Робохимику поручили проверку гипотез о зарождении жизни
Химики создали робота, который может непрерывно на протяжении нескольких недель проводить химические реакции. При этом автоматизированная система способна сама отслеживать изменения в реакционной смеси и принимать решение, каким будет ее следующий шаг. Благодаря длительным экспериментам химики надеются показать, как именно из простых органических веществ сформировались более сложные молекулы. Работа опубликована в Nature Communications.
На ранней Земле пребиотические вещества под влиянием внешней среды на протяжении длительного периода (около ста миллионов лет) претерпевали изменения, формируя биохимические системы. Однако когда современных ученые пытаются воссоздать условия подобных реакций, их эксперименты сильно ограничены по времени и длятся от нескольких часов до нескольких дней. Например, 3,7 процента всех реакций, опубликованных исследователями в период с 1771 по 2011 год, длились дольше двух дней. В то же время, по-настоящему полное исследование сложной многокомпонентной системы требует намного больше времени и порой – проведения нескольких параллельных экспериментов. Кроме того, полученные результаты требуют сложного анализа – образцы содержат множество соединений, и точно определить каждое из них практически невозможно.
Существует много теорий, которые пытаются объяснить, как именно живые системы возникли из неживых. Например, есть гипотеза, что углеводородный метаболизм возник как геохимический процесс и постепенно развился – пути реакций стали очень сложными. И несмотря на то, что отдельные этапы такого сценария были воспроизведены в лабораториях, всю гипотезу проверить невозможно – на это потребуется очень много времени. Эта же проблема возникает и для гипотез, объясняющих возникновение клеточных мембран или ДНК.
Большая часть подобных исследований сейчас фокусируется на пребиотических веществах – органических соединениях, из которых возникли затем молекулы, принципиально важные для развития жизни. Однако знания ученых в этой области геохимии сильно ограничены: неизвестно, какие начальные материалы были доступны, а также при каких условиях проходили реакции. Во многих экспериментах ученые сознательно ограничивают размер химического пространства – совокупности всех доступных соединений и реакций. Это позволяет определять каждый продукт реакций при помощи стандартных аналитических подходов. Для того чтобы воссоздать химическое пространство, похожее на то, в котором зарождалась жизнь, условия экспериментов должны быть комплексными. Например, можно добавить минеральные поверхности и сделать вариабельной температуру в системе и кислотность среды. Однако у ученых не хватает платформы, которая позволила бы проверять конкурирующие гипотезы на протяжении долгого времени.