在具有自我復(fù)制分子的系統(tǒng)中，該分子先前具有生長(zhǎng)，分裂和進(jìn)化的能力，格羅寧根大學(xué)的化學(xué)家現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致基本新陳代謝的催化能力。此外，他們將光敏染料連接到分子上，從而使他們能夠利用光能來(lái)促進(jìn)生長(zhǎng)。這些發(fā)現(xiàn)使人造生命更近了一步，這些發(fā)現(xiàn)同時(shí)發(fā)表在6月26日的《自然化學(xué)》和《自然催化》雜志上。

十年前，格羅寧根大學(xué)Stratingh化學(xué)研究所系統(tǒng)化學(xué)教授Sijbren Otto發(fā)現(xiàn)了一種自我復(fù)制的新機(jī)制：溶液中的含肽小分子形成環(huán)，然后形成環(huán)。當(dāng)堆棧中斷時(shí)，兩個(gè)半部分都開(kāi)始重新增長(zhǎng)。此外，堆疊的增長(zhǎng)耗盡了溶液中環(huán)的數(shù)量，這反過(guò)來(lái)又刺激了構(gòu)建基團(tuán)形成新的環(huán)。當(dāng)添加了不同的構(gòu)建基塊時(shí)，系統(tǒng)也可能“變異”。

驚人的發(fā)現(xiàn)

該系統(tǒng)自發(fā)產(chǎn)生，是人工原始生命的一種形式。奧托解釋說(shuō)：“生命的定義很復(fù)雜，但總的來(lái)說(shuō)，生命應(yīng)該具有三個(gè)基本屬性。”“第一個(gè)是復(fù)制，這在我們的系統(tǒng)中發(fā)生。第二個(gè)是新陳代謝，它應(yīng)該從環(huán)境中的物質(zhì)中創(chuàng)建構(gòu)造塊。第三個(gè)是分隔化，它使生物體與周圍環(huán)境分開(kāi)。”最后，這類生物應(yīng)具有第四種更高級(jí)的特性，即進(jìn)化和發(fā)明的能力。

奧托和他的團(tuán)隊(duì)著手改變分子，以增加催化能力。“但是，當(dāng)我們開(kāi)始該項(xiàng)目時(shí)，我們?nèi)〉昧梭@人的發(fā)現(xiàn)。不需要任何更改，該系統(tǒng)已經(jīng)顯示出催化作用;我們之前從未注意到這一點(diǎn)。”堆棧從由六個(gè)構(gòu)建塊組成的環(huán)中生長(zhǎng)出來(lái)。這些環(huán)是通過(guò)組合由三個(gè)或四個(gè)構(gòu)建塊組成的較小環(huán)的構(gòu)建塊而形成的。

演化

奧托說(shuō)：“事實(shí)證明，成堆的環(huán)催化較小的環(huán)的形成。”進(jìn)一步的分析表明，該反應(yīng)的催化作用需要存在兩個(gè)特定的氨基酸殘基(兩個(gè)賴氨酸殘基)。“既不是結(jié)構(gòu)單元也不是單獨(dú)的環(huán)都具有催化能力，但是堆棧都具有催化能力。因此，我們假定在這些堆棧中，這些賴氨酸殘基的3D構(gòu)型會(huì)起催化中心的作用，就像蛋白質(zhì)通過(guò)將氨基酸殘基以高度特定的順序排列。” Otto解釋說(shuō)。因此，在由于其自我復(fù)制能力而出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)中，氨基酸以可以充當(dāng)催化劑的方式組織。

煙囪還能夠進(jìn)行逆醛醇催化反應(yīng)，這是眾所周知的反應(yīng)，通常用于基準(zhǔn)催化劑設(shè)計(jì)工作。“有趣的是，我們的煙囪沒(méi)有設(shè)計(jì)成具有催化能力的，其效率與我們所知的最佳設(shè)計(jì)的催化劑一樣高。”發(fā)現(xiàn)相同的堆?？梢源呋瘍蓚€(gè)非常不同的反應(yīng)是很有趣的。許多酶都具有這種能力，這為進(jìn)化提供了開(kāi)發(fā)新事物的機(jī)會(huì)。

代謝

在第二項(xiàng)研究中，添加了光敏染料。“我的一名博士生Guille Monreal讀到，這種染料可以刺激淀粉樣肽中反應(yīng)性單線態(tài)氧的形成。由于反應(yīng)性氧驅(qū)動(dòng)環(huán)形成的重要步驟，他想知道這是否會(huì)加快環(huán)化反應(yīng)的速度。形成環(huán)。”發(fā)現(xiàn)兩種不同的染料在暴露于光線時(shí)確實(shí)加速了環(huán)的形成，但僅當(dāng)它們與疊層結(jié)合時(shí)才如此。奧托說(shuō)：“這些染料似乎是棧中的輔助因子，就像現(xiàn)代蛋白質(zhì)使用輔助因子進(jìn)行催化一樣。”當(dāng)與復(fù)制纖維結(jié)合時(shí)，染料可以利用光能產(chǎn)生反應(yīng)性單線態(tài)氧，從而增加新環(huán)的形成。

堆的自發(fā)催化作用和輔因子介導(dǎo)的催化作用都導(dǎo)致一種與復(fù)制有關(guān)的代謝。奧托解釋說(shuō)：“這還不是您在活生物體中看到的那種新陳代謝。”“在我們的系統(tǒng)中，催化作用只是加速了在沒(méi)有幫助的情況下緩慢發(fā)生的反應(yīng)。在生命中，新陳代謝也推動(dòng)了原本不會(huì)發(fā)生的反應(yīng)。”

人工生活

但是，奧托的人工系統(tǒng)既顯示了復(fù)制又顯示了新陳代謝的原始形式。“此外，從這一點(diǎn)來(lái)看，分隔是一個(gè)相對(duì)較小的步驟。”那么，他是否接近看到人造生命在試管中進(jìn)化?奧托承認(rèn)：“不完全是。”“這將要求系統(tǒng)具有開(kāi)放式的開(kāi)發(fā)能力，這意味著它可以開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中不存在的功能。而且，我們尚不清楚如何實(shí)現(xiàn)此功能。但是，我們的系統(tǒng)似乎是一個(gè)健全的體系。我們可能到達(dá)那里的基礎(chǔ)。”