Kas yra gyvenimas? Šis klausimas beveik nebuvo susijęs su biologais beveik XX a. Gyvenimas yra terminas poetams, o ne mokslininkams, - sakė sintetinis biologas Andrew Ellingtonas, kuris savo karjerą pradėjo tyrinėdamas, kaip prasidėjo gyvenimas, 2008 m. Nepaisant Ellingtono žodžių, susijusios gyvenimo kilmės sritys ir astrobiologijos tyrimai atnaujino jų dėmesį gyvenimo prasmei. Norėdami atpažinti kitą formą, kurią gyvybė galėjo įgyti prieš keturis milijardus metų, arba formą, kurią ji galėjo įgyti kitose planetose, mokslininkai turi suprasti, kas iš tikrųjų daro kažką gyvą.
Tačiau gyvenimas, kaip seniai pastebėjo filosofai, yra judantis taikinys. Aristotelis „gyvenimą“ir „gyvenimą“laikė skirtingomis sąvokomis - pastaroji, jo atveju, buvo egzistuojančių būtybių, gyvenančių mūsų pasaulyje, pavyzdžiui, šunų, kaimynų ir ant odos esančių bakterijų, kolekcija. Norėdami pažinti gyvenimą, turime ištirti gyvuosius; bet gyvenimas visada keičiasi erdvėje ir laike. Bandydami apibrėžti gyvenimą, turime atsižvelgti į gyvenimą, kurį žinome ir ko nežinome. Anot gyvybės tyrinėtojo Pierre'o Luigi Luisi'o iš „Roma Tre“universiteto, egzistuoja gyvenimas, toks, koks yra dabar, gyvenimas, koks tik gali būti, ir gyvenimas, koks yra kadaise. Šios kategorijos nurodo dilemą, kurią sprendė viduramžių mistiniai filosofai. Gyvenimas, kaip jie pastebėjo, visada yra daug daugiau nei gyvenimas, ir dėl šios priežasties, paradoksalu,ji niekada nebus prieinama gyviesiems. Dėl šio atotrūkio tarp tikrojo ir galimo gyvenimo daugelis gyvenimo apibrėžimų sutelkia dėmesį į jo sugebėjimą keistis ir vystytis, užuot apsiriboję fiksuotų gyvenimo savybių apibrėžimu.
- „Salik.biz“
Ar galima gyvenimą sukurti laboratorijoje?
Dešimtojo dešimtmečio pradžioje konsultuodamas NASA apie gyvenimo galimybes kitose planetose, biologas Geraldas Joyce'as, šiuo metu dirbantis Salko biologinių tyrimų institute Kalifornijoje, padėjo sukurti vieną iš plačiausiai naudojamų gyvenimo apibrėžimų. Jis žinomas kaip cheminis darviniečių apibrėžimas: „Gyvenimas yra savarankiška cheminė sistema, galinti vystytis darvinizmo evoliucijai“. 2009 m., Po dešimtmečių darbo, Joyce'o grupė paskelbė dokumentą, kuriame aprašyta RNR molekulė, galinti katalizuoti savo sintezės reakciją, kad būtų sukurta daugiau savų kopijų. Ši cheminė sistema patenkino Joyce gyvenimo apibrėžimą. Tačiau niekas neišdrįso jos vadinti gyva. Problema ta, kad ji nepadarė nieko naujo ar neįprasto.
„Vieną dieną šis genomas galės nustebinti savo kūrėją tokiu žodžiu - triukas ar naujas žingsnis beveik viso gyvenimo žaidime, kurio jis nesitiki išgirsti“, - apie kūrinį rašė „New York Times“. „Jei atsitiks, jei atsitiks man, būčiau laiminga“, - sako gydytoja Joyce. Ir priduria: „Aš nemanau, kad tvirtinu, bet jis gyvas“.
Joyce bando suprasti gyvenimą generuodama paprastas gyvenimo sistemas laboratorijoje. Procese jis ir kiti sintetiniai biologai gyvąja forma įkūnija naujas gyvybės rūšis. Kiekvienas bandymas susintetinti naujas gyvybės formas atkreipia dėmesį į tai, kad yra daug daugiau, galbūt be galo daugiau galimų gyvybės formų. Sintetiniai biologai gali pakeisti gyvenimo vystymąsi ar jo ugdomus sugebėjimus. Jų darbai kelia naujų klausimų apie evoliucinį gyvenimo apibrėžimą. Kaip suskirstyti gyvenimą, kuris pasikeitė ir tapo evoliucijos taško, evoliucijos grandinės pertraukos produktu?
Sintetinės biologijos ištakos siekia 1977 m., Kai Drew Andy, vienas iš sintetinės biologijos įkūrėjų ir dabar bioinžinerijos profesorius Stanfordo universitete Kalifornijoje, bandė sukurti paprasčiausios gyvybės formos, kurią galėjo rasti, skaičiavimo modelį: T7 bakteriofagą - virusą, kuris užkrečia bakterijas. colibacillus. Krištolo galva ant šio viruso išlenktų kojų yra tarsi žemė, nusileidžianti Mėnulyje ir patraukianti bakterijų nešiotoją. Šis bakteriofagas yra toks paprastas, kad pagal kai kuriuos apibrėžimus jo net negalima vadinti gyvu. (Kaip ir visi virusai, reprodukcijai ji priklauso nuo ląstelės-šeimininkės molekulinės inžinerijos.) T7 bakteriofagas iš viso turi 56 genus, ir Andy manė, kad būtų įmanoma sukurti modelį, kuriame būtų atsižvelgiama į kiekvieną fago dalį ir kaip šios dalys veikia kartu:idealus vaizdas, numatantis, kaip pasikeis fagas, jei vienas iš šių genų bus pašalintas arba pašalintas.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Andy sukūrė seriją T7 bakteriofagų mutantų, sistemingai išmušdamas genus arba pakeisdamas jų vietą mažame T7 genome. Bet mutantiniai fagai modeliui tinka labai trumpą laiką. Pokytis, kuris turėjo lemti jų susilpnėjimą, lėmė, kad jų palikuonys plyšo E. coli ląstelės dvigubai greičiau nei anksčiau. Neveikė. Galiausiai Andy suprato: „Jei norime modeliuoti natūralų pasaulį, turime perrašyti natūralų pasaulį taip, kad jis taptų modeliuojamas“. Užuot ieškoję geresnio žemėlapio, pakeiskite teritoriją. Taip gimė sintetinės biologijos sritis. Pasiskolindamas metodus nuo programavimo, Andy ėmė „pertvarkyti“T7 bakteriofagų genomą. Jis sukūrė bakteriofagą T7.1, gyvybės formą, skirtą žmogaus protui lengviau suprasti.
Fagas T7.1 yra vadinamojo per daug darvinistinio gyvenimo pavyzdys: gyvenimas, kurį savo egzistavimu lemia žmogaus dizainas, o ne natūrali atranka. Bioinžinieriai, kaip Andy, į gyvenimą žiūri dviem būdais: kaip fizinė struktūra, viena vertus, ir kaip informacinė struktūra, kita vertus. Teoriškai idealus gyvenimo vaizdas turėtų suaktyvinti nematomą perėjimą tarp informacijos ir materijos, dizainą ir realizavimą: pakeisti keletą DNR raidžių kompiuterio ekrane, atspausdinti organizmą pagal jūsų dizainą. Dėl tokio požiūrio evoliucija gali sugadinti inžinieriaus projektą. Norint išsaugoti biologinę struktūrą, gali reikėti, kad jūsų numatytas organizmas negalėtų daugintis ar vystytis.
Priešingai, Joyce'o noras nustebinti savo molekulėmis rodo, kad sugebėjimas atverti evoliuciją - „išradingas, visagalis, beribis“- yra svarbiausias gyvenimo kriterijus. Laikydamasis šios idėjos, Joyce'as dabar gyvenimą apibūdina kaip genetinę sistemą, kurioje yra daugiau informacijos bitų nei skaičius, reikalingas jai įgyvendinti. Bet pagal šį apibrėžimą, jei paimsime dvi identiškas sistemas, turinčias skirtingą istoriją - vieną suprojektuotą, o kitą sukurtą, tik pastaroji bus laikoma gyva; racionaliai suprojektuota sistema, nepaisant jos sudėtingumo, bus tiesiog „technologinis artefaktas“.
Dizainas ir evoliucija ne visada priešingi. Daugelyje sintetinės biologijos projektų naudojami racionalaus dizaino ir nukreiptos evoliucijos mišiniai: jie sukonstruoja daugybę mutantinių ląstelių - skirtingomis versijomis - ir pasirenka geriausią. Nors naujasis Joyce'o požiūris į gyvenimą apima evoliuciją, jis taip pat reikalauja staigaus pasirodymo, o ne ilgo darvinizmo vystymosi. Atsiradęs gyvenimas prilygsta staigių naujovių kultūrai, kurios idėjos apima stebuklingą darbinio pumpuro išvaizdą iš 3D spausdintuvo. Dizainas ir evoliucija taip pat suderinami, jei bioinžinieriai genetinę įvairovę mato kaip būsimų gyvybės formų dizaino elementų lobį.
Kai kuriems sintetiniams biologams kelias į tai, ką mistikai vadina gyvenimu už gyvenimo ribų, - kuris pranoksta gyvenimą tokį, kokį mes žinome, yra per biologinę inžineriją. Andy apibūdina savo pašaukimą norėdamas prisidėti prie gyvenimo, užmegzti naujų rūšių „neįtikėtinus modelius, kurie klestės ir egzistuos“. Joyce'as kontrastuoja gyvenimą ir technologijas su esminiu termodinaminiu polinkiu į sutrikimus ir puvimą. Kokias naujas formas gaus gyvenimas? Laikas pasakys.
Ilja Khel