Американські біологи зібрали зі стовбурових клітин жаби кластери, які здатні практично до нескінченного самокопіювання. Кластер у формі сфероїду з розрізом (зовні він нагадує Пакмана) згрібає одиночні стовбурові клітини в новий кластер такої ж форми, який через п'ять днів може теж почати збирати з окремих клітин власні копії. Раніше такий спосіб самокопіювання і самоорганізації в клітинних системах не спостерігали, пишуть вчені в.
Здатність до самовідтворення - одна з ключових властивостей будь-якої живої системи. Процеси створення копій (або аналогів) цілого організму, окремої клітини або навіть молекули необхідні для виживання виду або окремої особи. На рівні організмів і клітин принцип самовідтворення - вирощування собі подібної системи під контролем батьківського організму, при цьому стадії розвитку дочірнього організму відточуються в ході еволюції. Самовідтворення на рівні окремих молекул відбувається інакше: це повне копіювання хімічної та просторової структури. Копіювання - значно швидший і гнучкіший процес, і для окремих молекул його провести порівняно просто, але ось на рівні складних клітинних структур в природі не спостерігається.
Американські біологи під керівництвом Сема Крігмана (Sam Kriegman) з Університету Тафтса виявили, що і клітинні кластери можуть виробляти власні копії, просто збираючи окремі клітини в подібну собі структуру. Щоб показати реалістичність такого способу, вчені використовували стовбурові клітини з бластули гладкої шпорцевої жаби (). Якщо взяти стовбурові клітини з анімального полюса зародка, то в солоному водному розчині при температурі 14 градусів Цельсія вони за п'ять діб природним чином розвиваються до сфероїдних кластерів з приблизно трьох тисяч клітин. Всередині цих кластерів опиняються клітини епідермісу, а на поверхні - клітини мерехтливого епітелію, завдяки яким кластер може активно рухатися.
Вчені виявили, що якщо ці клітинні сфероїди потрапляють у середовище, в якому багато одиночних стовбурових клітин, то активно рухаючись в ній, кластери можуть «згрібати» окремі кластери в нові кластери другого покоління, які через п'ять днів виростають до сфероїдів з аналогічною структурою.
Якщо кластери другого покоління відокремити від батьківських кластерів і теж помістити в середовище з великою кількістю одиночних стовбурових клітин, то вони точно так само за рахунок випадкового активного руху збирають ці кластери в нові кластери. Однак через одне або два покоління здатність до самокопіювання втрачається - або через порушення форми, або через зміну траєкторій руху.
Щоб збільшити число поколінь, через яке кластери втрачають здатність створювати власні копії, вчені використовували комп'ютерне моделювання. Виявилося, що для відтворюваності досить трохи модифікувати форму кластера, зробивши в сфероїді поглиблення або отвору. Перевіривши безліч різних можливих форм за допомогою еволюційного алгоритму, що описує почесні масиви частинок, вчені знайшли форму, яка дозволяє самокопіюватися практично до нескінченності. Кластер, що нагадує за формою Пакмана, згрібає клітини в собі подібні структури, які потім через п'ять днів можуть робити те ж саме.
Вчені зазначають, що запропонований ними механізм самокопіювання не вимагає ніякої генної модифікації та додаткового контролю хімічних взаємодій - це суто кінематичний механізм у кластерах зі звичайних стовбурових клітин. За рахунок цього можна копіювати кластери з дуже широким розкидом за розмірами. За словами дослідників, результати їхньої роботи дозволяють краще зрозуміти, в яких умовах в живих організмах взагалі можливе самовідтворення, а також можуть виявитися корисними і для створення аналогічних штучних систем.
Для органічних молекул самокопіювання - більш природний процес, ніж для клітинних структур, але і його досягти досить складно. Наприклад, щоб створити систему, всередині якої можливе самокопіювання ротаксана, хімікам довелося робити суміш з шаблону і декількох реагентів для збирання, в якій відбувалося одночасно чотири типи реакцій. А інша група вчених створила систему, в якій самореплікація волокон відбувається під дією світла. За словами вчених, одна з цілей таких робіт - хімічне моделювання протометаболізму і створення протоклітини.