Eenvoudige systemen kunnen zich sneller voortplanten dan complexe. Dus, hoe kan de complexiteit van het leven ontstaan ​​zijn uit een eenvoudig chemisch begin? Beginnend met een eenvoudig systeem van zelfreplicerende vezels, scheikundigen van de Rijksuniversiteit Groningen hebben ontdekt dat bij de introductie van een molecuul dat de replicators aanvalt, de meer complexe structuren hebben een voordeel. Dit systeem laat zien hoe het leven kan ontstaan ​​uit levenloze materie. De resultaten zijn op 10 maart gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie .

De weg naar het beantwoorden van de vraag hoe het leven is ontstaan, wordt bewaakt door Spiegelmans monster, vernoemd naar de Amerikaanse moleculair bioloog Sol Spiegelman, die zo'n 55 jaar geleden de neiging van replicators beschreef om kleiner te worden als ze mochten evolueren. "Complexiteit is een nadeel tijdens replicatie, dus hoe is de complexiteit van het leven geëvolueerd?" vroeg Sijbren Otto, Hoogleraar Systeemchemie aan de Rijksuniversiteit Groningen. Hij ontwikkelde eerder een zelfreplicerend systeem waarbij zelfreplicatie vezels produceert uit eenvoudige bouwstenen en, nu, hij heeft een manier gevonden om het monster te verslaan.

Dood

"Om dit te behalen, we hebben de dood in ons systeem ingevoerd, Otto legt uit. Zijn vezels zijn opgebouwd uit gestapelde ringen die zelf samengesteld zijn uit losse bouwstenen. Het aantal bouwstenen in een ring kan variëren, maar stapels bevatten altijd ringen van dezelfde grootte. Otto en zijn team hebben het systeem zo aangepast dat er ringen van twee verschillende maten ontstonden, met drie of zes bouwstenen.

Onder normale omstandigheden, vezels die zijn opgebouwd uit kleine ringen zullen de vezels ontgroeien met grotere ringen. "Echter, toen we een verbinding toevoegden die ringen in de vezels opbreekt, we ontdekten dat de grotere ringen resistenter waren. Dit betekent dat de meer complexe vezels zullen domineren, ondanks dat de kleinere ringen sneller repliceren. Vezels die zijn gemaakt van kleine ringen worden gemakkelijker 'gedood'.'

experimenten

Otto erkent dat het verschil in complexiteit tussen de twee soorten vezels klein is. "We ontdekten dat de vezels van de grotere ringen betere katalysatoren waren voor de benchmark retro-aldolreactie dan de eenvoudigere vezels die zijn gemaakt van ringen met drie bouwstenen. Maar nogmaals, deze reactie komt de vezels niet ten goede." de toegevoegde complexiteit beschermt de vezels tegen vernietiging, waarschijnlijk door de zwavel-zwavelbindingen af ​​te schermen die de bouwstenen tot ringen verbinden.

"Globaal genomen, we hebben nu aangetoond dat het mogelijk is om het monster van Spiegelman te verslaan, ", zegt Otto. "We hebben dit op een bepaalde manier gedaan, door chemische vernietiging in te voeren, maar er kunnen andere routes zijn. Voor ons, de volgende stap is om uit te zoeken hoeveel complexiteit we op deze manier kunnen creëren." Zijn team werkt nu aan een manier om de reactie te automatiseren, die afhangt van een delicaat evenwicht tussen de processen van replicatie en vernietiging. "Momenteel, het heeft constant toezicht nodig en dit beperkt de tijd dat we het kunnen uitvoeren."

varianten

Het nieuwe systeem is het eerste in zijn soort en opent een weg naar meer complexe chemische evolutie. "Om een ​​echte darwinistische evolutie te bereiken die tot nieuwe dingen leidt, we hebben meer complexe systemen nodig met meer dan één bouwsteen, " zegt Otto. De kunst zal zijn om een ​​systeem te ontwerpen dat voor de juiste hoeveelheid variatie zorgt. "Als je onbeperkte variatie hebt, het systeem gaat nergens heen, het zal slechts kleine hoeveelheden van allerlei varianten produceren." als er weinig variatie is, er zal niets echt nieuws verschijnen.

De resultaten die in het laatste artikel werden gepresenteerd, laten zien dat, beginnend met eenvoudige voorlopers, complexiteit kan in de loop van de evolutie toenemen. "Dit betekent dat we nu een weg vooruit kunnen zien. Maar de reis naar het produceren van kunstmatig leven door chemische evolutie is nog lang, " zegt Otto. Maar, hij heeft het monster verslagen dat de weg naar zijn bestemming bewaakt.