Eine Teilmenge von Spezies und Reaktionen in einem chemischen Reaktionsnetzwerk, so dass jede Reaktion der Teilmenge von mindestens einer innerhalb der Teilmenge produzierten Spezies katalysiert wird und alle Spezies der Teilmenge aus einer festgelegten kleinen 'Nahrungs'-Menge mittels Reaktionen der Teilmenge erzeugbar sind — wodurch kollektives Selbst-Erhalten möglich wird.

Prinzip

Abschluss unter Katalyse und Produktion: die Menge ist katalytisch abgeschlossen (interne Katalysatoren) und generativ aus Grundinputs, sodass das Netzwerk seine Mitgliedsspezies aufrechterhalten und reproduzieren kann, ohne für jede Reaktion externe Katalysatoren zu benötigen.

Demonstration

Ein minimales Beispiel: mit Nahrungsmolekülen F, Reaktionen F→A (katalysiert von C), F→B (katalysiert von A), F→C (katalysiert von B). Die drei Spezies A,B,C katalysieren gegenseitig ihre Bildung und bilden so ein autocatalytisches System, das aus F anhaltende Produktion ermöglicht.

Fehlanwendung

Jegliche sich gegenseitig beschleunigenden Reaktionen als autocatalytisches System zu bezeichnen, ohne katalytischen Abschluss und Erzeugbarkeit aus der Nahrungsmenge zu prüfen, oder stöchiometrische/Ressourcen-Beschränkungen und kinetische Durchführbarkeit zu vernachlässigen.

Konsequenz

Sagt die Möglichkeit kollektiven Selbsterhalts, Wachstums und Resilienz in Reaktionsnetzwerken voraus; dient als formales Modell in Ursprungs-des-Lebens-Forschung und zum Verständnis der Organisation metabolischer Netzwerke.

Umkehrung

Ein offenes Netzwerk ohne katalytischen Abschluss kann sich nicht selbst erhalten: Ohne interne Katalysatoren oder Produzierbarkeits-Abschluss fallen Konzentrationen ab, sofern sie nicht extern aufrechterhalten werden, wodurch autonome Replikation des Systems ausgeschlossen ist.

Abgrenzung

Die Definition hängt vom gewählten Reaktionsschema und der Identifikation von Katalyse ab; schließt einfache einstufige Autokatalysen aus, sofern sie nicht die Abschluss- und Produzierbarkeitsbedingungen erfüllen; stochastische Effekte bei kleinen Kopienzahlen können deterministische Vorhersagen verhindern.

Semantische Spannung

Wird oft mit einzelreaktiver Autokatalyse (eine Spezies katalysiert ihre eigene Bildung) verwechselt — die Spannung besteht zwischen netzwerkweiser Abschlusskatalyse und gegenseitiger Katalyse versus einzelmolekularer Autokatalyse.

Synthese

Ein autocatalytisches System ist ein katalytisch abgeschlossenes, generatives Teilnetzwerk aus Reaktionen und Spezies, das seine Mitglieder kollektiv aus Grundinputs produzieren und erhalten kann und so einen formalen Mechanismus für emergenten Selbsterhalt in chemischen Netzwerken liefert.