Frågan om livets ursprung är fortfarande en av de äldsta obesvarade vetenskapliga frågorna. Ett team vid Münchens tekniska universitet (TUM) har nu för första gången visat att fasseparation är ett extremt effektivt sätt att kontrollera urvalet av kemiska byggstenar och ge fördelar för vissa molekyler.

Utan energi, celler kan inte röra sig eller dela sig, och kan inte upprätthålla ens grundläggande funktioner som produktion av enkla proteiner. Om energi saknas, mer komplexa förbindelser sönderfaller snabbt, och tidigt liv skulle ha dött ut omedelbart.

Kemisten Job Boekhoven och hans team på TUM har nu lyckats använda fasseparation för att hitta en mekanism i enkla molekyler som gör det möjligt för extremt instabila molekyler som de som finns i ursoppan att ha en högre grad av stabilitet. De kunde överleva längre, även om de fick överleva en period utan extern energiförsörjning.

Principen om enkelhet

Job Boekhoven och hans team letade efter en enkel mekanism med primitiva molekyler som kunde producera verklighetstrogna egenskaper. "Mest troligt, molekyler var enkla i ursoppan, " säger Boekhoven. Forskarna undersökte vad som hände när de matade olika karboxylsyramolekyler med högenergikarbodiimidkondenseringsmedel, på så sätt för dem ur jämvikt.

Reaktionen gav instabila anhydrider. Till största del, dessa icke-jämviktsprodukter sönderfaller snabbt till karboxylsyror igen. Forskarna visade att de anhydrider som överlevde längst var de som kunde bilda en sorts oljedroppar i den vattenhaltiga miljön.

Molekyler i garaget

Effekten kan också ses externt – den initialt klara lösningen blev mjölkaktig. Bristen på vatten i oljedropparna gav skydd, eftersom anhydrider behöver vatten för att sönderfalla tillbaka till karboxylsyror.

Boekhoven förklarar principen om fasseparation med en analogi:"Föreställ dig en gammal och rostig bil. Lämna den ute i regnet, och det fortsätter att rosta och sönderdelas eftersom rost påskyndas av vatten. Ställ den i garaget, och det slutar rosta, för att du skiljer det från regnet. "

På ett sätt, en liknande process sker i ursoperimentet. Inuti oljedroppen (garaget) med de långkedjiga anhydridmolekylerna finns inget vatten, så dess molekyler överlever längre. Om molekylerna konkurrerar med varandra om energi, de som kan skydda sig själva genom att bilda oljedroppar är sannolikt att överleva, medan deras konkurrenter hydrolyseras.

Nästa mål:livskraftiga informationsbärare

Eftersom mekanismen för fasseparation är så enkel, det kan möjligen utvidgas till andra typer av molekylära aggregationer med verklighetstrogna egenskaper, som DNA, RNA eller självdelande vesiklar. Studier har visat att dessa bubblor kan dela sig spontant. "Snart hoppas vi kunna förvandla primitiv kemi till en självreplikerande informationsbärare som är skyddad från förfall i viss utsträckning, säger Boekhoven.