Neu veröffentlichte Forschungsarbeiten beschreiben, wie ein Wissenschaftlerteam ein virtuelles Computer -Experiment verwendet hat, um Informationen mit besonderen Eigenschaften zu ermitteln.
Wie hat das Leben entstand? Und können Wissenschaftler Leben schaffen? Diese Fragen beschäftigen nicht nur die Köpfe von Wissenschaftlern, die sich für den Ursprung des Lebens interessieren, sondern auch Forscher, die mit Technologie der Zukunft arbeiten. Wenn wir künstliche Lebenssysteme schaffen können, können wir möglicherweise nicht nur den Ursprung des Lebens verstehen, sondern auch die Zukunft der Technologie revolutionieren.
Protozellen sind die einfachsten und primitivsten Lebenssysteme, an die Sie sich vorstellen können. Der älteste Vorfahr des Lebens auf der Erde war ein Protozell, und als wir sehen, was es schließlich geschafft hat, sich zu entwickeln, verstehen wir, warum die Wissenschaft von Protozellen so fasziniert ist. Wenn die Wissenschaft einen künstlichen Protozell schaffen kann, erhalten wir einen sehr grundlegenden Bestandteil, um ein fortgeschrittenes künstliches Leben zu schaffen.
Das Erstellen eines künstlichen Protozells ist jedoch alles andere als einfach, und bisher hat es niemand dazu geschafft. Eine der Herausforderungen besteht darin, die Informationen zu erstellen, die durch Zell -Nachkommen, einschließlich Protozellen, geerbt werden können. Solche Informationszeichenfolgen sind wie modernDNAoderRNASaiten, und sie werden benötigt, um den Zellstoffwechsel zu kontrollieren und die Zelle mit Anweisungen zur Trennung zu versorgen.
Wesentlich für das Leben
Wenn eine Tochterzelle nach einer Teilung leicht verändert hat (möglicherweise einen etwas schnelleren Stoffwechsel), ist es möglicherweise mehr geeignet, zu überleben. Daher kann es ausgewählt und eine Evolution begonnen werden.
Jetzt Forscher des Zentrums für fundamentale Lebensstechnologie (Flint), Abteilung für Physik, Chemie und Pharmazie, Universität von Southern Dänemark,Beschreiben Sie in der Zeitschrift Europhysics Letters, wie sie in einem virtuellen Computerexperiment Informationszeichenfolgen mit besonderen Eigenschaften entdeckt haben.
Professor und Leiter von Flint, Steen Rasmussen, sagt:
"Für Forscher, die mit künstlichem Leben arbeiten, sind Mechanismen zu finden, um Informationen zu schaffen."
Steen Rasmussen und seine Kollegen wissen, dass sie zwei Probleme haben:
Erstens werden lange molekulare Saiten in Wasser zersetzt. Dies bedeutet, dass lange Informationen schnell in Wasser „brechen“ und sich in viele kurze Saiten verwandeln. Daher ist es sehr schwierig, im Laufe der Zeit eine Bevölkerung langer Saiten aufrechtzuerhalten.
Zweitens ist es schwierig, diese Moleküle ohne die Verwendung moderner Enzyme wiederzugeben, während es einfacher ist, eine sogenannte Ligation zu erstellen. Eine Ligation besteht darin, eine beliebige Kombination von zwei kürzeren Zeichenfolgen in eine längere Saite zu verbinden, die durch eine andere längere Zeichenfolge unterstützt wird. Ligation ist der von den SDU -Forschern verwendete Mechanismus.
„In unserer Computersimulation - unser virtuelles molekulares Labor - begannen uns die Informationszeichenfolge wie erwartet schnell und effizient zu replizieren. Wir wurden jedoch getroffen, dass das System schnell eine gleiche Anzahl von kurzen und langen Informationsqualitäten entwickelte und ferner, dass eine starke Musterauswahl der Saiten auf den Saiten auftraten. Wir hatten es nicht programmiert.
Es ist wie die Gesellschaft
Laut Steen Rasmussen wurde im virtuellen Topf ein sogenanntes selbstorganisierendes autokatalytisches Netzwerk erstellt, in den er und seine Kollegen die Zutaten für Informationszeichenfolge gießen.
Ein autokatalytisches Netzwerk ist ein Netzwerk von Molekülen, das die Produktion des anderen katalysiert. Jedes Molekül kann durch mindestens einer chemischen Reaktion im Netzwerk gebildet werden, und jede Reaktion kann durch mindestens ein anderes Molekül im Netzwerk katalysiert werden. Dieser Prozess schafft ein Netzwerk, das eine primitive Form des Stoffwechsels und ein Informationssystem aufweist, das sich von Generation zu Generation repliziert.
„Ein autokatalytisches Netzwerk wirkt wie eine Gemeinschaft. Jedes Molekül ist ein Bürger, der mit anderen Bürgern interagiert, und zusammen helfen sie bei der Schaffung einer Gesellschaft“, erklärt Steen Rasmussen.
Dieser autokatalytische Satz entwickelte sich schnell zu einem Zustand, in dem Saiten aller Längen in gleichen Konzentrationen existierten, was normalerweise nicht gefunden wird. Darüber hinaus hatten die ausgewählten Saiten auffallend ähnliche Muster, was ebenfalls ungewöhnlich ist.
„Wir haben vielleicht einen Prozess entdeckt, der den Prozessen ähnelt, die ursprünglich das erste Leben ausgelöst haben. Wir wissen natürlich nicht, ob das Leben tatsächlich auf diese Weise geschaffen wurde - aber es hätte einer der Schritte gewesen sein können. Vielleicht hat ein ähnlicher Prozess ausreichend hohe Konzentrationen längerer Informationsketten erzeugt, als der erste Protozell erstellt wurde“, erklärt Steen Rasmussen.
Grundlage für neue Technologie
Die Mechanismen, die der Bildung und Auswahl effektiver Informationszeichenfolgen zugrunde liegen, sind nicht nur für die Forscher interessant, die daran arbeiten, Protozellen zu erstellen. Sie haben auch einen Mehrwert für Forscher, die mit der morgigen Technologie arbeiten, wie im Flint Center.
„Wir suchen nach Wegen, um Technologien zu entwickeln, die auf lebenden und lebensechten Prozessen basieren. Wenn wir erfolgreich sind, werden wir eine Welt haben, in der technologische Geräte sich selbst reparieren, neue Eigenschaften entwickeln und wiederverwendet werden können. Zum Beispiel ein Computer aus biologischen Materialien sorgt sehr unterschiedlich-und weniger umweltvertretend-Anforderungen an Produktion und Entsorgung“, sagt Steen Rasmussen.
Referenz: „Struktur und Selektion in einem autokatalytischen binären Polymermodell“ von Shinpei Tanaka1, Harold Fellermann und Steen Rasmussen, 14. Juli 2014,EPL.
Doi: 10.1209/0295-5075/107/28004
ARXIV: 1308.6158
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