитивных биомолекул.

Программа Allchemy находится в открытом доступе.