रोबोकेमिस्ट ने जीवन की उत्पत्ति के बारे में परिकल्पनाओं का परीक्षण करने का काम किया

2023 लेखक: Bryan Walter | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-05-21 22:25

केमिस्ट्स ने एक ऐसा रोबोट बनाया है जो लगातार कई हफ्तों तक केमिकल रिएक्शन को अंजाम दे सकता है। साथ ही, स्वचालित प्रणाली प्रतिक्रिया मिश्रण में परिवर्तनों को ट्रैक करने और यह तय करने में सक्षम है कि इसका अगला कदम क्या होगा। लंबे प्रयोगों के माध्यम से, रसायनज्ञ यह दिखाने की उम्मीद करते हैं कि सरल कार्बनिक पदार्थों से अधिक जटिल अणु कैसे बने। नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित कार्य।

प्रारंभिक पृथ्वी पर, बाहरी वातावरण के प्रभाव में, जैव रासायनिक प्रणालियों का निर्माण करते हुए, प्रीबायोटिक पदार्थों ने लंबी अवधि (लगभग एक सौ मिलियन वर्ष) में परिवर्तन किया। हालांकि, जब आधुनिक वैज्ञानिक ऐसी प्रतिक्रियाओं की स्थितियों को फिर से बनाने की कोशिश करते हैं, तो उनके प्रयोग समय में बहुत सीमित होते हैं और कई घंटों से लेकर कई दिनों तक चलते हैं। उदाहरण के लिए, 1771 और 2011 के बीच शोधकर्ताओं द्वारा प्रकाशित सभी प्रतिक्रियाओं में से 3.7 प्रतिशत दो दिनों से अधिक समय तक चली। एक ही समय में, एक जटिल बहु-घटक प्रणाली के वास्तव में पूर्ण अध्ययन के लिए बहुत अधिक समय और कभी-कभी कई समानांतर प्रयोगों की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, प्राप्त परिणामों के लिए जटिल विश्लेषण की आवश्यकता होती है - नमूनों में कई यौगिक होते हैं, और उनमें से प्रत्येक को सटीक रूप से निर्धारित करना लगभग असंभव है।

ऐसे कई सिद्धांत हैं जो यह समझाने की कोशिश करते हैं कि निर्जीव से जीवित प्रणालियाँ कैसे उत्पन्न हुईं। उदाहरण के लिए, एक परिकल्पना है कि हाइड्रोकार्बन चयापचय एक भू-रासायनिक प्रक्रिया के रूप में उभरा और धीरे-धीरे विकसित हुआ - प्रतिक्रियाओं के मार्ग बहुत जटिल हो गए। और इस तथ्य के बावजूद कि इस तरह के परिदृश्य के व्यक्तिगत चरणों को प्रयोगशालाओं में पुन: पेश किया गया था, पूरी परिकल्पना का परीक्षण करना असंभव है - इसमें बहुत लंबा समय लगेगा। कोशिका झिल्ली या डीएनए की उत्पत्ति की व्याख्या करने वाली परिकल्पनाओं के लिए भी यही समस्या उत्पन्न होती है।

इस शोध का अधिकांश भाग अब प्रीबायोटिक पदार्थों पर केंद्रित है - कार्बनिक यौगिक जिनसे तब अणु निकले जो जीवन के विकास के लिए मौलिक रूप से महत्वपूर्ण हैं। हालांकि, भू-रसायन विज्ञान के इस क्षेत्र में वैज्ञानिकों का ज्ञान बहुत सीमित है: यह ज्ञात नहीं है कि कौन सी प्रारंभिक सामग्री उपलब्ध थी, साथ ही किन परिस्थितियों में प्रतिक्रियाएं हुईं। कई प्रयोगों में, वैज्ञानिक जानबूझकर रासायनिक स्थान के आकार को सीमित करते हैं - सभी उपलब्ध यौगिकों और प्रतिक्रियाओं की समग्रता। यह प्रत्येक प्रतिक्रिया उत्पाद को मानक विश्लेषणात्मक दृष्टिकोणों का उपयोग करके निर्धारित करने की अनुमति देता है। जीवन की उत्पत्ति के समान रासायनिक स्थान को फिर से बनाने के लिए, प्रायोगिक स्थितियों को जटिल होना चाहिए। उदाहरण के लिए, आप खनिज सतहों को जोड़ सकते हैं और सिस्टम में तापमान और पर्यावरण की अम्लता को परिवर्तनशील बना सकते हैं। हालांकि, वैज्ञानिकों के पास समय के साथ प्रतिस्पर्धी परिकल्पनाओं का परीक्षण करने के लिए एक मंच की कमी है।

लेरॉय क्रोनिन के नेतृत्व में ग्लासगो विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों के एक समूह ने एक रोबोट रसायनज्ञ का अनावरण किया जो प्रीबायोटिक यौगिकों के साथ प्रयोग करता है। शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि समय के साथ ऐसी प्रणाली में और अधिक जटिल पदार्थ बनेंगे।

सबसे पहले, मशीन लर्निंग का उपयोग करने वाले वैज्ञानिकों ने पहचान की कि यदि आप उनके द्वारा चुने गए 18 में से 2-3 अभिकर्मकों को जोड़ते हैं, तो प्रतिक्रिया परिणाम के कौन से प्रकार उत्पन्न हो सकते हैं। रसायनज्ञ ध्यान दें कि 18 प्रारंभिक पदार्थों की एक सूची निष्पक्ष रूप से तैयार नहीं की जा सकती है, क्योंकि यौगिकों का चुनाव किया जाता है एक व्यक्ति द्वारा। हालांकि, संभावित प्रतिक्रिया उत्पादों की भीड़ इतनी बड़ी है कि इसमें आवश्यक प्रीबायोटिक यौगिक शामिल होने चाहिए।

प्रयोग शुरू करने के लिए वैज्ञानिकों द्वारा चुने गए अठारह यौगिक, और उनमें से दो या तीन पदार्थों के कुछ संभावित प्रतिक्रिया उत्पाद।

चयनित यौगिकों की सूची से दो या तीन पदार्थों की सभी संभावित प्रतिक्रियाओं का एक पूरा नेटवर्क।

रसायनज्ञों ने रोबोट को इस तरह से डिजाइन किया है कि यह न्यूनतम मानवीय हस्तक्षेप के साथ लंबी अवधि (30 दिन या अधिक) में चक्रों में प्रतिक्रियाओं को दोहरा सकता है। रोबोट अभिकर्मकों के प्रारंभिक संयोजन की संरचना को बदल सकता है और तरल पदार्थ (पदार्थों के समाधान) और ठोस खनिज कणों के मिश्रण के साथ प्रयोग कर सकता है। प्रतिक्रिया मिश्रण के साथ काम करने के लिए कंटेनरों के अलावा, रोबोट के साथ मिलकर मास स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ तरल क्रोमैटोग्राफी करने के लिए एक उपकरण जुड़ा हुआ है।

रोबोट केमिस्ट डिवाइस।

एक स्वचालित प्रणाली माप ले सकती है और यहां तक कि स्पेक्ट्रोमेट्री रीडिंग के आधार पर निर्णय भी ले सकती है। प्रत्येक प्रयोग में 3-12 घंटे के 60-150 चक्र होते हैं। प्रणाली में क्वार्ट्ज, यूलेक्साइट और पाइराइट के कण होते हैं, जिसमें दो या तीन पदार्थों के 30 मिलीलीटर समाधान यादृच्छिक रूप से जोड़े जाते हैं। प्रतिक्रियाएं 70 डिग्री सेल्सियस पर होती हैं। प्रत्येक चक्र के अंत में, मिश्रण का एक छोटा सा नमूना मास स्पेक्ट्रोमेट्री विश्लेषण के लिए भेजा जाता है, और पूरे समाधान के मिश्रण का 70 प्रतिशत एक भंडारण कंटेनर में भेजा जाता है। अभिकर्मकों को शेष में जोड़ा जाता है और चक्र दोहराया जाता है। इस प्रकार, प्रयोग के अंत तक, केवल वे उत्पाद जो प्रत्येक चक्र में पर्याप्त मात्रा में बनते हैं, अंतिम मिश्रण में रहते हैं।

वैज्ञानिकों ने रोबोट का उपयोग करके कई प्रयोग किए हैं। क्या प्रतिक्रिया उत्पादों की संरचना अधिक जटिल हो जाती है, मास इंडेक्स का उपयोग करके सिस्टम की निगरानी की जाती है - एक संकेतक जो स्पेक्ट्रम पर चोटियों की संख्या के लिए सबसे भारी और सबसे हल्के प्रतिक्रिया उत्पादों के बीच अंतर के अनुपात को दर्शाता है। प्रत्येक प्रतिक्रिया चक्र के बाद सूचकांक की गणना करके, सिस्टम यह निर्धारित करता है कि प्रयोग के दौरान उत्पादों की संरचना में परिवर्तन होता है या नहीं। जैसे ही संकेतक चक्र से चक्र में स्थिर हो जाता है, रोबोट मिश्रण में जोड़े गए यौगिकों के सेट को बदल देता है।

दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने इनमें से एक प्रयोग को दो बार चलाया, पहले प्रत्येक चक्र के बाद सूचकांक को मापना और एल्गोरिथम को यह तय करने देना कि आगे क्या करना है, फिर एल्गोरिथम को बंद करना और समान यौगिकों के साथ इसे दोहराना। स्थितियों की संपूर्ण पहचान के बावजूद, मिश्रण का द्रव्यमान सूचकांक पूरे प्रयोग में भिन्न होता है। वैज्ञानिकों ने दिखाया है कि मिश्रण में समान उत्पादों की मात्रा समान रन के बाद भी अलग-अलग तरीके से वितरित की जाती है। रसायनज्ञों ने सिद्धांत दिया कि खनिज कारण थे - समान आकार के कणों को जोड़ने से भी, उनकी सतह पर प्रतिक्रिया की स्थिति को सटीक रूप से पुन: उत्पन्न नहीं किया जा सकता है।

डिजाइनरों का मानना है कि उन्होंने जो मंच बनाया है वह अन्य वैज्ञानिकों को जैव रासायनिक मार्गों के उद्भव पर शोध करने और इस परिकल्पना का परीक्षण करने में मदद करेगा कि एंजाइमों की उपस्थिति से पहले भी ऐसे रास्ते उत्पन्न हुए थे। एल्गोरिदम, जिसे शोधकर्ताओं ने प्रस्तुत किया, इस तरह के प्रयोगों के परिणामस्वरूप "रासायनिक विकार" का विश्लेषण करने के लिए काफी सरल है। भविष्य में, वैज्ञानिकों को यह स्पष्ट करने की उम्मीद है कि किन प्रक्रियाओं ने, उदाहरण के लिए, प्रयोग के कई चक्रों के दौरान प्रतिक्रिया मिश्रण से कुछ पदार्थों को नहीं धोने में मदद की। उदाहरण के लिए, अणुओं की स्व-प्रतिलिपि बनाने की संभावना है। इस तरह के तंत्र की पहचान करने से एक दिन रासायनिक से जैविक प्रक्रियाओं के संक्रमण की श्रृंखला में लापता लिंक को खोजने में मदद मिल सकती है।

वैज्ञानिकों ने पहले ही प्रयोगात्मक रूप से अणुओं की आत्म-प्रतिलिपि (चयापचय के अग्रदूत के रूप में) की संभावना दिखा दी है: निर्मित प्रणाली में अणु फाइबर में स्वयं को व्यवस्थित कर सकते हैं। इसके अलावा, रसायनज्ञ अक्सर प्रयोगों के परिणाम दिखाते हैं जो आरएनए की दुनिया की परिकल्पना का समर्थन करते हैं - पृथ्वी पर जीवन के उद्भव का चरण, जिसके दौरान आरएनए आत्म-प्रजनन और उत्प्रेरण में सक्षम पहला जटिल जैव-अणु बन गया।इस प्रकार, शोधकर्ताओं ने प्रीबायोटिक यौगिकों से प्यूरीन के संश्लेषण के लिए एक संभावित मार्ग का वर्णन किया, और बाद में उन्होंने एक आरएनए एंजाइम भी बनाया जो सैद्धांतिक रूप से जीवन की उत्पत्ति के शुरुआती चरणों में जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित कर सकता है।