Wielu z nas nie musi zbyt dużo myśleć, aby odróżnić istoty żywe od nieożywionych. Człowiek żyje, kamień nie. To takie proste! Jednak naukowcy i filozofowie nie wierzą, że takie proste rozróżnienie można ograniczyć, przepraszam za kalambury. Spędzili tysiące lat, próbując dowiedzieć się, co sprawia, że żyjemy. Wielkie umysły, od Arystotelesa po Carla Sagana, przedstawiły swoje wyjaśnienia - i nadal nie wymyśliły definicji, która zadowoliłaby wszystkich. W sensie dosłownym nie mamy jeszcze „sensu” życia.
Jeśli już, problem definiowania życia stał się jeszcze trudniejszy w ciągu ostatnich 100 lat. Aż do XIX wieku jednym z powszechnych poglądów było to, że życie ożywia się dzięki „iskierce życia”. Teraz, oczywiście, ten pomysł stracił na znaczeniu w środowisku akademickim. Jego miejsce zajęły bardziej naukowe podejścia. Na przykład NASA opisuje życie jako „samowystarczalny system chemiczny zdolny do darwinowskiej ewolucji”.
Ale próby NASA, aby zmiażdżyć życie jednym prostym opisem, to tylko jedna z wielu. Zaproponowano ponad 100 definicji życia, z których większość skupia się na kilku prostych atrybutach, takich jak replikacja i metabolizm.
Co gorsza, naukowcy z różnych dyscyplin mają różne pomysły na temat tego, co jest potrzebne do zdefiniowania czegoś żywego. Chemicy mówią, że życie sprowadza się do pewnych cząsteczek; fizycy omawiają termodynamikę.
Aby zrozumieć, dlaczego życie jest tak trudne do zdefiniowania, poznajmy niektórych naukowców, którzy pracują nad określeniem granic oddzielających istoty żyjące od nieożywionych.
Wirusolodzy: badanie szarej strefy na granicach życia, które znamy
W szkołach dzieci uczą się zapamiętywać siedem procesów, które rzekomo determinują życie: ruch, oddychanie, wrażliwość, wzrost, rozmnażanie, wydalanie i odżywianie.
Film promocyjny:
Chociaż jest to przydatny początek definiowania życia, nie kończy się na tym. Jest wiele rzeczy, które moglibyśmy zmieścić w tym pudełku i nazwać je żywymi. Niektóre kryształy, zakaźne białka - priony, a nawet niektóre programy komputerowe będą „żywe”, jeśli będziemy postępować zgodnie z tymi siedmioma zasadami.
Klasycznym przykładem z pogranicza są wirusy. „Nie są komórkami, nie mają metabolizmu i pozostają obojętne, dopóki nie napotkają komórek, więc wielu ludzi (w tym wielu naukowców) dochodzi do wniosku, że wirusy nie żyją” - mówi Patrick Forter, mikrobiolog z Instytutu Pasteura. w Paryżu, Francja.
Sam Forter uważa wirusy za żywe, ale przyznaje, że decyzja zależy od tego, gdzie zdecydujesz się ustawić punkt odcięcia.
Podczas gdy wirusom brakuje wielu rzeczy potrzebnych do wejścia do klubu życia, mają informacje zakodowane w DNA lub RNA. Jest to silny znak życia, który posiada każda żywa istota na planecie i który wskazuje, że wirusy mogą ewoluować i rozmnażać się - aczkolwiek poprzez rozbijanie żywych komórek i atakowanie ich.
Fakt, że wirusy - jak każde życie, które znamy - przenoszą DNA lub RNA, skłonił niektórych do myślenia, że wirusy powinny zająć miejsce w naszym drzewie życia. Inni ogólnie stwierdzili, że wirusy skrywają tajemnice samego wyglądu życia. A potem życie przestaje wydawać się czarno-białe i staje się raczej niejasnym rozmiarem z niezupełnie żywymi i niezupełnie martwymi granicami.
Niektórzy naukowcy przyjęli ten pomysł. Charakteryzują wirusy jako istniejące „na pograniczu chemii i życia”. A to nasuwa interesujące pytanie: kiedy chemia stała się czymś więcej niż sumą jej części?
Chemicy: przestudiuj przepis na życie
„Życie, które znamy, opiera się na polimerach węglowych” - mówi Jeffrey Bada z Scripps Institute of Oceanography w San Diego w Kalifornii. Z tych polimerów - mianowicie kwasów nukleinowych (cegiełek DNA), białek i polisacharydów - dosłownie wyrosła cała różnorodność życia.
Bada był uczniem Stanleya Millera, połowy duetu, który stał za eksperymentem Millera-Urey'a w latach pięćdziesiątych, jednym z pierwszych eksperymentów, które miały na celu ustalenie, jak życie powstało z nieożywionych chemikaliów. Od tamtej pory powrócił do tego słynnego eksperymentu i zademonstrował jeszcze większy zakres biologicznie odpowiednich cząsteczek, które powstają, gdy elektryczność przepływa przez mieszaninę chemikaliów, które, jak się uważa, istniały na pierwotnej Ziemi.
Ale te chemikalia nie są żywe. Dopiero gdy zaczną robić interesujące rzeczy, takie jak wydalanie lub zabijanie się nawzajem, przyzwalamy im ten zaszczyt. Czego potrzeba, by substancje ożyły? Bada ma całkiem interesującą odpowiedź.
„Niedoskonała replikacja cząsteczek informacyjnych mogłaby zwiastować pochodzenie życia i ewolucji, a tym samym spowodować przejście od chemii nieożywionej do biochemii. Początek replikacji, aw szczególności replikacji z błędami, oznaczał początek „potomstwa” o różnych zdolnościach. Te molekularne potomstwo mogłoby wtedy zacząć rywalizować między sobą o przetrwanie.
„Jest to zasadniczo ewolucja darwinowska na poziomie molekularnym” - mówi Bada.
Dla wielu chemików okazuje się, że replikacja - proces, który wirusy mogą wykonać tylko z komórkami biologicznymi - pomaga zdefiniować życie. Fakt, że cząsteczki informacyjne - DNA i RNA - zapewniają replikację, sugeruje, że są one również istotną cechą życia.
Jednak scharakteryzowanie życia tych konkretnych substancji chemicznych nie otwiera szerszego obrazu. Życie, które znamy, może potrzebować DNA lub RNA, ale co z życiem, którego jeszcze nie znamy?
Astrobiolodzy: polowanie na dziwnych kosmitów
Określenie natury obcego życia nie jest łatwe. Wielu naukowców, w tym Charles Cockell i współpracownicy z Centre for Astrobiology na Uniwersytecie w Edynburgu, wykorzystuje mikroorganizmy, które mogą przetrwać w ekstremalnych warunkach, jako próbki życia pozaziemskiego. Uważają, że życie gdzie indziej może toczyć się w bardzo różnych warunkach, ale najprawdopodobniej odziedziczy kluczowe cechy życia, jakie znamy z Ziemi.
„Musimy jednak mieć otwarty umysł na możliwość wykrycia czegoś, co jest całkowicie poza tą definicją” - mówi Cockell.
Nawet próba wykorzystania naszej wiedzy o życiu ziemskim, aby spróbować znaleźć kosmitów, może przynieść mieszane rezultaty. Na przykład NASA wierzyła, że wykonałaby dobrą robotę, definiując życie w 1976 roku, kiedy statek kosmiczny Viking 1 z powodzeniem wylądował na Marsie, wyposażony w trzy eksperymenty na całe życie. W szczególności jeden test wykazał, że na Marsie istniało życie: poziom dwutlenku węgla w marsjańskiej glebie był wysoki, co oznacza, że żyły w niej i oddychały mikroby.
Ale dwutlenek węgla obserwowany na Marsie jest obecnie powszechnie wyjaśniony przez znacznie mniej ekscytujące zjawisko niebiologicznych utleniających reakcji chemicznych.
Astrobiolodzy wyciągnęli wnioski z tych eksperymentów i zawęzili kryteria, których używają do znalezienia kosmitów - ale jak dotąd ich poszukiwania zakończyły się niepowodzeniem.
Jednak astrobiolodzy nie powinni zbytnio zawężać kryteriów wyszukiwania. Sagan uważał węglocentryczne poszukiwania kosmitów za „węglowy szowinizm”, wierząc, że takie podejście byłoby bardzo ograniczone.
„Ludzie zakładali, że obcy mogą być na bazie krzemu lub używać innych rozpuszczalników (nie wody)” - mówi Cockell. „Rozmawiali nawet o pozaziemskich inteligentnych organizmach chmurowych”.
W 2010 roku odkrycie bakterii z DNA zawierającym arsen zamiast standardowego fosforu zadziwiło wielu astrobiologów. Chociaż od tego czasu odkrycie to było wielokrotnie kwestionowane, wielu po cichu ma nadzieję, że życie nie będzie zgodne z klasycznymi zasadami. Jednocześnie niektórzy naukowcy pracują nad formami życia, które w ogóle nie są oparte na chemii.
Technologowie: buduj sztuczne życie
Kiedyś stworzenie sztucznego życia było całkowicie zdane na łaskę fantastyki naukowej. Teraz jest to pełnoprawna gałąź nauki.
Na razie nowe organizmy w laboratorium mogą tworzyć biologiczne, po prostu łącząc części dwóch lub więcej znanych form życia. Ale ten proces może być również bardziej abstrakcyjny.
Odkąd program komputerowy Tierra Thomasa Raya usiłował zademonstrować syntezę i ewolucję cyfrowych „form życia” w latach 90., naukowcy próbowali stworzyć programy komputerowe, które naprawdę imitują życie. Niektórzy nawet zaczynają tworzyć roboty o cechach przypominających życie.
„Ogólną ideą jest zrozumienie podstawowych właściwości wszystkich żywych systemów, a nie tylko tych, które zostały znalezione na Ziemi” - mówi ekspert ds. Sztucznego życia Mark Bedo z Reed College w Portland w stanie Oregon. „Jest to próba przyjęcia bardzo szerokiego spojrzenia na to, czym jest życie, podczas gdy biologia skupia się na rzeczywistych formach życia, które są nam znane”.
Oczywiście wielu badaczy sztucznego życia wykorzystuje wszystko, co wiemy o życiu na Ziemi, jako podstawę swoich badań. Bedo mówi, że naukowcy używają czegoś, co nazywają „modelem PMC” - programów (np. DNA), metabolizmu i pojemnika (np. Ścian komórkowych). „Należy zauważyć, że nie jest to ogólna definicja życia, tylko definicja minimalnej trwałości chemicznej” - wyjaśnia.
Pracując nad niechemicznymi formami życia, naukowcy próbują stworzyć oprogramowanie lub sprzętowe wersje komponentów PMC.
„Zasadniczo nie sądzę, że życie ma jasną definicję, ale musimy do czegoś dążyć” - mówi Steen Rasmussen, który pracuje nad sztucznym życiem na Uniwersytecie Południowej Danii w Odense. Grupy na całym świecie pracowały nad poszczególnymi komponentami modelu PMC, tworząc systemy, które demonstrują ten czy inny aspekt. Jak dotąd nikomu nie udało się złożyć tego wszystkiego razem w funkcjonującą formę syntetycznego życia.
„To proces odgórny, układanie kawałek po kawałku” - wyjaśnia.
Badania nad sztucznym życiem mogą też przynieść korzyści w szerszej skali, tworząc życie zupełnie nam obce. Takie badania pomagają nam udoskonalić naszą wiedzę o życiu. Ale jest za wcześnie, aby mówić o wynikach.
Filozofowie: próba rozwiązania zagadki życia
Cóż, nawet jeśli ci, którzy szukają - i próbują tworzyć - nowe życie nie martwią się o jego uniwersalną definicję, czy naukowcy powinni przestać martwić się redukcją wszystkich definicji do jednej? Tak sądzi Carol Cleland, filozof z University of Colorado w Boulder. Przynajmniej przez chwilę.
„Jeśli próbujesz uogólniać ssaki za pomocą zebry, którą cechę byś wybrał?” - pyta. „Na pewno nie jej piersi, bo je ma tylko połowa. Ich paski wydają się oczywistym wyborem, ale to tylko zbieg okoliczności. Nie to sprawia, że zebry są ssakami."
Tak samo jest z życiem. Może rzeczy, które uważamy za ważne, są tak naprawdę nieodłączne tylko w życiu na Ziemi. W końcu wszystko, od bakterii po lwy, pochodzi od jednego wspólnego przodka, co oznacza, że we wszechświecie nasze życie jest tylko jednym punktem danych.
Jak powiedział Sagan: „Człowiek ma tendencję do definiowania w kategoriach tego, co znane. Ale podstawowe prawdy mogą nie być znane”.
Dopóki nie odkryjemy i nie zbadamy alternatywnych form życia, nie możemy wiedzieć, które cechy ważne dla naszego życia są naprawdę uniwersalne. Tworzenie sztucznego życia może być sposobem na zbadanie alternatywnych form życia, ale przynajmniej na krótką metę nietrudno sobie wyobrazić, jak życie stworzone na komputerze wpłynie na nasze przekonania o żywych systemach.
Aby dokładniej zdefiniować życie, musimy znaleźć kosmitów.
Ironia polega na tym, że próba zdefiniowania życia, zanim je znajdziemy, może utrudnić ich znalezienie. Jakże tragiczne będzie, jeśli w latach dwudziestych XX wieku nowy łazik minie Marsjanina tylko dlatego, że nie rozpozna go jako żywej istoty.
Znalezienie definicji życia może przeszkodzić w znalezieniu nowego życia. Musimy odejść od naszej obecnej koncepcji i otworzyć się na odkrywanie życia, nawet jeśli go nie znamy lub go nie znamy.
ILYA KHEL