Des chimistes utilisent la blockchain pour simuler plus de 4 milliards de réactions chimiques essentielles aux origines de la vie
"Si vous m'aviez posé la question il y a deux ans, j'aurais pensé qu'il nous faudrait des années pour ce type de travail"
Les crypto-monnaies sont généralement "extraites" de la blockchain en demandant à un ordinateur de résoudre un problème mathématique compliqué en échange de jetons de crypto-monnaie. Mais dans une recherche publiée dans la revue Chem le 24 janvier, une équipe de chimistes a réorienté ce processus en demandant à des ordinateurs de générer le plus grand réseau jamais créé de réactions chimiques susceptibles d'avoir donné naissance à des molécules prébiotiques sur la Terre primitive.
Ce travail indique qu'au moins certaines formes primitives de métabolisme pourraient avoir émergé sans l'implication d'enzymes, et il montre le potentiel d'utilisation de la blockchain pour résoudre des problèmes en dehors du secteur financier qui nécessiteraient autrement l'utilisation de superordinateurs coûteux et difficiles d'accès.
"À ce stade, nous pouvons dire que nous avons recherché de manière exhaustive toutes les combinaisons possibles de réactivité chimique qui, selon les scientifiques, ont fonctionné sur la Terre primitive", explique l'auteur principal Bartosz A. Grzybowski, de l'Institut coréen des sciences fondamentales et de l'Académie polonaise des sciences.
Pour créer ce réseau, les chercheurs ont choisi un ensemble de molécules de départ susceptibles d'être présentes sur la Terre primitive, notamment l'eau, le méthane et l'ammoniac, et ont établi des règles concernant les réactions pouvant se produire entre différents types de molécules. Ils ont ensuite traduit ces informations dans un langage compréhensible par les ordinateurs et ont utilisé la blockchain pour calculer les réactions qui se produiraient au cours des multiples expansions d'un réseau réactionnel géant.
"L'ordinateur prend les molécules primordiales et les chimies prébiotiques acceptées. Nous les avons codées dans la machine, puis nous les avons diffusées dans le monde entier", explique M. Grzybowski.
L'équipe de M. Grzybowski a travaillé avec des chimistes et des informaticiens d'Allchemy, une entreprise qui utilise l'IA pour la planification de la synthèse chimique, afin de générer le réseau à l'aide de Golem, une plateforme qui orchestre des parties des calculs sur des centaines d'ordinateurs à travers le monde, qui reçoivent de la crypto-monnaie en échange du temps de calcul.
Le réseau résultant, appelé NOEL pour Network of Early Life, a commencé avec plus de 11 milliards de réactions, que l'équipe a ramenées à 4,9 milliards de réactions plausibles. NOEL contient des parties de voies métaboliques bien connues comme la glycolyse, des imitations proches du cycle de Krebs, que les organismes utilisent pour produire de l'énergie, et des synthèses de 128 molécules biotiques simples comme les sucres et les acides aminés.
Curieusement, sur les 4,9 milliards de réactions générées, seules quelques centaines de cycles réactionnels pourraient être qualifiés d'"autoréplicatifs", ce qui signifie que les molécules produisent des copies supplémentaires d'elles-mêmes. L'autoréplication a été postulée comme un élément central de l'émergence de la vie, mais la grande majorité de ses manifestations connues nécessitent des macromolécules complexes comme les enzymes.
"Nos résultats signifient qu'en présence de petites molécules seulement, l'auto-amplification est un événement rare. Je ne pense pas que ce type d'auto-reproduction ait été opérationnel sur la Terre primitive, avant que des structures moléculaires plus grandes n'aient été formées d'une manière ou d'une autre", explique M. Grzybowski. "Nous voyons l'émergence d'un métabolisme primitif, mais nous ne voyons pas d'autoréplication, donc peut-être que l'autoréplication est apparue plus tard dans l'évolution.
"Si vous m'aviez posé la question il y a deux ans, j'aurais pensé qu'il nous faudrait des années pour ce type de travail", ajoute M. Grzybowski. "Mais pour une fraction du coût, en deux ou trois mois, nous avons achevé une tâche de 10 milliards de réactions, soit 100 000 fois plus que ce que nous avions fait auparavant.
Ces travaux ne font pas seulement progresser nos connaissances sur les débuts de la chimie prébiotique, ils démontrent également comment la science peut être rendue plus accessible aux chercheurs des petites universités et institutions.
"Notre système éducatif est basé sur des universités d'élite, principalement dans le monde occidental. Il est très difficile pour les pays en développement de rivaliser avec ces universités parce qu'ils n'ont pas accès aux superordinateurs", explique M. Grzybowski. "Mais si vous pouvez distribuer l'informatique de cette manière pour une fraction du coût, vous pouvez donner à d'autres personnes la possibilité de jouer".
Alors que le réseau généré dans ce travail a été réalisé sur des centaines d'ordinateurs à travers le monde, Grzybowski suggère que cette méthode peut être utilisée dans les institutions sans avoir à payer des jetons de crypto-monnaie aux ordinateurs qui effectuent les calculs.
"Avec une plateforme comme Golem, vous pouvez connecter le réseau de votre institution et exploiter toute la puissance inactive de ses ordinateurs pour effectuer des calculs", explique Grzybowski. "Vous pouvez créer cette infrastructure informatique sans aucune dépense d'investissement.
M. Grzybowski espère que cette réaffectation de la blockchain pourra révolutionner la manière dont nous effectuons des calculs à grande échelle dans le monde entier et changer notre perception de la valeur des crypto-monnaies.
"J'espère que les informaticiens trouveront le moyen de donner des jetons aux crypto-monnaies d'une manière qui puisse profiter à la science mondiale", déclare M. Grzybowski. "Peut-être que la société serait plus heureuse d'utiliser les crypto-monnaies si l'on pouvait dire aux gens qu'au cours du processus, nous pourrions découvrir de nouvelles lois de la biologie ou un nouveau médicament contre le cancer", ajoute M. Grzybowski.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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