Hva er livet? I det meste av 1900-tallet dreide det seg ikke om biologer i så stor grad. Livet er en betegnelse for poeter, ikke forskere, sa den syntetiske biologen Andrew Ellington i 2008, som begynte sin karriere med å studere hvordan livet begynte. Til tross for Ellingtings ord, har beslektede områder med livets opprinnelse og astrobiologi forskning fornyet fokuset på meningen med livet. For å anerkjenne en annen form som livet kan ha tatt for fire milliarder år siden, eller en form som det kan ha tatt på andre planeter, må forskere forstå hva det faktisk er som gjør noe levende.
Livet er imidlertid et bevegelig mål, som filosofer lenge har bemerket. Aristoteles anså "liv" og "leve" for å være forskjellige konsepter - det siste, i hans tilfelle, var en samling av eksisterende vesener som bebor vår verden, som hunder, naboer og bakterier på huden. For å kjenne livet, må vi undersøke de levende; men de levende endrer seg alltid i rom og tid. Når vi prøver å definere livet, må vi ta for oss det livet vi kjenner, og vi ikke kjenner. Ifølge opprinnelsesforsker Pierre Luigi Luisi fra Universitetet i Roma Tre, er det liv-som-det-nå, liv-som-det-kunne-være-og liv-som-det-en-var-var. Disse kategoriene peker på dilemmaet adressert av middelalderske mystiske filosofer. Som de la merke til, er livet alltid mye mer enn å leve, og av denne grunn, paradoksalt nok,den vil aldri være tilgjengelig for de levende. På grunn av dette gapet mellom det virkelige liv og mulig liv, fokuserer mange definisjoner på livet på dets evne til å endre og utvikle seg, snarere enn å være begrenset til å definere faste egenskaper ved livet.
Kan livet skapes i et laboratorium?
På begynnelsen av 1990-tallet hjalp biolog Gerald Joyce, som for øyeblikket ved Salk Institute for Biologic Research i California, rådgivning til NASA om livsmulighetene på andre planeter, med å utvikle en av de mest brukte definisjonene av livet. Det er kjent som den kjemiske darwiniske definisjonen: "Livet er et selvopprettholdende kjemisk system som er i stand til den darwinistiske evolusjonen." I 2009, etter flere tiår med arbeid, publiserte Joyces gruppe en artikkel som beskrev et RNA-molekyl som er i stand til å katalysere sin egen syntesereaksjon for å lage flere egne eksemplarer. Dette kjemiske systemet tilfredsstilte Joyces definisjon av livet. Men ingen turte å kalle henne i live. Problemet er at hun ikke gjorde noe nytt eller uvanlig.
"En dag vil genomet kunne overraske skaperen med et ord - et triks eller et nytt trinn i spillet om nesten liv - som han ikke forventer å høre," skrev New York Times om skapelsen. "Hvis det skjedde, hvis det skjedde med meg, ville jeg være lykkelig," sier Dr. Joyce. Og han legger til: "Jeg antar ikke å hevde, men det er i live."
Joyce prøver å forstå livet ved å generere enkle levende systemer i laboratoriet. I prosessen legemliggjør han og andre syntetiske biologer nye arter av liv i levende form. Hvert forsøk på å syntetisere nye livsformer peker på det faktum at det er mange flere, kanskje uendelig flere, mulige livsformer. Syntetiske biologer kan endre måten livet utvikler seg, eller evnene det utvikler seg. Arbeidet deres reiser nye spørsmål om den evolusjonære definisjonen av livet. Hvordan kategorisere liv som har blitt endret, som har blitt et produkt av et evolusjonært tippepunkt, et produkt av et brudd i evolusjonskjeden?
Historien om syntetisk biologis opprinnelse går tilbake til 1977, da Drew Andy, en av grunnleggerne av syntetisk biologi og nå professor i bioingeniør ved Stanford University i California, prøvde å lage en beregningsmodell av den enkleste livsformen han kunne finne: T7-bakteriofagen, et virus som infiserer bakterier. colibacillus. Krystallhodet på de buede bena til dette viruset er som en lander som lander på månen og griper tak i en bakteriebærer. Denne bakteriofagen er så enkel at den ifølge noen definisjoner ikke en gang kan kalles levende. (Som alle virus er det avhengig av molekylteknologien i vertscellen for å reprodusere.) T7-bakteriofagen har 56 gener totalt, og Andy trodde det ville være mulig å lage en modell som tar hensyn til hver del av fagen og hvordan disse delene fungerer sammen:en ideell representasjon som spår hvordan en fag vil endre seg hvis et av disse genene fjernes eller fjernes.
Salgsfremmende video:
Andy bygde en serie T7-bakteriofagmutanter ved systematisk å slå ut gener eller endre deres beliggenhet i det lille T7-genomet. Men de mutante fagene passer modellen i veldig kort tid. Endringen, som burde ha ført til deres svekkelse, førte til at avkommet deres sprengte E. coli-celler dobbelt så raskt som før. Virket ikke. Etter hvert innså Andy, "Hvis vi ønsker å modellere den naturlige verdenen, må vi omskrive den naturlige verdenen slik at den blir simulert." I stedet for å se etter et bedre kart, endre territoriet. Dermed ble feltet syntetisk biologi født. Ved å låne metoder fra programmering begynte Andy å "refaktorere" T7-bakteriofaggenomet. Han skapte T7.1-bakteriofagen, en livsform designet for å være lettere for det menneskelige sinn å tolke.
Fag T7.1 er et eksempel på det såkalte over-darwiniske livet: et liv som skylder sin eksistens til menneskelig design, ikke naturlig utvalg. Bioingeniører som Andy ser på livet på to måter: som en fysisk struktur på den ene siden og som en informasjonsstruktur på den andre. I teorien skal den ideelle representasjonen av livet aktivere en usynlig overgang mellom informasjon og materie, design og realisering: å endre noen få DNA-bokstaver på dataskjermen, skrive ut en organisme i henhold til designet ditt. Med denne tilnærmingen truer evolusjonen med å ødelegge ingeniørens design. Bevaring av biologisk design kan kreve at den tiltenkte organismen ikke kan reprodusere seg eller utvikle seg.
Tvert imot antyder Joyces ønske om å bli overrasket over molekylene hans at evnen til å åpne evolusjonen - "ressurssterk, allmektig, grenseløs" - er det viktigste kriteriet i livet. I tråd med denne ideen definerer Joyce nå livet som et genetisk system som inneholder flere informasjonsbiter enn antallet som trengs for å få det i gang. Men i samsvar med denne definisjonen, hvis vi tar to identiske systemer med forskjellige historier - det ene designet og det andre utviklet, vil bare sistnevnte anses som levende; et rasjonelt designet system, uansett kompleksitet, vil ganske enkelt være en "teknologisk artefakt."
Design og evolusjon er ikke alltid imot. Mange syntetiske biologiprosjekter bruker en blanding av rasjonell design og rettet evolusjon: de konstruerer en rekke mutante celler - i forskjellige versjoner - og velger den beste. Selv om Joyces nye livssyn inkluderer evolusjon, krever det også et plutselig utseende i stedet for en lang darwinisk utvikling. Emergent life passer inn i en kultur med plutselige nyvinninger, ideer om det magiske utseendet til en fungerende knopp fra en 3D-printer. Design og evolusjon er også kompatible hvis bioingeniører ser genetisk mangfold som en skattekule av designelementer for fremtidige livsformer.
For noen syntetiske biologer er veien til det mystikere kaller livet utover livet - som overskrider livet slik vi kjenner det - gjennom biologisk prosjektering. Andy beskriver sitt kall i form av et ønske om å bidra til livet, å gyte nye typer "utrolige modeller som vil blomstre og eksistere." Joyce kontrasterer liv og teknologi med en grunnleggende termodynamisk tendens til forstyrrelse og forfall. Hvilke nye former vil livet få? Tiden vil vise.
Ilya Khel
