Synthetische moleculen gemaakt door Groningse onderzoekers kunnen niet alleen zichzelf repliceren, ze blijken ook te diversifiëren in onderscheidbare soorten. Dat observeerden de onderzoekers nadat ze hun moleculen twee verschillende soorten bouwstenen hadden aangeboden. Ze beschrijven hun resultaten in Nature Chemistry van 4 januari.
De Groningers werken al enkele jaren aan de nu beschreven moleculen, vertelt onderzoeksleider Sijbren Otto. ‘Het zijn ringvormige moleculen die zichzelf vormen uit kleine, synthetische peptiden. Er zijn ringen van zes, zeven en acht peptiden.’ De in ringen gebonden peptiden hebben ook nog een vrije staart die kan binden aan een andere staart. ‘Als in de soep van ringgroottes twee ringen van dezelfde maat op elkaar terecht komen, kunnen ze aan elkaar binden en stapels gaan vormen.’ Deze stapels kunnen daarnaast vrije peptiden uit de oplossing aan zich binden tot nieuwe ringen. Deze alsmaar groeiende stapels breken soms in tweeën, waarmee ze zichzelf gedeeld hebben en dus te beschouwen zijn als replicators.
Voeding
Otto: ‘Tot voor kort gaven we de stapels maar één soort peptiden als bouwstenen, of voeding, als je het zo wil noemen. Voor dit onderzoek hebben we nog een andere bouwsteen toegevoegd, die net iets anders is. Dat bleek onmiddellijk hele interessante dingen op te leveren.’
De eerste observatie, vertelt hij, was dat de stapels aanvankelijk een sterke voorkeur hebben voor een van beide type bouwstenen. Otto: ‘Die is dus net wat beter dan de andere, maar ze lijken verder erg op elkaar. Maar: de ringen hebben wel een zekere tolerantie voor het andere type bouwsteen. Een 6-ring kan dus volledig worden opgebouwd uit het ene type, zeg A’s, of tot maximaal drie B’s.’
Hierdoor ontstaan ringen met verschillende aantallen A’s en B’s erin, vervolgt Otto. ‘Je krijgt stapels ringen waarvan elke ring een kopie lijkt van de laatste ring, maar dat is dus niet altijd zo.’ Tot verrassing van de onderzoekers zagen ze dat in hun mengsel na enkele dagen van de eerste soort replicators een tweede soort afsplitsen. Die bestaat vooral uit bouwstenen van type B, maar heeft wel een tolerantie voor type A.
‘Het zou me niet verbazen wanneer we de vervolgstap gaan zien’
Otto: ‘We zijn gaan kijken welke mutanten van belang zijn voor het ontstaan van deze tweede soort. Dat blijken bij 6-ringen vooral ringen met drie A’s en drie B’s te zijn, en minder ringen van twee A’s en vier B’s. Die vormen uiteindelijk de nieuwe soort.’ In hun artikel vatten de onderzoekers de nieuwe situatie samen als twee replicatorsets die verschillende voedselniches in een systeem innemen. Het klinkt al heel biologisch, maar natuurlijk is nog niet aan alle voorwaarden van evolutie voldaan, stelt Otto. ‘Er is bijvoorbeeld nog geen selectie. Daarom willen we dood gaan introduceren in het systeem, door wat voedsel toe te voegen en replicators weg te halen. Dan kan de replicator zich weer aanpassen aan de omstandigheden.’ Wanneer dat gebeurt kan hij niet voorspellen.
‘Maar toen we de eerste replicator hadden gevonden bleek die er in eerdere experimenten ook al geweest te zijn.’ Veranderingen zijn dus niet extreem zeldzaam. ‘Het zou me niet verbazen wanneer we de vervolgstap gaan zien.’
Het grote doel, zegt hij, is iets volledig synthetisch te maken wat leven is. ‘Dan loop je natuurlijk direct tegen het probleem aan dat daar geen goede definitie voor bestaat. Wat mij betreft is dat ook niet het belangrijkst. We gaan nu een grijs gebied in waarin we bepaalde signaturen van leven gaan herkennen en misschien richting een primitieve levende cel gaan.’