Zoals levende organismen eten, groeien, en zichzelf regenereren, al die tijd sterven ze langzaam. chemisch gesproken, dit komt omdat het leven thermodynamisch onstabiel is, terwijl de uiteindelijke afvalproducten zich in een staat van thermisch evenwicht bevinden. Het is een beetje een morbide gedachte, maar het is ook een van de kenmerken die alle levensvormen gemeen hebben.

Nu in een nieuwe studie, onderzoekers hebben een zelfreplicator gemaakt die zichzelf assembleert en tegelijkertijd wordt vernietigd. Het synthetische systeem kan onderzoekers helpen beter te begrijpen wat biologische materie scheidt van eenvoudigere chemische materie, en ook hoe je synthetisch leven in het laboratorium kunt creëren.

De onderzoekers, Ignacio Colomer, Sarah M. Morrow, en Stephen P. Fletcher, aan de Universiteit van Oxford, hebben een paper over de zelfreplicator gepubliceerd in een recent nummer van Natuurcommunicatie .

"De combinatie van replicatorvorming en -vernietiging maakt het systeem in staat tot duurzame replicatie, iets waartoe momenteel alleen biologische systemen in staat zijn, en het systeem blijft zichzelf reproduceren zolang je het blijft voeden, "vertelde Fletcher" Phys.org .

De zelfreplicator bestaat uit een systeem van kleine moleculen bestaande uit waterstof en koolstof (koolwaterstoffen). aanvankelijk, het systeem bevat twee soorten koolwaterstoffen, hydrofoob (die water afstoten) en hydrofiel (die oplossen in water), die als grondstof of "voedsel" voor het systeem dienen. De twee soorten koolwaterstoffen worden gescheiden door een grensvlak, maar met behulp van een rutheniumkatalysator kunnen ze over het grensvlak reageren om een ​​amfifiel product te vormen, die zowel hydrofobe als hydrofiele eigenschappen heeft.

Vergelijkbaar met hoe levende organismen groeien en nieuwe cellen regenereren, het amfifiele product is een autokatalysator die zichzelf kan assembleren, waardoor de concentratie wordt verhoogd of "groeit". Omdat het product zichzelf assembleert en blijft worden gegenereerd uit de grondstoffen totdat ze opraken, de productconcentratie groeit exponentieel, tenminste voor even. Maar - net als bij het leven - is dit product thermodynamisch onstabiel, zodat op hetzelfde moment dat het product wordt gemaakt, het ontleedt ook in een thermodynamisch stabiel afvalproduct. Zodra de grondstoffen op zijn, de vervalsnelheid overtreft de groeisnelheid, en uiteindelijk wordt het hele systeem afvalproduct, het bereiken van een toestand van thermisch evenwicht.

De onderzoekers voegden vervolgens een draai aan het experiment toe door meer grondstoffen aan het systeem toe te voegen nadat ze in eerste instantie op waren. De toevoeging van deze chemische brandstof zorgde voor een tijdelijke stijging van het gehalte van het amfifiele product, hoewel er ook nog afvalproduct ontstond. Toen de onderzoekers stopten met het onderhouden van het systeem met grondstoffen, het zelf-assemblerende product werd uiteindelijk volledig vernietigd.

Algemeen, het creëren van een zelfreplicerende, systeem uit evenwicht dat onvermijdelijk naar thermisch evenwicht beweegt, biedt wetenschappers een fysiek model om dezelfde kenmerken van het leven te bestuderen. In de toekomst, dit kan onderzoekers helpen te begrijpen hoe ze minimaal leven in het laboratorium kunnen creëren.

"Het maken van synthetisch leven is momenteel gewoon niet mogelijk, Fletcher zei. "Ik geloof dat dit komt omdat we nog steeds niet echt begrijpen wat het leven is, en het ontwikkelen van zelfs primitieve modellen van levende systemen is nog steeds een uitdaging. Het ontwerpen en bestuderen van synthetische modellen, waar relatief eenvoudige bouwstenen worden gebruikt om complexe functionele systemen te maken, is waarschijnlijk nodig om te begrijpen hoe je het soort verre van evenwichtsgedrag kunt nabootsen dat wordt gezien in levende systemen en om realistische pogingen mogelijk te maken om synthetisch leven te maken."

© 2018 Fys.org