Enkla system kan reproducera sig snabbare än komplexa. Så, hur kan livets komplexitet ha uppstått från enkla kemiska början? Börjar med ett enkelt system av självreplikerande fibrer, kemister vid universitetet i Groningen har upptäckt att när de introducerade en molekyl som attackerar replikatorerna, de mer komplexa strukturerna har en fördel. Detta system visar vägen framåt för att belysa hur liv kan härröra från livlös materia. Resultaten publicerades den 10 mars i tidskriften Angewandte Chemie .

Vägen till att svara på frågan om hur livet uppstod bevakas av Spiegelmans monster, uppkallad efter den amerikanske molekylärbiologen Sol Spiegelman, som för cirka 55 år sedan beskrev replikatorernas tendens att bli mindre när de fick utvecklas. "Komplexitet är en nackdel under replikering, så hur har livets komplexitet utvecklats?" frågade Sijbren Otto, Professor i systemkemi vid universitetet i Groningen. Han har tidigare utvecklat ett självreplikerande system där självreplikering producerar fibrer från enkla byggstenar och, nu, han har hittat ett sätt att slå monstret.

Död

"För att uppnå detta, vi introducerade döden i vårt system, Otto förklarar. Hans fibrer är uppbyggda av staplade ringar som är självmonterade av enstaka byggstenar. Antalet byggstenar i en ring kan variera, men högar innehåller alltid ringar av samma storlek. Otto och hans team anpassade systemet på ett sådant sätt att ringar i två olika storlekar skapades, innehållande antingen tre eller sex byggstenar.

Under normala omständigheter, fibrer som består av små ringar kommer att växa ur fibrerna med större ringar. "Dock, när vi tillsatte en förening som bryter upp ringar inuti fibrerna, vi fann att de större ringarna var mer motståndskraftiga. Detta innebär att de mer komplexa fibrerna kommer att dominera, trots att de mindre ringarna replikerar snabbare. Fibrer som är gjorda av små ringar "dödas lättare."

Experiment

Otto medger att skillnaden i komplexitet mellan de två typerna av fibrer är liten. "Vi fann att fibrerna från de större ringarna var bättre katalysatorer för benchmark retro-aldol-reaktionen än de enklare fibrerna som är gjorda av ringar med tre byggstenar. Men återigen, denna reaktion gynnar inte fibrerna." den extra komplexiteten skyddar fibrerna från förstörelse, troligen genom att skärma svavel-svavelbindningarna som länkar samman byggstenarna till ringar.

"Allt som allt, vi har nu visat att det är möjligt att slå Spiegelmans monster, " säger Otto. "Vi gjorde det här på ett speciellt sätt, genom att införa kemisk destruktion, men det kan finnas andra vägar. För oss, nästa steg är att ta reda på hur mycket komplexitet vi kan skapa på det här sättet." Hans team arbetar nu på ett sätt att automatisera reaktionen, som beror på en hårfin balans mellan processerna av replikering och förstörelse. "Just nu, det behöver konstant övervakning och detta begränsar den tid som vi kan driva det."

Varianter

Det nya systemet är det första i sitt slag och öppnar en väg till mer komplex kemisk utveckling. "För att uppnå verklig darwinistisk evolution som leder till nya saker, vi kommer att behöva mer komplexa system med mer än en byggsten, " säger Otto. Tricket blir att designa ett system som tillåter rätt mängd variation. "När du har obegränsad variation, systemet kommer ingenstans, det kommer bara att producera små mängder av alla typer av varianter." Däremot, om det är mycket liten variation, inget riktigt nytt kommer att dyka upp.

Resultaten som presenterades i den senaste tidningen visar att, utgående från enkla föregångare, komplexiteten kan öka under evolutionen. "Detta betyder att vi nu kan se en väg framåt. Men resan till att producera konstgjort liv genom kemisk evolution är fortfarande lång, säger Otto. Men han har slagit monstret som vaktar vägen till sin destination.