A) Beginsituatie
B) Door de reacties komt de vloeistof in beweging en bewegen de capsules naar de ‘enzymvlek’ (vierkantje)
C) Het reagens is op. De capsules hebben zich merendeels verzameld rond de ‘enzymvlek’ (afb: ScienceAdvances)
Over hoe het leven ooit ontstaan is wordt veel gespeculeerd, maar vooralsnog lijkt dé oplossing niet gevonden te zijn. Onderzoekers van de universiteit van Pittsburg (VS) hebben nu aan de hand van een rekenmodel ‘gezien’ hoe enzymatische reacties beweging en organisatie in microcapsules kunnen sturen. Zo zou het in de eerste voorlopers van de levende cellen kunnen zijn geweest. Het gaat om eenvoudige scheikundige en natuurkundige processen die niet gebonden zijn aan de complexe wetten van de biologie, maar van zelfassemblage en zelforganisatie.
De microcapsules van 10 tot 50 µm, ongeveer de grootte van cellen, bestonden uit een schil gevuld met een vloeistof met waterperoxide die in een beker met vloeistof zaten. Dat waterstofperoxide lekte langzaam naar buiten. Waterstofperoxide fungeerde als reagens voor enzymen op de bodem van het bekerglas. Door de reactie ontstond warmte en werd de vloeistofdichtheid lager, waardoor die vloeistof in beweging kwam en naar de ruimte boven de ‘enzymvlek’ bewogen. Als als het reagens was wegereageerd, bleven de capsules boven de enzymvlek hangen.
Volgens onderzoekster Anna Balazs, die zich bezig had gehouden met het bouwen van een rekenmodel op basis van proeven die eerder door Ayusman Sen van de universiteit van Pennsylvania waren gedaan, noemt de studie vrij uniek. “Ayusman was de eerste die besefte dat je zo met eenvoudige enzymreacties chemische energie kan omzetten in vloeistofbeweging. Wij gebruikten dat mechanisme om het samenscholen van microcapsules te sturen.”
Volgens Sen maakt de prachtige eenvoud het aannemelijk dat het ‘in den beginne’ zo (ongeveer) gegaan moet zijn: een beschermende schil rond vloeistof met simpele verbindingen die zich verzamelden tot kolonies. “Noch een protocel, noch microcapsules bevatten ingewikkelde biologie. Het is een poreuze houder, waardoor moleculen naar binnen en buiten kunnen diffunderen. Zo zouden protocellen hebben kunnen communiceren en groepjes kunnen vormen en zich zo later hebben kunnen ontwikkelen to meercellige organismen.”
Balazs en de haren slaagden er met hun rekenmodel in de ‘samenscholing’ te sturen door de verdeling van de enzymen op de bodem van het vat met capsules te variëren. Het aantal en de afmeting van de capsules bepaalden de hoeveelheid ‘brandstof’ en daarmee de snelheid. Dat betekent dat je de zelforganisatie van de bolletjes kunt sturen zonder externe stimuli. De dichtheidsverandering van de vloeistof waarin de capsules zijn ondergedompeld zorgt voor de verplaatsing en de vorming van ‘kolonies’. Daar is geen magnetisme of elektriciteit voor nodig, alleen zwaartekracht.
Volgens Balasz is dat een manier om deeltjes in een vloeistof te manipuleren. Met verschillende reagentia en katalysatoren zou je bepaalde bewegingspatronen kunnen verkrijgen. Zo zou je bijvoorbeeld (echte) cellen kunnen sorteren of grote zelf ontworpen structuren kunnen maken van kleinere bouwstenen, net als bij het echte ontstaan van leven. Zo kan onderzoek naar het ontstaan van leven nog praktisch nut hebben ook…
Bron: eScience News