Lee Cronin: Oživování hmoty

O co se budu v následujících cca 15 minutách snažit, je říci vám o nápadu, jak přimějeme hmotu oživnout. To se může zdát lehce ambiciózní, ale když se podíváte na sebe, na své ruce, uvědomíte si, že jsou živé. Takže to je začátek. Toto hledání začalo před čtyřmi miliardami let na planetě Zemi. Již čtyři miliardy let tu je organický, biologický život. A jako anorganický chemik, mí přátelé a kolegové rozlišujeme mezi organickým, živým světem a anorganickým, mrtvým světem. A o co se pokusím a co udělám, je zasadit pár myšlenek o tom, jak můžeme transformovat anorganickou, mrtvou hmotu, do živoucí hmoty, do anorganické biologie.

Než toto udělám, chci tak nějak usadit biologii na její místo. A já jsem naprosto omámen biologií. Miluji syntetickou biologii. Miluji věci, které jsou živé. Miluji manipulaci s infrastrukturou biologie. Ale v rámci této infrastruktury si musíme zapamatovat, že řídící síla biologie popravdě vychází z evoluce. A evoluce, ačkoli byla ustanovena před více než 100 lety Charlesem Darwinem a širokým počtem dalších lidí, stále je trošku nehmatatelná. A když hovořím o darwinistické evoluci, mám na mysli jednu jedinou věc, a to přežití nejschopnějšího. A tak zapomeňte na evoluci v metafyzické podstatě. Pomyslete na evoluci z hlediska potomků, co soutěží a někteří vyhrávají.

S tímto na mysli, jakožto chemik, chtěl jsem si položit otázku frustrovanou biologií: Jaké je minimální množství hmoty, jež může zažít darwinistickou evoluci? A toto se zdá jako docela hluboká otázka. A jako chemici nejsme zvyklí na hluboké otázky každý den. Takže když jsem se nad tím zamyslel, náhle jsem si uvědomil, že biologie nám dala odpověď. A vskutku, nejmenší jednotkou hmoty, která se může nezávisle vyvíjet je, vskutku, samotná buňka -- bakterie.

Tím vyvstávají tři velmi důležité otázky: Co je to život? Je biologie výjimečná? Biologové si to, zdá se, myslí. Může se hmota vyvíjet? Nyní, když zodpovíte tyto otázky v opačném pořadí, třetí otázka -- může se hmota vyvíjet? -- pokud ji můžeme zodpovědět, poznáme tím, jak výjimečná je biologie, a možná, jen možná, budeme mít trochu ponětí o tom, co je opravdu život.

Takže tady je trocha anorganického života. Toto je mrtvý krystal a já s ním něco provedu a on ožije. A můžete viděte, je to něco jako opylení, klíčení, růst. Toto je anorganická trubice. A všechny tyto krystaly tady pod mikroskopem byly před pár minutami mrtvé a vypadají živě. Jistěže, nejsou živé. Je to chemický experiment, v němž jsem vytvořil krystalovou zahrádku. Ale když jsem toto spatřil, byl jsem opravdu fascinován, protože to vypadalo tak podobné životu. Na chvilku to pozastavím, pohleďte na plátno. Vidíte, že tam roste architektura, vyplňujíc prázdnotu. A je to mrtvé. Takže jsem byl optimistický v tom, že pokud nějak dokážeme přimět věci imitovat život, pojďme o krok dál. Podívejme se, jestli můžeme skutečně stvořit život.

Ale je tu problém, protože až do minulé dekády nám bylo tvrzeno, že život je nemožný a že jsme nejneuvěřitelnějším zázrakem ve vesmíru. Vlastně jsme byli jediní lidé ve vesmíru. No, to je trošku nudné. Takže jako chemik jsem chtěl říct: "Počkat. Co se to tu děje? Je život tak nepravděpodobný?" A to je opravdu ta otázka. Myslím, že možná vznik prvních buněk byl tak pravděpodobný jako vznik hvězd. A vskutku, udělejme další krok. Řekněme, že pokud je fyzika fúze zakódována do vesmíru, možná je stejně tak i fyzika života. A tak problém s chemiky -- a to je stejně tak i obrovská výhoda -- je, že se rádi zaměřujeme na naše prvky. V biologii má hlavní roli uhlík. A ve vesmíru, kde uhlík existuje a organická biologie, pak máme všechnu to skvělou rozmanitost života. Vlastně máme tak úžasné formy života, se kterými můžeme manipulovat. Jsme velice opatrní v laboratoři, abychom se vyhnuli různýmu biohazardu.

Tak co s hmotou? Pokud dokážeme oživit hmotu, byl by to hmotohazard? Pomyslete, to je vážná otázka. Pokud by se vaše pero dokázalo replikovat, byl by to trochu problém. Musíme se tedy zamyslet jinak, pokud se chystáme oživit hmotu. A také musíme dbát na problémy. Ale než dokážeme stvořit život, zamysleme se na sekundu, čím je život opravdu charakterizován. A odpusťte ten komplikovaný diagram. Toto je jen soubor cest v buňce. A buňka je pro nás očividně fascinující věc. Syntetičtí biologové jí manipulují. Chemici se snaží studovat molekuly, aby se podívali na nemoci. A všechny tyto cesty běží ve stejný čas. Máte regulaci; informace jsou přepsány; katalyzátory jsou vytvářeny; dějí se věci. Ale co dělá buňka? No, dělí se, soutěží, přežívá. A myslím, že to je to, kde musíme začít za podmínek, že přemýšlíme o stavění v životě z našich myšlenek.

Ale jak jinak je život charakterizován? Představuji si ho jako plamen v lahvi. A tak, co tu máme, je popis samotných buněk replikujících se, metabolizujících, pálících si to skrz chemii. A tak musíme porozumět tomu, že pokud chceme vytvářet umělí život a chápat původ života, musíme tomu nějak dát sílu. Takže než můžeme opravdu začít tvořit život, musíme se skutečně zamyslet nad tím, odkud přišel. A Darwin sám dumal v dopise kolegovi nad tím, že si myslel, že život se pravděpodobně vynořil v nějakém teplém malém jezírku někde -- možná ne ve Skotsku, možná v Africe, možná někde jinde. Ale opravdu čestná odpověď je, že prostě nevíme, protože tu je problém s původem. Představte si cestu zpátky čtyři a půl miliardy let, je tam veliká chemická polévka hmoty. A z toho jsme vzešli.

Takže, až budete přemýšlet o nemožné povaze toho, co vám povím v příštích pár minutách, jen si vzpomeňte, my jsme přišli z hmoty na planetě Zemi. A prošli jsme množstvím světů. Lidé přes RNA by mluvili o RNA světě. Nějak jsme se dostali k bílkovinám a DNA. Pak jsme se dostali k poslednímu předkovi. Evoluce začala -- a to je trochu skvělé. A jsme tu. Ale je tu zátaras, přes který nelze projít. Můžete dekódovat genom, můžete se ohlížet, můžete nás všechny spojit pomocí mitochondriální DNA, ale nemůžeme se dostat dál než k poslednímu předkovi, poslední viditelné buňce, kterou můžeme vysledovat nebo na níž můžeme pomyslet v minulosti. Takže nevíme, jak jsme se tu vzali.

Tak jsou tu dvě možnosti: inteligentní design, přímý a nepřímý -- takže Bůh, nebo můj kamarád. Řeči o E.T., který nás sem umístil, nebo nějaký jiný život, pouze posouvá problém kus dál. Nejsem politik, jsem vědec. Další věc, o které potřebujeme přemýšlet, je vznik chemické komplexity. To se zdá velmi podobné. Takže máme nějakou pravěkou polévku. A ta je najednou dobrým zdrojem všech 20 aminokyselin. A nějak jsou tyto aminokyseliny kombinovány a život začíná. Ale život začíná, co to znamená? Co je život? Co je tenhle život zač?

Takže v padesátých letech, Miller-Urey provedli svůj fantastický chemický Frankenstein experiment, kde udělali ekvivalent v chemickém světě. Vzali základní ingredience, dali je do jedné nádoby a zažhnuli je a dali tam vysoké napětí. A podívali se na to, co bylo v polévce a našli aminokyseliny, ale nic nevzešlo, nebyly tam buňky. Takže celý obor se trochu zasekl a byl obnoven v osmdesátých letech, kdy analytické technologie a počítačové technologie přicházeli na svět.

V mé vlastní laboratoři je způsobem, kterým se snažíme stvořit anorganický život, užití několika různých reakčních formátů. Takže, co se snažíme dělat, je dělat reakce -- ne v jedné baňce, ale v desítkách baněk, a spojit je dohromady, jak můžete vidět s tímto proudícím systémem, všechny ty trubky. Můžeme to dělat mikrokapalně, můžeme to dělat litograficky, můžeme to dělat v 3D tiskárně, můžeme to dělat v kapkách pro kolegy. A klíčová věc je mít mnoho komplexní chemie jen tak se hemžit. Ale to pravděpodobně skončí neúspěchem, takže se potřebujeme více soustředit.

A odpověď samozřejmě leží u myší. Tak si pamatuji, co potřebuji jako chemik. Říkám: "Hm, chci molekuly." Ale potřebuji metabolismus, potřebuji nějakou energii. Potřebuji informace a potřebuji obal. Protože pokud chci evoluci, potřebuji obaly k soutěžení. Takže když máte obal, je to jako nastoupit do vašeho auta. "Tohle je moje auto a budu jezdit kolem a vystavovat ho na odiv." A představuji si, že máte něco podobné v buněčné biologii se vznikem života. Takže tyto věci dohromady nám možná dávají evoluci. A způsob, jak to testovat v laboratoři, je zminimalizovat je.

Takže, o co se pokusíme, je přijít s anorganickou Lego soupravou molekul. A tak odpusťte molekuly na obrazovce, ale je to velmi jednoduchá souprava. Máme tu možná jen tři nebo čtyři různé typy stavebních kostiček. A můžeme je dát dohromady a udělat z nich doslova tisíce a tisíce opravdu velkých nano-molekulárních molekul velikosti DNA a bílkovin, ale není tu žádný uhlík. Uhlík je špatný. A tak s touto Lego stavebnicí máme rozmanitost požadovanou pro uložení komplexních informací bez DNA. Ale potřebujeme udělat nějaké obaly. A jen před pár měsící v mé laboratoři jsme byli schopni vzít tyto stejné molekuly a udělat z nich buňky. A na obrazovce můžete vidět výrobu buňky. A nyní dáme nějakou chemii dovnitř a uděláme nějakou chemii v této buňce. A vše, co jsem vám chtěl ukázat, je, že můžeme sestrojit molekuly v membránách, v opravdových buňkách, a poté vznikne jakýsi molekulární Darwinismus, molekulární přežití nejschopnějšího.

A tento film tady ukazuje toto soutěžení mezi molekulami. Molekuly soutěží o hmotu. Jsou všechny ze stejné hmoty, ale chtějí, aby vyhrál jejich tvar. Chtějí, aby jejich tvar přečkal. A to je klíč. Pokud dokážeme nějak povzbudit tyto molekuly, aby spolu mluvily a tvořily správné tvary a soutěžily, začnou utvářet buňky, které se budou replikovat a budou soutěžit. Pokud to zvládneme, zapomeňte molekulární detail.

Zaměřme se na to, co by to mohlo znamenat. Takže máme tuhle speciální teorie evoluce, která se týká pouze organické biologie, nás. Pokud dokážeme dostat evoluci do hmotného světa, tak předpokládám, že bychom měli mít obecnou teorii evoluce. A to opravdu stojí za přemýšlení. Ovládá evoluce důmyslnost hmoty ve vesmíru? Je v evoluci nějaká řídící síla, která umožňuje hmotě soutěžit? Takže to znamená, že bychom pak mohli začít vytvářet různé platformy pro bádání této evoluce. Tak si představte, pokud jsme schopni vytvořit soběstačnou umělou formu života, nejenže nám to řekne něco o původu života -- že je možné, že vesmír nepotřebuje uhlík, aby žil; může použít cokoli -- můžeme poté zajít o krok dál a vyvinout nové technologie, protože pak můžeme využít softwarovou kontrolu ke kódování evoluce.

Tak si představte, že vytvoříme malou buňku. Chceme ji dát ven do prostředí a chceme ji napájet sluncem. Co uděláme, je, že ji zapojíme do krabičky se světlem. A už dál nevyužíváme design. Nacházíme, co funguje. Měli bychom vzít naši inspiraci z biologie. Biologie se nestará o design pokud funguje. Takže toto přeorganizuje způsob, kterým navrhujeme věci. Ale nejen to, začneme přemýšlet o tom, jak můžeme začít vyvíjet symbiotický vztah s biologií. Nebylo by to skvělé, kdyby jste mohli vzít tyto umělé biologické buňky a spojit je s biologickými k nápravě problémů, se kterými jsme se nedokázali vypořádat? To zásadní v buněčné biologii je, že nikdy nebudeme všemu rozumět, protože je to multidimenzionální problém nastolený evolucí. Evoluce nemůže být rozřezána. Potřebujete nějak najít "fitness funkci". A hluboké uvědomění si pro mě je to, že, pokud toto funguje, koncept sobeckého genu je posunut o řád výše a ve skutečnosti začínáme mluvit o sobecké hmotě.

A co to znamená ve vesmíru, kde právě jsme nejvyšší formou hmoty? Sedíte na židlích. Jsou neživé, jsou mrtvé. Ale vy jste z hmoty a požíváte hmotu a zotročujete hmotu. Takže použití evoluce v biologii a v organické biologii je pro mě docela půvabné, docela vzrušující. A dostáváme se opravdu velmi blízko k pochopení klíčových kroků, které oživují mrtvou hmotu. A opět, když si říkáte, jak nepravděpodobné to je, vzpomeňte, před pěti biliony let jsme tu nebyli a nebyl tu žádný život. Takže co nám to říká

o původu života a smyslu života? Třeba, pro mě jako chemika, nechci se pouštět do obecným pojmů; chci se zamyslet nad specifiky. Takže co to znamená o definování života? Opravdu se o tohle snažíme. A já myslím, že můžeme vytvořit anorganickou biologii a můžeme dát hmotě schopnost vyvíjet se, která ve skutečnosti definuje život. Předkládám vám, že hmota, která se vyvíjí, je živá, a to nám dává myšlenku tvoření vývojeschopné hmoty.

Velice vám děkuji.

(Aplaus)

Chris Anderson: Jen rychlá otázka k časové ose. Věříte, že v tomto projektu uspějete? Kdy?

Lee Cronin: Tolik lidí si myslí, že životu trvá miliony let, aby začal fungovat. Hodláme to provést za pár hodin, jen co utvoříme správnou chemii.

CA: A kdy si myslíte, že se to stane?

LC: Snad během následujících dvou let.

CA: To by bylo pozdvižení. (Smích) Jaké věříte, že jsou, podle vás osobně, šance, že procházejíc se po nějaké jiné planetě, je tam život, nezaložený na uhlíku, a prochází se nebo teče nebo něco?

LC: Myslím, že je to 100 procent. Protože potíž je, že jsme tak šovinističtí biologií, když vezmete pryč uhlík, jsou tu další věci, jež se mohou stát. Takže jiná věc, že pokud jsme schopni vytvořit život, který není založen na uhlíku, možná budeme schopni říci NASA, po čem doopravdy pátrat. Nechoďte a nepátrejte po uhlíku, jděte a hledejte hmotu schopnou vývinu.

CA: Lee Cronine, hodně štěstí. (LC: Velice vám děkuji.)

(Aplaus)