Es handelt sich um ein System, das lebt, sich reproduziert, der natürlichen Selektion unterliegt und sterben kann. Ein Chemiker des Labors für Physik der ionischen und molekularen Wechselwirkungen hat ein Schema vorgeschlagen, in dem sich ein Molekül in einem energiegespeisten System verhält wie "die Welt der Lebewesen". Diese Arbeiten, veröffentlicht in
Chemistry - A European Journal, bieten eine neue Perspektive auf das Entstehen des Lebens.
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Seit dem Miller-Experiment von 1953, das zeigte, dass chemische Reaktionen der Ursprung des Lebens auf der Erde sein können, konzentriert sich ein Teil der Forschung darauf, mögliche Synthesewege unter den Bedingungen der frühen Umwelt unseres Planeten zu entdecken. Andere Wissenschaftler hingegen beschäftigen sich mit dem Verständnis dessen, was das Lebendige ausmacht.
Robert Pascal, emeritierter Forschungsdirektor am Labor für Physik der ionischen und molekularen Wechselwirkungen (CNRS/Universität Aix-Marseille), hat ein neues minimalistisch-theoretisches Modell für lebensähnliche Prozesse vorgeschlagen. In diesem System, das auf einfachen autokatalytischen Zyklen basiert, ermöglicht ein Energiezufluss, die thermodynamische Instabilität auszugleichen und eine kinetische Stabilität durch die Vervielfachung des ursprünglichen aktivierten Moleküls zu erreichen.
Dieses Schema beruht auf einem thermodynamisch aktivierten Molekül, das sich, sobald ihm Energie zugeführt wird, in eine zweite Verbindung umwandelt, die sich ihrerseits möglicherweise in eine dritte Verbindung umwandeln kann. Nach einem vollständigen Kreislauf führt der Zyklus zu zwei Exemplaren des Ausgangsmoleküls, was es ermöglicht, den Prozess fortzusetzen.
Das System ist somit in der Lage zu wachsen und sich zu reproduzieren. Ohne Energiezufuhr führt der Zerfall der aktivierten Spezies zu Nebenprodukten, die keinen vollständigen Zyklus ermöglichen: Das System "stirbt" endgültig und kann nicht neu gestartet werden.
Das Ausgangsmolekül R wird durch Energiezufuhr in R* aktiviert. R* erzeugt ein erstes aktiviertes Zwischenprodukt, I1*, das ein zweites Zwischenprodukt, I2*, erzeugt. Der Zerfall von I2* liefert mindestens zwei Exemplare von R*, was es dem Zyklus ermöglicht, zu wachsen und von vorne zu beginnen. Die Moleküle erneuern sich ständig, während das System stabil bleibt.
© Robert Pascal
Dieses theoretische Schema berücksichtigt auch andere Parameter des Lebendigen, wie die natürliche Selektion. Verschiedene Systeme können tatsächlich um dieselbe Energiequelle konkurrieren, wobei sich das effizienteste durchsetzt und die anderen aussterben. Zwar fehlt die Fähigkeit zur Anpassung und Variation eines genetischen Codes, doch könnte ein solches System vor diesem Prinzip entstanden sein.
Das Schema reproduziert somit das Verhalten von Lebewesen, die entstehen, wachsen, mit Artgenossen konkurrieren und sterben können. Dieses Modell hat auch den Vorteil, sich aus nur einem einzigen Exemplar einer sehr seltenen und instabilen chemischen Spezies inmitten eines molekularen Wirrwarrs aktivieren zu können. Die Fortsetzung dieser Arbeiten wird sich insbesondere darauf konzentrieren, chemische Verbindungen zu finden, die mit der ursprünglichen Umwelt kompatibel sind und in der Lage sind, dieses theoretische Schema nachzubilden.
Autor: MK
Referenzen:
R. Pascal. Evolutionary Abilities of Minimalistic Physicochemical Models of Life Processes.
Chem. Eur. J. 2024, 30, e20241780.
https://doi.org/10.1002/chem.202401780
https://exobiologie.fr/emergence-de-la-vie-vers-des-modeles-chimiques-minimaux/
Quelle: CNRS INC