Livet på jorden besidder en ekstraordinær evne til selvreproduktion, som selv på et simpelt cellulært niveau er drevet af kompleks biokemi. Men kan selvreproduktion eksistere i et biokemi-frit miljø?
En undersøgelse fra forskere fra Harvard University demonstrerede, at svaret er ja.
Forskerne designet et ikke-biokemisk system, hvor syntetiske celle-lignende strukturer dannes og selv ombygger ved at skubbe polymere sporer ud.
De Pnas Papir rapporterer en en-pot-reaktion, hvor kemisk aktive polymerprotoceller begyndte deres rejse som en ensartet blanding af molekyler, som normalt ikke selv samles. Når de blev placeret under grønt lys (530 nm), dannede de imidlertid vesikellignende strukturer, der voksede og delte sig, når reaktionen fortsatte.
Levende organismer producerer afkom fra deres eget cellulære materiale, hvilket giver anledning til nye, uafhængige livsformer, der interagerer med deres miljø for at få mad, energi og information, der er nødvendig for at overleve. Hvis alt går godt, giver de interne kemiske netværk af disse nye systemer dem også mulighed for at genopbygge, hvilket fører til fremtidige generationer. Som Rudolf Virchow, far til cellulær patologi, sagde i 1858, “Hver celle kommer fra en allerede eksisterende celle.”
I biokemibaseret liv afhænger endda enkeltcellede organismer som bakterier af en kæde af godt koordinerede komplekse kemiske processer for at køre de livsbærende processer og reproduktion.
Det er kendt, at biokemi er tilstrækkelig til at drive selvreproduktion, men er det vigtigt? Eller kan vi bygge kunstige, rummedlemmerede kemiske systemer i laboratoriet, der selv samles og gengive sig selv?
Tidligere undersøgelser har vist reproduktionslignende adfærd, såsom polymerisationsinduceret selvsamling (PISA) i miceller og vesikler. Imidlertid var disse processer hverken biokemi-fri, og de demonstrerede dog ægte autonom selvreproduktion.
For at udforske det ukendte designede teamet en PISA-batchreaktor med en potte bestående af strengt ikke-biokemiske molekyler med det formål at syntetisere amfifiler, der kan selvorganisere, selvmontere og selvinitiere til kemisk aktive enheder.
Reaktionshætteglasset inkluderede en vandig opløsning af en hydrofil polymer med et hydrofobt kædeoverførselsmiddelmolekyle (CTA) fastgjort til dens ende sammen med monomeren, der skal polymeriseres og en fotokatalysator i et nitrogenfyldt inert miljø. Denne blanding fik derefter lov til at sidde under grønt LED -lys i 90 minutter ved 33 ° C.
De observerede, at blandingen af kemikalier gennemgår foto-reversibel tilsætning-fragmenteringskædeoverførsel (RAFT) fotopolymerisation i vand for at omdanne startmolekylerne til amfifile blokcopolymerer. Disse blokcopolymerer gav derefter anledning til ikke-biokemiske polymervesikler eller syntetiske celler, der udviste selvreproduktionsadfærd via PISA.
Vesiklerne dannede ikke kun og opretholdt sig selv, men frigav også polymere “sporer”, der podede en ikke -lineær, eksponentiel stigning i vesikelnumre, hvor hver nye generation arver visse egenskaber fra deres “forælder” -vesikler.
Opførslen, der er vist i denne undersøgelse, efterligner selvreproduktion-et nøglefunktion ved levende systemer-fra simpel kemi uden behov for komplekse biokemiske processer.
Forskerne bemærker, at konklusionerne ikke kun giver indsigt i, hvordan livet kan være begyndt, men også åbne nye muligheder for at skabe en lang række abiotiske, livslignende systemer.