Un ricercatore di Harvard alla ricerca di un modello per le prime cellule ha creato un sistema che si autoassembla da una zuppa chimica in strutture simili a cellule che crescono, muoversi in risposta alla luce, replicare quando distrutto, e mostrano segni di selezione evolutiva rudimentale.

Mentre il sistema, sviluppato dal ricercatore senior Juan Pérez-Mercader, imita quello che si potrebbe concepire come un comportamento cellulare precoce, un avvertimento importante è che il suo componente principale è una molecola che non si trova tipicamente negli esseri viventi.

Pérez-Mercader ha detto che è un progetto. Un fisico di formazione, Pérez-Mercader ha avviato il lavoro per dare seguito a un articolo che ha scritto nel 2003 discutendo modelli matematici per alcune delle proprietà di base della vita. Il recente lavoro, descritto nella rivista ad accesso libero Rapporti scientifici , è un tentativo di usare la chimica per tradurre quei modelli matematici nel mondo reale, Egli ha detto.

"Sto cercando di costruire qualcosa che imiti la vita in un modo completamente artificiale, " Disse Pérez-Mercader.

Pérez-Mercader è venuto ad Harvard per unirsi all'iniziativa Origins of Life, uno sforzo a livello universitario che coinvolge ricercatori in tutte le scuole e le discipline. Il lavoro spazia dalle indagini sui processi ancora oscuri attraverso i quali la vita è sorta per la prima volta allo studio di esopianeti lontani dalla Terra.

La vita ha quattro attributi principali, ha detto Pérez-Mercader. Memorizza, comunica, usi, e replica le informazioni, come nei dati contenuti nel DNA. Ha un metabolismo che gli permette di creare le proprie parti. È in grado di auto-replicarsi. Ed è in grado di evolversi.

"La vita... fa tutte quelle cose basandosi sulla chimica. Se c'è una chimica che fa tutto quanto sopra, e non è la biochimica conosciuta, lo stiamo cercando in alto e in basso, " Egli ha detto.

La capacità di separarsi dall'ambiente circostante è una componente fondamentale di qualsiasi sistema vivente, ha detto Pérez-Mercader. Ciò consente alla chimica della vita di avvenire in una struttura incapsulata, che gli impedisce di diffondersi nell'ambiente circostante. Il lavoro di altri ricercatori in questo settore ha incluso la creazione di cellule rudimentali tramite molecole di grasso, che vengono utilizzati nella costruzione delle cellule dagli esseri viventi. Pérez-Mercader ha cercato di ridurre il processo all'essenziale per comprendere meglio le basi.

"Devi avere qualcosa che generi quella compartimentazione. Quindi abbiamo detto:'Possiamo costruire il compartimento in modo semplice?'", ha detto Pérez-Mercader.

Per creare il sistema, Pérez-Mercader ha lavorato con Anders Albertsen, socio del Dipartimento di Scienze della Terra e del Pianeta, e Jan Szymanski, un ex borsista post-dottorato ad Harvard, per creare una zuppa chimica composta da metacrilato di 2-idrossipropile. Hanno aggiunto rutenio, un metallo fotosensibile, per far sì che la molecola risponda alla luce. La molecola modificata tende a legarsi con le altre in lunghe catene ripetute chiamate polimeri, con un'estremità che respinge l'acqua e l'altra che la attira. Questa interazione con l'acqua fa sì che i polimeri si allineino, e infine formare vescicole.

Il sistema è attivato dalla luce blu. Nel corso di diverse ore di esposizione, i monomeri si uniscono per formare polimeri, e i polimeri si allineano per formare vescicole sferiche, con alcuni che si avvicinano alle dimensioni delle cellule naturali. Crescono per osmosi fino a scoppiare e poi ricominciano a crescere.

"Entro cinque ore la miscela cambia, " Ha detto Pérez-Mercader. "In sei ore diventa torbido. Dalla miscela omogenea sviluppare questi contenitori. I contenitori implodono e ricrescono, cominciano a fare queste cose molto interessanti."

Il comportamento rigenerativo è ciò che ha portato Pérez-Mercader alla descrizione "vescicole di fenice, "dopo il mitico uccello che bruciò nel suo nido e nacque di nuovo.

Oltre alla capacità di formarsi spontaneamente e replicarsi, le vescicole sono attratte dalla luce, e tendono a raggrupparsi vicino alla fonte di luce. Col tempo, vescicole più grandi dominano la popolazione, Perez-Mercader ha detto, indicando che è in atto una forma di selezione.

A parte ogni potenziale lezione sui primi anni di vita, Pérez-Mercader ha affermato che i risultati potrebbero essere utili per creare un sistema di consegna autoassemblante nell'industria. Ha detto che ha intenzione di continuare il lavoro con vescicole più complesse e di includere al loro interno un po' di chimica attiva.

"Le implicazioni per le origini della vita sono per me molto interessanti, anche se devono ancora essere esplorati, " Egli ha detto.

Questa storia è pubblicata per gentile concessione della Harvard Gazette, Il giornale ufficiale dell'Università di Harvard. Per ulteriori notizie universitarie, visita Harvard.edu.