När levande organismer äter, växa, och självförnyelse, allt medan de sakta dör. Kemiskt sett, detta beror på att livet är termodynamiskt instabilt, medan dess slutliga avfallsprodukter befinner sig i ett tillstånd av termisk jämvikt. Det är lite av en sjuklig tanke, men det är också en av de egenskaper som är gemensamma för alla livsformer.

Nu i en ny studie, forskare har skapat en självreplikator som självmonterar samtidigt som den förstörs. Det syntetiska systemet kan hjälpa forskare att bättre förstå vad som skiljer biologiskt material från enklare kemiskt material, och även hur man skapar syntetiskt liv i labbet.

Forskarna, Ignacio Colomer, Sarah M. Morrow, och Stephen P. Fletcher, vid University of Oxford, har publicerat en artikel om självreplikatorn i ett färskt nummer av Naturkommunikation .

"Kombinationen av replikatorbildning och förstörelse gör att systemet kan förlänga replikering, vilket är något som bara biologiska system för närvarande kan, och systemet fortsätter att självreproducera sig så länge du fortsätter att mata det, " berättade Fletcher Phys.org .

Självreplikatorn består av ett system av små molekyler som består av väte och kol (kolväten). Initialt, systemet innehåller två typer av kolväten, hydrofoba (som stöter bort vatten) och hydrofila (som löses i vatten), som fungerar som råvaror eller "mat" för systemet. De två typerna av kolväten separeras av en gränsyta, men med hjälp av en ruteniumkatalysator kan de reagera över gränsytan för att bilda en amfifil produkt, som har både hydrofoba och hydrofila egenskaper.

I likhet med hur levande organismer växer och regenererar nya celler, den amfifila produkten är en autokatalysator som har förmågan att självmontera, därigenom ökar dess koncentration eller "växer". Eftersom produkten både självmonterar och fortsätter att genereras från råvarorna tills de tar slut, produktkoncentrationen växer exponentiellt, åtminstone för en stund. Men – som livet – är denna produkt termodynamiskt instabil, så att samtidigt som produkten skapas, den sönderdelas också till en termodynamiskt stabil restprodukt. När råvarorna tar slut, sönderfallshastigheten går om tillväxttakten, och så småningom blir hela systemet avfallsprodukt, nå ett tillstånd av termisk jämvikt.

Forskarna lade sedan till en twist till experimentet genom att lägga till mer råmaterial till systemet efter att de initialt tog slut. Tillsatsen av detta kemiska bränsle orsakade en tillfällig ökning av nivån av den amfifila produkten, även om avfallsprodukter fortfarande skapades. När forskarna slutade upprätthålla systemet med råvaror, den självmonterande produkten förstördes så småningom helt.

Övergripande, skapandet av en självreplikerande, system utanför jämvikt som oundvikligen rör sig mot termisk jämvikt ger en fysisk modell för forskare att studera samma egenskaper hos livet. I framtiden, detta kan hjälpa forskare att förstå hur man skapar minimalt med liv i laboratoriet.

"Att göra syntetiskt liv är helt enkelt inte möjligt för närvarande, " sa Fletcher. "Jag tror att detta beror på att vi fortfarande inte riktigt förstår exakt vad livet är, och att utveckla även primitiva modeller av levande system är fortfarande utmanande. Design och studie av syntetiska modeller, där relativt enkla byggstenar används för att göra komplexa funktionella system, är förmodligen nödvändigt för att förstå hur man kan efterlikna den typ av långt-ifrån-jämviktsbeteende som ses i levande system och tillåta realistiska försök att skapa syntetiskt liv."

© 2018 Phys.org