Chemiker simulieren mit Blockchain über 4 Milliarden chemische Reaktionen, die für den Ursprung des Lebens wichtig sind
"Wenn Sie mich vor zwei Jahren gefragt hätten, hätte ich gedacht, dass wir für diese Art von Arbeit Jahre brauchen"
Kryptowährungen werden in der Regel über die Blockchain "geschürft", indem man einen Computer bittet, ein kompliziertes mathematisches Problem im Austausch für Kryptowährungs-Token zu lösen. In einer am 24. Januar in der Fachzeitschrift "Chem" veröffentlichten Forschungsarbeit hat ein Team von Chemikern diesen Prozess jedoch umfunktioniert und Computer gebeten, stattdessen das größte jemals geschaffene Netzwerk chemischer Reaktionen zu generieren, die möglicherweise zu präbiotischen Molekülen auf der frühen Erde geführt haben.
Diese Arbeit deutet darauf hin, dass zumindest einige primitive Formen des Stoffwechsels ohne die Beteiligung von Enzymen entstanden sein könnten, und sie zeigt das Potenzial der Blockchain für die Lösung von Problemen außerhalb des Finanzsektors, die ansonsten den Einsatz teurer, schwer zugänglicher Supercomputer erfordern würden.
"An diesem Punkt können wir sagen, dass wir erschöpfend nach jeder möglichen Kombination von chemischer Reaktivität gesucht haben, von der Wissenschaftler glauben, dass sie auf der primitiven Erde funktioniert hat", sagt der Hauptautor Bartosz A. Grzybowski vom Korea Institute for Basic Science und der Polnischen Akademie der Wissenschaften.
Um dieses Netzwerk zu erstellen, wählten die Forscher eine Reihe von Ausgangsmolekülen aus, die wahrscheinlich auf der frühen Erde vorhanden waren, darunter Wasser, Methan und Ammoniak, und stellten Regeln darüber auf, welche Reaktionen zwischen verschiedenen Arten von Molekülen stattfinden könnten. Dann übersetzten sie diese Informationen in eine für Computer verständliche Sprache und nutzten die Blockchain, um zu berechnen, welche Reaktionen über mehrere Ausdehnungen eines riesigen Reaktionsnetzwerks stattfinden würden.
"Der Computer nimmt die Urmoleküle und die akzeptierten präbiotischen chemischen Prozesse. Wir haben sie in die Maschine kodiert und sie dann auf die Welt losgelassen", sagt Grzybowski.
Grzybowskis Team arbeitete mit Chemikern und Computerspezialisten von Allchemy zusammen, einem Unternehmen, das KI für die Planung chemischer Synthesen einsetzt, um das Netzwerk mithilfe von Golem zu erstellen, einer Plattform, die Teile der Berechnungen über Hunderte von Computern auf der ganzen Welt orchestriert, die im Austausch für die Rechenzeit Kryptowährung erhalten.
Das daraus resultierende Netzwerk, das als NOEL (Network of Early Life) bezeichnet wird, umfasste zu Beginn über 11 Milliarden Reaktionen, die das Team auf 4,9 Milliarden plausible Reaktionen eingrenzte. NOEL enthält Teile bekannter Stoffwechselwege wie die Glykolyse, eine genaue Nachahmung des Krebszyklus, den Organismen zur Energiegewinnung nutzen, und die Synthese von 128 einfachen biotischen Molekülen wie Zucker und Aminosäuren.
Merkwürdigerweise können von den 4,9 Milliarden Reaktionen, die erzeugt werden, nur Hunderte von Reaktionszyklen als "selbstreplizierend" bezeichnet werden, was bedeutet, dass die Moleküle zusätzliche Kopien von sich selbst erzeugen. Die Selbstreplikation wurde als zentraler Faktor für die Entstehung von Leben postuliert, doch die überwiegende Mehrheit ihrer bekannten Erscheinungsformen erfordert komplexe Makromoleküle wie Enzyme.
"Unsere Ergebnisse bedeuten, dass die Selbstvervielfältigung bei Vorhandensein nur kleiner Moleküle ein seltenes Ereignis ist. Ich glaube nicht, dass diese Art der Selbstreplikation auf der primitiven Erde möglich war, bevor sich größere Molekülstrukturen gebildet haben", sagt Grzybowski. "Wir sehen die Entstehung eines primitiven Stoffwechsels, aber wir sehen keine Selbstreplikation, also ist die Selbstreplikation vielleicht erst später in der Evolution entstanden."
"Wenn Sie mich vor zwei Jahren gefragt hätten, hätte ich gedacht, dass wir für diese Art von Arbeit Jahre brauchen würden", sagt Grzybowski. "Aber für einen Bruchteil der Kosten, in zwei oder drei Monaten, haben wir eine Aufgabe von 10 Milliarden Reaktionen erledigt, 100k mal mehr als wir vorher gemacht haben."
Diese Arbeit bringt nicht nur unsere Kenntnisse über die frühe präbiotische Chemie voran, sondern sie zeigt auch, wie Wissenschaft für Forscher an kleineren Universitäten und Einrichtungen zugänglicher gemacht werden kann.
"Unser Bildungssystem basiert auf Eliteuniversitäten, vor allem in der westlichen Welt. Für die Entwicklungsländer ist es sehr schwer, mit diesen Universitäten zu konkurrieren, weil sie keinen Zugang zu Supercomputern haben", sagt Grzybowski. "Aber wenn man auf diese Weise Computer für einen Bruchteil der Kosten zur Verfügung stellen kann, kann man anderen Menschen die Möglichkeit geben, mitzuspielen.
Während das in dieser Arbeit generierte Netzwerk auf Hunderten von Computern auf der ganzen Welt ausgeführt wurde, schlägt Grzybowski vor, dass diese Methode in Institutionen verwendet werden kann, ohne dass Kryptowährungstoken an die Computer, die die Berechnungen durchführen, ausgezahlt werden müssen.
"Mit einer Plattform wie Golem können Sie das Netzwerk Ihrer Institution verbinden und die gesamte ungenutzte Leistung ihrer Computer nutzen, um Berechnungen durchzuführen", sagt Grzybowski. "Sie können diese Recheninfrastruktur ohne jegliche Investitionen schaffen."
Grzybowski hofft, dass die Wiederverwendung der Blockchain auf diese Weise die Art und Weise, wie wir große Berechnungen auf der ganzen Welt durchführen, revolutionieren und die Art und Weise, wie wir den Wert von Kryptowährungen sehen, verändern kann.
"Ich hoffe, dass die Menschen in der Informatik herausfinden können, wie wir Kryptowährungen auf eine Art und Weise tokenisieren können, die der globalen Wissenschaft zugute kommt", sagt Grzybowski. "Vielleicht wäre die Gesellschaft glücklicher über die Verwendung von Kryptowährungen, wenn man den Menschen sagen könnte, dass wir dabei neue Gesetze der Biologie oder ein neues Krebsmedikament entdecken könnten", sagt Grzybowski.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
![[Fe]-Hydrogenase-Katalyse mittels Parawasserstoff-verstärkter Kernmagnetresonanzspektroskopie sichtbar gemacht](https://img.chemie.de/Portal/News/675fd46b9b54f_sBuG8s4sS.png?tr=w-712,h-534,cm-extract,x-0,y-16:n-xl)
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
