PAN informacje

Przez atmosferę młodej Ziemi, bez tlenu, a co za tym idzie – ozonu, docierało mocne promieniowanie UV. W takich warunkach powstawały pierwsze biocząstki, podstawowe cegiełki budujące życie. One istnieją do dziś tworząc DNA i RNA. Badania wpływu światła na chemię, która mogła wytworzyć biocząsteczki, prowadzi dr Rafał Szabla z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie, wyróżniony w tegorocznej edycji stypendiów START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

Fot. Pixabay

Jego dziedzina nauki – fotochemia cząstek – bada zachowanie cząstek pod wpływem światła w niesłychanie krótkim czasie – jednej milionowej milionowej sekundy. Badacz zajmuje się opisem zjawisk z zakresu mechaniki kwantowej. Symuluje reakcje, jakie mogłyby zachodzić u zarania życia.

 – DNA i białka zachowują swoje właściwości, mimo że są poddane działaniu promieni. Ta niezwykła fotostabilność podstawowych cegiełek budujących życie i niedawno odkryte mechanizmy autonaprawcze krótkich fragmentów DNA mogą być więc tzw. molekularnymi skamielinami, wskazującymi na pochodzenie biocząsteczek na naszej planecie – mówi dr Szabla.

Naukowiec tłumaczy, że promieniowanie UV jest również ważnym źródłem energii. Umożliwia reakcje chemiczne, często niedostępne w innych warunkach. Większość znanych ścieżek reakcji chemicznych prowadzących do prostych biomolekuł (np. cegiełek RNA lub DNA) w warunkach młodej Ziemi, zawiera w sobie kluczowe etapy związane z długotrwałym naświetlaniem promieniowaniem UV. Innymi słowy, promieniowanie UV brało udział w selekcji cegiełek budujących życie, a także umożliwiło ich syntezę.

Doktor prowadzi obliczenia kwantowo-mechaniczne i symulacje, które pozwalają na bardzo dokładne zobrazowanie zachowania cząsteczek pod wpływem oddziaływania z promieniowaniem UV. Dzięki temu naukowiec może zrozumieć, w jaki sposób mogły zachodzić reakcje chemiczne i co decyduje o wysokiej fotostabilności biomolekuł.

 – Symulacje służą nam jako molekularny mikroskop, za pomocą którego podglądamy elementarne reakcje i procesy. Możemy opisać ich kluczowe parametry, na przykład wymaganą energię. Taka wiedza pozwala nam też przewidywać właściwości cząsteczek. Dzięki niej można przeprowadzać coraz lepsze eksperymenty symulujące chemię młodej Ziemi – mówi dr Szabla.

Obliczenia pozwolą w przyszłości zrozumieć, dlaczego w skład DNA weszły jedynie cztery wybrane zasady azotowe: A, G, T i C. Te zasady współtworzą prosty alfabet, uniwersalny dla wszystkich organizmów żywych. Badacze dowiadują się, dlaczego takiej funkcji nie mogą pełnić dziesiątki innych, bardzo podobnych cząsteczek.

DNA lub RNA to tzw. polimery informacyjne, stanowią bowiem „przepis” na białko. Mogą one ulegać modyfikacjom, czyli zmieniać się pod wpływem różnych czynników. Dr Szabla analizuje takie modyfikacje, które mogły nadać im kluczowe właściwości przedłużające ich przeżywalność. Bada modyfikacje, dzięki którym DNA i RNA miały zdolność do samopowielania się w ostrych warunkach młodej Ziemi.

– Badania pochodzenia życia na ziemi wymagają multidyscyplinarnego podejścia. Reakcje chemiczne muszą być osadzone w konkretnych kontekstach i warunkach geologicznych lub astrofizycznych – tłumaczy dr Szabla.

Polak jest członkiem międzynarodowej grupy zajmującej się badaniami pochodzenia życia na Ziemi (Simons Collaboration on the Origins of Life) finansowanej przez Fundację Simonsa z USA. Specjaliści z różnych dziedzin nauki, takich jak chemia organiczna, geochemia, astrochemia, biochemia, czy nawet astrofizyka i nauki planetarne, chcą wspólnie zbudować prostą komórkę w warunkach abiotycznych, czyli w takich, w których na planecie nie było jeszcze życia.

Dr Szabla współpracuje z zespołami eksperymentalistów z Wielkiej Brytanii (University College London, oraz MRC Laboratory for Molecular Biology) oraz Stanów Zjednoczonych (Harvard University oraz University of California, Santa Barbara).

 – Badania te pozwolą na lepsze zrozumienie, czy życie jest niezwykle rzadkim zjawiskiem we Wszechświecie, czy też mogło powstać w jednym z niedawno odkrytych sąsiednich układów planetarnych – wyjaśnia naukowiec.

 Elementarna wiedza, jaką zdobywany na temat biocząsteczek i procesów biochemicznych może mieć w przyszłości różne ciekawe zastosowania. Naukowcy uczą się tak zmieniać materiał genetyczny – na przykład komórek rakowych – aby można je było zniszczyć poprzez naświetlanie.

 – Moje badania nad alternatywnymi składnikami DNA i RNA mają bardzo wiele wspólnego z fotodynamicznymi terapiami stosowanymi do leczenia raka. Być może pogłębienie wiedzy na temat elementarnych zjawisk zachodzących w DNA ułatwi udoskonalanie tych terapii w przyszłości – ma nadzieję wyróżniony przez FNP stypendysta START.

Rafał Szabla ukończył Politechnikę Wrocławską. W ramach koła naukowego Wydziału Chemicznego prowadził wykłady popularnonaukowe, przeprowadzał doświadczenia dla młodzieży i uczestniczył w Festiwalu Nauki. Doktorat realizował w Czechach, wciąż współpracuje z tamtejszymi naukowcami.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl