Mentre gli organismi viventi mangiano, crescere, e autorigenerarsi, per tutto il tempo stanno morendo lentamente. Chimicamente parlando, questo perché la vita è termodinamicamente instabile, mentre i suoi ultimi prodotti di scarto sono in uno stato di equilibrio termico. È un pensiero un po' morboso, ma è anche una delle caratteristiche che accomuna tutte le forme di vita.

Ora in un nuovo studio, i ricercatori hanno creato un autoreplicatore che si autoassembla e contemporaneamente viene distrutto. Il sistema sintetico può aiutare i ricercatori a capire meglio cosa separa la materia biologica dalla materia chimica più semplice, e anche come creare vita sintetica in laboratorio.

I ricercatori, Ignacio Colomer, Sarah M. Morrow, e Stephen P. Fletcher, all'Università di Oxford, hanno pubblicato un articolo sull'auto-replicatore in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .

"La combinazione di formazione e distruzione del replicatore rende il sistema capace di una replicazione prolungata, che è qualcosa di cui solo i sistemi biologici sono attualmente in grado, e il sistema continua ad auto-riprodursi finché continui ad alimentarlo, " Fletcher ha detto Phys.org .

L'autoreplicatore è costituito da un sistema di piccole molecole composte da idrogeno e carbonio (idrocarburi). Inizialmente, il sistema contiene due tipi di idrocarburi, idrofobico (che respingono l'acqua) e idrofilico (che si dissolvono in acqua), che servono come materie prime o "cibo" per il sistema. I due tipi di idrocarburi sono separati da un'interfaccia, ma con l'aiuto di un catalizzatore di rutenio sono in grado di reagire attraverso l'interfaccia per formare un prodotto anfifilico, che ha proprietà sia idrofobe che idrofile.

Simile a come gli organismi viventi crescono e rigenerano nuove cellule, il prodotto anfifilico è un autocatalizzatore che ha la capacità di autoassemblarsi, aumentando così la sua concentrazione o "crescendo". Poiché il prodotto si autoassembla e continua a essere generato dalle materie prime fino all'esaurimento, la concentrazione del prodotto cresce in modo esponenziale, almeno per un po. Ma, come la vita, questo prodotto è termodinamicamente instabile, in modo che, mentre si crea il prodotto, si decompone anche in un prodotto di scarto termodinamicamente stabile. Una volta esaurite le materie prime, il tasso di decadimento supera il tasso di crescita, e alla fine l'intero sistema diventa prodotto di scarto, raggiungimento di uno stato di equilibrio termico.

I ricercatori hanno quindi aggiunto una svolta all'esperimento aggiungendo più materie prime al sistema dopo che inizialmente si erano esaurite. L'aggiunta di questo combustibile chimico ha provocato un temporaneo innalzamento del livello del prodotto anfifilico, sebbene anche il prodotto di scarto fosse ancora in fase di creazione. Quando i ricercatori hanno smesso di sostenere il sistema con materie prime, il prodotto autoassemblante è stato infine completamente distrutto.

Globale, la creazione di un autoreplicante, sistema fuori equilibrio che inevitabilmente si muove verso l'equilibrio termico fornisce un modello fisico per gli scienziati per studiare le stesse caratteristiche della vita. Nel futuro, questo può aiutare i ricercatori a capire come creare una vita minima in laboratorio.

"Fare vita sintetica semplicemente non è attualmente possibile, " ha detto Fletcher. "Credo che questo sia dovuto al fatto che ancora non capiamo esattamente cosa sia la vita, e sviluppare anche modelli primitivi di sistemi viventi è ancora impegnativo. La progettazione e lo studio di modelli sintetici, dove vengono utilizzati blocchi di costruzione relativamente semplici per realizzare sistemi funzionali complessi, è probabilmente necessario capire come far imitare il tipo di comportamento lontano dall'equilibrio visto nei sistemi viventi e consentire tentativi realistici di creare vita sintetica."

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