Команда химиков из Гронингенского университета под руководством Гильермо Сантьяго Монреаля смогла создать произвольно образующуюся в водном растворе систему, способную к саморепликации и протометаболизму под действием солнечного света. Результаты своей работы они опубликовали в журнале Nature Chemistry. Создание и изучение подобных систем позволит глубже понять процессы, приведшие к возникновению первых живых клеток.
Возможность создания репликационных систем с метаболизмом уже изучали теоретически, но экспериментальных знаний пока недостаточно. Дело в том, что именно метаболические процессы позволяют репликаторам стабилизировать процесс своего самокопирования и увеличить его скорость. Сложность создания таких систем заключается в том, что системы должны запускать оба процесса (репликации и метаболизма) одновременно.
В своём эксперименте Монреаль решил использовать специальный репликатор. Он представлял собой макроцикл из шести органических молекул — структурных единиц, которые при окислении связывались друг с другом. Множество репликаторов могли самоорганизовываться в волокна, причем даже при низких концентрациях. Чтобы система проявляла поведение, подобное метаболизму живых существ, авторы снабдили репликаторы участками, поглощающими свет. В качестве фотоактивного кофактора применяли хромофоры: бенгальский розовый и тетрафенилпорфирин. Краситель с репликатором образовывали химическую связь, и возбуждение такой макромолекулы энергией света приводило к образованию синглетного кислорода, окислявшего тиольные группы реагентов для образования новых макроциклов репликатора.
Под действием энергии фотонов, с помощью этих органических участков, аналогичных кофакторам в биохимических процессах, макроциклы могли синтезировать прекурсоры для реакций самовоспроизведения. Данные химического анализа подтвердили, что основной реакцией при воздействии света на систему является окисление тиольных групп с образованием макроциклов, которые затем по автокаталитическим реакциям присоединялись к имеющимся структурам, их наращивая. Таким образом, созданная в рамках эксперимента система продолжала процесс репликации за счёт примитивного метаболизма.
По словам авторов, полученные результаты ещё далеки от метаболизма в прямом понимании этого слова, ведь в процессе энергия не накапливается. Тем не менее, сложно отрицать полезность эксперимента, ведь такой протометаболизм мог бы быть одним из промежуточных этапов на пути образования жизни.