Kemikere bruger blockchain til at simulere mere end 4 milliarder kemiske reaktioner, der er afgørende for livets oprindelse

Kryptovaluta "mineres" normalt gennem blockchain ved at bede en computer om at udføre et kompliceret matematisk problem i bytte for tokens af kryptovaluta. Men i forskning, der vises i tidsskriftet Chem et hold af kemikere har genbrugt denne proces, og bedt computere om i stedet at generere det største netværk, der nogensinde er skabt af kemiske reaktioner, som kan have givet anledning til præbiotiske molekyler på den tidlige jord.

Dette arbejde indikerer, at i det mindste nogle primitive former for metabolisme kunne være opstået uden involvering af enzymer, og det viser potentialet i at bruge blockchain til at løse problemer uden for den finansielle sektor, som ellers ville kræve brugen af ​​dyre, svært tilgængelige supercomputere.

"På dette tidspunkt kan vi sige, at vi udtømmende ledte efter enhver mulig kombination af kemisk reaktivitet, som videnskabsmænd mener at havde været operativ på den primitive jord," siger seniorforfatter Bartosz A. Grzybowski fra Korea Institute for Basic Science og det polske videnskabsakademi.

For at generere dette netværk valgte forskerne et sæt startmolekyler, der sandsynligvis var til stede på den tidlige Jord, inklusive vand, metan og ammoniak, og satte regler for, hvilke reaktioner der kunne forekomme mellem forskellige typer molekyler. De oversatte derefter denne information til et sprog, der kunne forstås af computere, og brugte blockchain til at beregne, hvilke reaktioner der ville forekomme over flere udvidelser af et gigantisk reaktionsnetværk.

"Computeren tager de oprindelige molekyler og de accepterede præbiotiske kemier. Vi kodede det ind i maskinen, og så frigav vi det til verden," siger Grzybowski.

Grzybowskis team arbejdede sammen med kemikere og computerspecialister hos Allchemy, et firma, der bruger AI til kemisk synteseplanlægning, for at generere netværket ved hjælp af Golem, en platform, der orkestrerer dele af beregningerne over hundredvis af computere over hele verden, som modtager kryptovaluta i bytte. for regnetid.

Det resulterende netværk, kaldet NOEL for Network of Early Life, startede med mere end 11 milliarder reaktioner, som holdet indsnævrede til 4,9 milliarder plausible reaktioner. NOEL indeholder dele af velkendte metaboliske veje som glykolyse, tætte efterligninger af Krebs-cyklussen, som organismer bruger til at generere energi, og synteser af 128 simple biotiske molekyler som sukkerarter og aminosyrer.

Mærkeligt nok, af de 4,9 milliarder reaktioner, der blev genereret, kunne kun hundredvis af reaktionscyklusser kaldes "selv-replikerende", hvilket betyder, at molekylerne producerer yderligere kopier af sig selv. Selvreplikation er blevet postuleret at være central for livets fremkomst, men langt størstedelen af ​​dets kendte manifestationer kræver komplekse makromolekyler som enzymer.

"Vores resultater betyder, at med kun små molekyler til stede, er selvamplifikation en sjælden begivenhed. Jeg tror ikke, at denne type selvreplikation var operativ på primitiv Jord, før større molekylære strukturer på en eller anden måde blev dannet," siger Grzybowski. "Vi ser fremkomsten af ​​primitiv metabolisme, men vi ser ikke selvreplikation, så måske dukkede selvreplikation op senere i evolutionen."

"Hvis du spurgte mig for to år siden, ville jeg tro, at vi skulle bruge årevis til denne type arbejde," siger Grzybowski. "Men for en brøkdel af omkostningerne afsluttede vi på to eller tre måneder en opgave på 10 milliarder reaktioner, 100.000 gange større end vi gjorde tidligere."

Dette arbejde fremmer ikke kun det, vi ved om tidlig præbiotisk kemi, men det viser også, hvordan videnskaben kan gøres mere tilgængelig for forskere på mindre universiteter og institutioner.

"Vores uddannelsessystem er baseret på eliteuniversiteter for det meste i den vestlige verden. Det er meget svært for udviklingslandene overhovedet at konkurrere med disse universiteter, fordi de ikke har adgang til supercomputere," siger Grzybowski. "Men hvis du kan distribuere databehandling på denne måde til en brøkdel af prisen, kan du give andre mennesker muligheder for at spille."

Mens netværket, der blev genereret i dette arbejde, blev udført på hundredvis af computere rundt om i verden, foreslår Grzybowski, at denne metode kan bruges på institutioner uden at skulle udbetale cryptocurrency tokens til de computere, der udfører beregningerne.

"Med en platform som Golem kan du forbinde din institutions netværk og udnytte hele dens computers inaktive kraft til at udføre beregninger," siger Grzybowski. "Du kunne skabe denne computerinfrastruktur uden nogen form for kapitaludgifter."

Grzybowski håber, at genbrug af blockchain på denne måde kan revolutionere den måde, vi udfører storskalaberegninger på over hele verden og ændre, hvordan vi ser værdien af ​​kryptovaluta.

"Jeg håber, folk inden for datalogi kan finde ud af, hvordan vi kan tokenisere kryptovalutaer på en måde, der kan gavne global videnskab," siger Grzybowski. "Måske kunne samfundet være gladere for at bruge kryptovalutaer, hvis du kunne fortælle folk, at vi i processen kunne opdage nye biologilove eller et eller andet nyt kræftlægemiddel," siger Grzybowski.

Flere oplysninger: Fremkomst af metabolisk-lignende cyklusser i blockchain-orkestrerede reaktionsnetværk., Kem (2024). DOI:10.1016/j.chempr.2023.12.009. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(23)00611-3

Journaloplysninger: Kem

Leveret af celletryk