Naukowcy prawdopodobnie stworzyli prekursor życia

Skąd pochodzi życie? Być może stworzyli je naukowcy? Te pytania trapią umysły nie tylko zainteresowanych jego powstaniem, ale także odkrywców pracujących nad przyszłymi technologiami. Stworzenie sztucznych systemów życia, być może pozwoli zrozumieć nie tylko jego pochodzenie – może również zrewolucjonizować nowoczesne technologie.

Naukowcy prawdopodobnie stworzyli prekursor życia

Rys. 1 Struktura DNA- podstawowego nośnika informacji w organizmach żywych

Każdy z nas wie, że najprostszymi, najbardziej prymitywnymi systemami życia były protokomórki. Kiedy popatrzymy w co taka pojedyncza protokomórka jest zdolna się przekształcić, domyślamy się, dlaczego nauka jest tak nimi zafascynowana. Możliwość stworzenia sztucznej protokomórki może stanowić podstawowy składnik do tworzenia bardziej zaawansowanych systemów sztucznego życia.

Jednak stworzenie sztucznej protokomórki jest bardzo skomplikowne i do tej pory nikomu nie udało się tego osiągnąć. Jednym z problemów jest stworzenie ciągów informacyjnych, które mogą być dziedziczone przez komórki potomne, w tym także protokomórki. Takie informacje jak łańcuchy ciągów DNA lub RNA są potrzebne do sterowania metabolizmem komórek i stanowią instrukcję do sposobu ich namnażania.

Naukowcy z Centrum Podstawowych Żywych Technologii (FLINT), Wydziału Fizyki, Chemii i Farmacji Uniwersytetu Południowej Danii, opisali w dzienniku Europhysics Letters[1], sposób w jaki udało im się odkryć ciągi informacji o specyficznych właściwościach w wirtualnym eksperymencie komputerowym.

Profesor i kierownik FLINT, Steen Rasmussen, stwierdził: „Znalezienie mechanizmów tworzenia ciągów informacji jest niezbędne dla naukowców pracujących nad stworzeniem sztucznego życia”.

Steen Rasmussen i jego koledzy stają w obliczu dwóch problemów.  Po pierwsze, długie łańcuchy molekularne ulegają rozkładowi w wodzie. Szybko rozpadają się na wiele krótkich łańcuchów, co stwarza problem z utrzymaniem ich w niezmienionej formie przez dłuższy czas.

Po drugie, trudno sprawić, aby cząsteczki te replikowały się bez stosowania nowoczesnych enzymów, przy czym jest to łatwiejsze w tzw. ligacji. Ligacja to połączenie kombinacji dwóch krótszych łańcuchów w dłuższy ciąg, wspierany przez enzym umożliwiający takie połączenie.

„W naszej symulacji komputerowej – naszym wirtualnym laboratorium molekularnym – ciągi informacyjne zaczęły szybko i sprawnie replikować się zgodnie z oczekiwaniami. Jednakże uderzył nas fakt, iż system szybko rozwinął równą liczbę krótkich i długich ciągów informacyjnych oraz doszło do wyboru silnego wzoru na strunach. Mogliśmy zobaczyć, że tylko bardzo konkretne wzorce informacyjne zostały zachowane. Nie rozumieliśmy, w jaki sposób się to dzieje, skoro wiedzieliśmy, że nie było to zaprogramowane. Wyjaśnieniem tego jest znalezienie sposobu oddziaływania łańcuchów ze sobą”- wyjaśnia Steen Rasmussen.

Według Steen’a Rasmussen’a tzw. samoorganizująca się autokatalityczna sieć powstała w przestrzeni wirtualnej, do której on i jego koledzy wylali składniki ciągów informacyjnych. Autokatalityczna sieć to sieć cząsteczek, które katalizują wytwarzanie siebie nawzajem. Każda cząsteczka może być utworzona w co najmniej jednej reakcji chemicznej w sieci, a każda reakcja może być katalizowana przez co najmniej jedną inną molekułę w sieci. W procesie tym powstanie sieć, która wykazuje prymitywną formę metabolizmu i systemu informacyjnego, powielającego się z pokolenia na pokolenie.

„Autokatalityczna sieć działa jak społeczność – każda cząsteczka jest obywatelem, który współdziała z innymi obywatelami i razem pomagają stworzyć społeczeństwo”, wyjaśnia Steen Rasmussen.

Ten autokatalityczny zestaw szybko przekształcił się w stan, w którym istniały ciągi łańcuchów różnych długości w równych stężeniach. Ponadto, wybrane łańcuchy miały uderzająco podobne wzorce, co także jest niezwykłe.

„Być może odkryliśmy proces podobny do tego, który wywołał pierwsze życie. Oczywiście nie wiemy, czy życie rzeczywiście zostało stworzone w ten sposób – aczkolwiek mógł to być jeden z etapów. Być może podobny proces tworzył wystarczająco wysokie stężenia dłuższych ciągów informacyjnych, gdy powstała pierwsza protokomórka”- wyjaśnia Steen Rasmussen.

Mechanizmy leżące u podstaw tworzenia i wyboru skutecznych ciągów informacji są nie tylko interesujące dla badaczy, którzy pracują nad stworzeniem protokomórki. Są też wartościowe dla badaczy pracujących nad przyszłymi technologiami, jak w Centrum FLINT.

„Szukamy sposobów na rozwój technologii, która będzie oparta na procesach życiowych. Jeśli nam się uda, stworzymy świat, w którym urządzenia technologiczne będą zdolne naprawić się samodzielnie, rozwijać nowe właściwości i być ponownie używane, np. komputer wytworzony z materiałów biologicznych stwarza całkiem inne – i mniej stresujące dla środowiska – wymogi dotyczące produkcji i sprzedaży” mówi Steen Rasmussen.

  1. Shinpei Tanaka, Harold Fellermann, Steen Rasmussen. Structure and selection in an autocatalytic binary polymer model. EPL (Europhysics Letters), 2014; 107 (2): 28004 DOI: 10.1209/0295-5075/107/28004
  2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141020105051.htm

Opracowała: Anna Marczewska

Korekta: Magdalena Senderowska

 

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*