Selvreplikator, der samtidig skabes og ødelægges, kan føre til en bedre forståelse af livet

Når levende organismer spiser, dyrke, og selv regenerere, alt imens de langsomt dør. Kemisk set, dette er fordi livet er termodynamisk ustabilt, mens dets ultimative affaldsprodukter er i en tilstand af termisk ligevægt. Det er lidt af en morbid tanke, men det er også en af ​​de egenskaber, der er fælles for alle livsformer.

Nu i en ny undersøgelse, forskere har skabt en selvreplikator, der samler sig selv og samtidig bliver ødelagt. Det syntetiske system kan hjælpe forskerne med bedre at forstå, hvad der adskiller biologisk stof fra enklere kemisk stof, og også hvordan man skaber syntetisk liv i laboratoriet.

Forskerne, Ignacio Colomer, Sarah M. Morrow, og Stephen P. Fletcher, ved University of Oxford, har udgivet et papir om selvreplikatoren i et nyligt nummer af Naturkommunikation .

"Kombinationen af ​​replikatordannelse og ødelæggelse gør systemet i stand til vedvarende replikation, hvilket er noget, som kun biologiske systemer i øjeblikket er i stand til, og systemet fortsætter med at reproducere sig selv, så længe du bliver ved med at fodre det, " fortalte Fletcher Phys.org .

Selvreplikatoren består af et system af små molekyler sammensat af brint og kulstof (kulbrinter). I første omgang, systemet indeholder to typer kulbrinter, hydrofob (som afviser vand) og hydrofil (som opløses i vand), som tjener som råvarer eller "fødevarer" til systemet. De to typer kulbrinter er adskilt af en grænseflade, men ved hjælp af en rutheniumkatalysator er de i stand til at reagere på tværs af grænsefladen for at danne et amfifilt produkt, som har både hydrofobe og hydrofile egenskaber.

Svarende til hvordan levende organismer vokser og regenererer nye celler, det amfifile produkt er en autokatalysator, der har evnen til selv at samle, derved øger dens koncentration eller "vokser". Da produktet både samler sig selv og fortsætter med at blive genereret fra råvarerne, indtil de løber tør, produktkoncentrationen vokser eksponentielt, i hvert fald for et stykke tid. Men - ligesom livet - er dette produkt termodynamisk ustabilt, så samtidig med at produktet bliver skabt, det nedbrydes også til et termodynamisk stabilt affaldsprodukt. Når råvarerne løber tør, henfaldshastigheden overhaler vækstraten, og til sidst bliver hele systemet til affaldsprodukt, når en tilstand af termisk ligevægt.

Forskerne tilføjede derefter et twist til eksperimentet ved at tilføje flere råmaterialer til systemet, efter at de oprindeligt løb tør. Tilsætningen af ​​dette kemiske brændstof forårsagede en midlertidig stigning i niveauet af det amfifile produkt, selvom affaldsprodukt også stadig blev skabt. Da forskerne holdt op med at opretholde systemet med råvarer, det selvsamlende produkt blev til sidst fuldstændig ødelagt.

Samlet set, skabelsen af ​​en selvreplikerende, ude-af-ligevægt-system, der uundgåeligt bevæger sig mod termisk ligevægt, giver en fysisk model for videnskabsmænd til at studere de samme egenskaber ved livet. I fremtiden, dette kan hjælpe forskere til at forstå, hvordan man kan skabe minimalt liv i laboratoriet.

"At lave syntetisk liv er simpelthen ikke muligt i øjeblikket, " sagde Fletcher. "Jeg tror, ​​at det er fordi vi stadig ikke rigtig forstår præcis, hvad livet er, og det er stadig udfordrende at udvikle selv primitive modeller af levende systemer. Design og undersøgelse af syntetiske modeller, hvor relativt simple byggeklodser bruges til at lave komplekse funktionelle systemer, er sandsynligvis nødvendigt for at forstå, hvordan man kan få til at efterligne den slags langt fra ligevægtsadfærd, der ses i levende systemer, og tillade realistiske forsøg på at skabe syntetisk liv."

© 2018 Phys.org