ENGINEERINGNET.BE - Onderzoekers van Rijksuniversiteit Groningen hebben zich gericht op een belangrijk aspect van leven: de Darwiniaanse evolutie.
Zij bestudeerden vezels die zijn opgebouwd uit zichzelf kopiërende ringen van twee verschillende groottes: 3-ringen en 6-ringen, gemaakt uit drie of zes monomeren.
Alle ringetjes bestaan uit dezelfde monomeren, waar ze met elkaar om concurreren’, aldus hoogleraar Sybren Otto. ‘We plaatsten dit systeem in een flow-cel waar we een oplossing van monomeren met een constante snelheid aan toevoegden. Tegelijkertijd haalden we een zelfde hoeveelheid vloeistof uit de cel.’ De onderzoekers zagen hoe de vezels zich voortplantten en evolueerden, door hun ringgrootte te veranderen.
In dit systeem overleven de replicatoren alleen wanneer de snelheid waarmee ze zich voortplanten groter is dan de snelheid waarmee ze uit de flow-cel worden afgevoerd.
De twee verschillende replicatoren groeiden met verschillende snelheid bij verschillende condities: de 3-ringen groeiden het snelst in een omgeving die sterk was geoxideerd, terwijl de 6-ring ging overheersen in een minder geoxideerde omgeving.
Otto: ‘We zagen dat de replicatoren konden muteren naar een andere ringgrootte als het niveau van oxidatie in de cel veranderde. Zo bleken de replicatoren in staat om zich aan te passen aan een veranderende omgeving.’
Dit systeem is verder ontwikkeld door de replicatoren het vermogen te geven om hun omgeving aan te passen als reactie op de aanwezigheid van licht. Bij zwak licht was er weinig oxidatie, zodat de 6-ringen konden domineren.
Bij sterk licht veroorzaakten de 6-ringen een sterkere oxidatie, waardoor ze hun eigen omgeving vergiftigden. Onder deze omstandigheden groeiden zij minder snel en namen de mutanten die bestonden uit 3-ringen het over.
‘Ons systeem vertoont een deel van de dynamiek die je ziet in levende systemen’, zegt Otto. ‘We hebben laten zien dat een soort natuurlijke selectie bepaalt welke replicator de overhand krijgt, en dat deze replicatoren hun omgeving kunnen veranderen. Dat heeft weer invloed op de evolutie van de replictoren.'
'Dit soort eco-evolutionaire dynamiek is heel gewoon in de biologie en het is nu duidelijk dat dit ook zo is in ons synthetische systeem.’ Otto noemt zijn systeem nog niet levend, want dan zou het nog meer kenmerken moeten vertonen, zoals compartimentalisatie van de replicatoren in een soort cel-achtige structuren.
‘Maar het is zeker interessant dat Darwiniaanse principes, die de hoeksteen zijn van de biologie, ook zijn te introduceren in ons synthetische systeem. We hadden al replicatie en stofwisseling, en nu ook nog een beperkte mate van Darwiniaanse evolutie’, zegt Otto.
‘We zijn benieuwd hoe ver we ons systeem kunnen ontwikkelen om meer tekenen van leven te vertonen.’ Een vergelijkbaar systeem zou ook de inventieve krachten van Darwiniaanse evolutie kunnen gebruiken om bijvoorbeeld nieuwe katalysatoren of materialen te ontwikkelen.
