Czym jest życie? Przez większość XX wieku ten problem nie dotyczył biologów. Życie to określenie dla poetów, a nie naukowców, powiedział w 2008 roku biolog syntetyczny Andrew Ellington, który rozpoczął swoją karierę od zbadania, jak zaczęło się życie. Wbrew słowom Ellingtona, pokrewne obszary pochodzenia życia i badania astrobiologiczne ponownie skupiły się na sensie życia. Aby rozpoznać inną formę, jaką życie mogło przybrać cztery miliardy lat temu, lub formę, którą mogło przybrać na innych planetach, naukowcy muszą zrozumieć, czym właściwie jest to, co ożywia.
Jednak życie jest ruchomym celem, jak filozofowie od dawna zauważają. Arystoteles uważał „życie” i „życie” za różne koncepcje - to ostatnie w jego przypadku było zbiorem istniejących stworzeń zamieszkujących nasz świat, takich jak psy, sąsiedzi i bakterie na skórze. Aby poznać życie, musimy zbadać żyjących; ale życie zawsze się zmienia w czasie i przestrzeni. Próbując zdefiniować życie, musimy wziąć pod uwagę życie, które znamy i którego nie znamy. Według Pierre'a Luigiego Luisiego, badacza pochodzenia życia z Uniwersytetu Roma Tre, istnieje życie takie, jakie jest teraz, takie, jakie mogłoby być, i takie, jakie było kiedyś. Kategorie te wskazują na dylemat, do którego podążali średniowieczni filozofowie mistyczni. Życie, jak zauważyli, zawsze jest czymś więcej niż życiem iz tego powodu paradoksalnienigdy nie będzie dostępny dla żywych. Z powodu tej przepaści między prawdziwym życiem a życiem możliwym, wiele definicji życia koncentruje się na jego zdolności do zmiany i ewolucji, zamiast ograniczać się do definiowania stałych właściwości życia.
Czy w laboratorium można stworzyć życie?
Na początku lat 90., doradzając NASA w zakresie możliwości życia na innych planetach, biolog Gerald Joyce, obecnie pracujący w Salk Institute for Biological Research w Kalifornii, pomógł opracować jedną z najczęściej używanych definicji życia. Znana jest jako chemiczna definicja darwinowska: „Życie jest samowystarczalnym systemem chemicznym zdolnym do darwinowskiej ewolucji”. W 2009 roku, po dziesięcioleciach pracy, grupa Joyce'a opublikowała artykuł opisujący cząsteczkę RNA zdolną do katalizowania własnej reakcji syntezy w celu tworzenia większej liczby własnych kopii. Ten układ chemiczny spełniał definicję życia Joyce'a. Ale nikt nie odważył się nazywać jej żywą. Problem w tym, że nie robiła nic nowego ani niezwykłego.
„Pewnego dnia genom ten będzie mógł zaskoczyć swojego twórcę słowem - sztuczką lub nowym krokiem w grze o życie - którego nie spodziewa się usłyszeć” - napisał o stworzeniu New York Times. „Gdyby to się stało, gdyby przydarzyło się to mnie, byłbym szczęśliwy” - mówi dr Joyce. I dodaje: „Nie ośmielam się twierdzić, ale żyje”.
Joyce próbuje zrozumieć życie, tworząc w laboratorium proste systemy życia. W tym procesie on i inni biologowie syntetyczni ucieleśniają nowe gatunki życia w żywej formie. Każda próba syntezy nowych form życia wskazuje na to, że istnieje o wiele więcej, być może nieskończenie więcej, możliwych form życia. Biolodzy syntetyczni mogą zmienić sposób, w jaki rozwija się życie lub umiejętności, które się rozwija. Ich praca rodzi nowe pytania dotyczące ewolucyjnej definicji życia. Jak sklasyfikować życie, które się zmieniło, które stało się produktem ewolucyjnego punktu krytycznego, produktem zerwania ewolucyjnego łańcucha?
Historia biologii syntetycznej sięga 1977 roku, kiedy Drew Andy, jeden z założycieli biologii syntetycznej, a obecnie profesor bioinżynierii na Uniwersytecie Stanforda w Kalifornii, próbował stworzyć obliczeniowy model najprostszej formy życia, jaką udało mu się znaleźć: bakteriofaga T7, wirusa, który zakaża bakterie. colibacillus. Kryształowa głowa na zakrzywionych nogach tego wirusa jest jak lądownik, który ląduje na Księżycu i chwyta nosiciela bakterii. Ten bakteriofag jest tak prosty, że według niektórych definicji nie można go nawet nazwać żywym. (Podobnie jak wszystkie wirusy, reprodukcja opiera się na inżynierii molekularnej komórki gospodarza). Bakteriofag T7 ma w sumie 56 genów, a Andy pomyślał, że możliwe byłoby stworzenie modelu, który uwzględni każdą część faga i sposób, w jaki te części ze sobą współpracują:idealna reprezentacja, która przewiduje, jak fag zmieni się, jeśli jeden z tych genów zostanie usunięty lub usunięty.
Film promocyjny:
Andy zbudował serię mutantów bakteriofagów T7, systematycznie wybijając geny lub zmieniając ich lokalizację w maleńkim genomie T7. Ale zmutowane fagi pasują do modelu przez bardzo krótki czas. Zmiana, która powinna była doprowadzić do ich osłabienia, doprowadziła do tego, że ich potomstwo rozrywało komórki E. coli dwukrotnie szybciej niż wcześniej. Nie udało się. W końcu Andy zdał sobie sprawę, że „jeśli chcemy modelować świat przyrody, musimy przepisać świat przyrody tak, aby był symulowany”. Zamiast szukać lepszej mapy, zmień terytorium. W ten sposób narodziła się dziedzina biologii syntetycznej. Zapożyczając metody z programowania, Andy zaczął „refaktoryzować” genom bakteriofaga T7. Stworzył bakteriofaga T7.1, formę życia zaprojektowaną tak, aby była łatwiejsza do interpretacji dla ludzkiego umysłu.
Fag T7.1 jest przykładem tak zwanego życia ponad-darwinowskiego: życia, które zawdzięcza swoje istnienie projektowi człowieka, a nie doborowi naturalnemu. Bioinżynierowie, tacy jak Andy, postrzegają życie na dwa sposoby: z jednej strony jako strukturę fizyczną, az drugiej jako strukturę informacyjną. W teorii idealna reprezentacja życia powinna aktywować niewidzialne przejście między informacją a materią, projektem i realizacją: zmiana kilku liter DNA na ekranie komputera, wydrukowanie organizmu zgodnie z twoim projektem. Przy takim podejściu ewolucja grozi zepsuciem projektu inżyniera. Zachowanie projektu biologicznego może wymagać, aby zamierzony organizm nie mógł się rozmnażać ani ewoluować.
Wręcz przeciwnie, pragnienie Joyce'a, by dać się zaskoczyć swoim cząsteczkom, sugeruje, że zdolność do otwarcia ewolucji - „zaradna, wszechmocna, nieograniczona” - jest najważniejszym kryterium życia. Zgodnie z tą ideą, Joyce definiuje teraz życie jako system genetyczny, który zawiera więcej bitów informacji niż liczba potrzebna do jego uruchomienia. Ale zgodnie z tą definicją, jeśli weźmiemy dwa identyczne systemy o różnych historiach - jeden zaprojektowany, a drugi opracowany - tylko ten ostatni zostanie uznany za żywy; racjonalnie zaprojektowany system, niezależnie od stopnia złożoności, będzie po prostu „technologicznym artefaktem”.
Projekt i ewolucja nie zawsze są przeciwne. Wiele projektów z zakresu biologii syntetycznej wykorzystuje połączenie racjonalnego projektowania i ukierunkowanej ewolucji: konstruują oni mnóstwo zmutowanych komórek - w różnych wersjach - i wybierają najlepszą. Chociaż nowy pogląd Joyce'a na życie obejmuje ewolucję, wymaga również nagłego pojawienia się, a nie długiego rozwoju darwinowskiego. Wyłaniające się życie wpisuje się w kulturę nagłych innowacji, do których pomysłów należy magiczny wygląd pracującego pąka z drukarki 3D. Projektowanie i ewolucja są również kompatybilne, jeśli bioinżynierowie postrzegają różnorodność genetyczną jako skarbnicę elementów projektu dla przyszłych form życia.
Dla niektórych biologów syntetycznych droga do tego, co mistycy nazywają życiem poza życiem - która wykracza poza życie, jakie znamy - prowadzi przez inżynierię biologiczną. Andy opisuje swoje powołanie w kategoriach chęci wniesienia wkładu w życie, zrodzenia nowych rodzajów „niesamowitych modeli, które będą się rozwijać i istnieć”. Joyce przeciwstawia życie i technologię fundamentalnej termodynamicznej tendencji do nieporządku i rozkładu. Jakie nowe formy otrzyma życie? Czas pokaże.
Ilya Khel
