Lee Cronin: Oživljavanje materije

Ono što ću probati u slijedećih 15 minuta je reći vam o ideji koja govori o oživljavanju tvari. Ovo vam se može činiti pomalo ambiciozno, ali kada se pogledate, kada pogledate vaše ruke, shvatite da ste živi. I to je početak. Ova pustolovina je započeta prije četiri milijarde godina na planeti Zemlji. Već četiri milijarde godina postoji organski, biološki život. A kao anorganski kemičar, moji prijatelji i kolege su napravili tu razliku između organskog, živog svijeta i anorganskog, beživotnog svijeta. Ono što ću pokušati napraviti je usaditi nekoliko ideja o načinu transformacije anorganske, beživotne materije u živu materiju, u anorgansku biologiju.

Prije nego to napravimo, želim na neki način staviti biologiju na svoje mjesto. Ja sam apsolutno očaran biologijom. Volim se baviti sintetičkom biologijom. Volim stvari koje su žive. Volim manipulirati infrastrukturom biologije. Ali unutar te strukture, moramo zapamtiti da pokretačka snaga biologije u biti dolazi od evolucije. A evolucija, iako je uspostavljena prije više od 100 godina od Charlesa Darwina kao i od mnogih drugih ljudi, evolucija je i dalje nekako neopipljiva. A kada pričam o Darwinovoj evoluciji, mislim na jednu i samo jednu stvar, a to je opstanak najadaptibilnijih. I tako zaboravite na evoluciju u nekom metafizičkom smislu. Mislite na evoluciju kroz pojam nadmetanja potomaka, u kojemu samo neki pobjeđuju.

I tako imajući to na umu, kao kemičar, želio sam se pitati pitanje koje frustrira biologiju: Koja je najmanja količina materije koja može biti podložna Darwinovoj evoluciji? A to se čini kao prilično duboko pitanje. A kao kemičari, nismo navikli na duboka pitanja svaki dan. I dok sam razmišljao o tome, odjednom sam shvatio da nam je biologija dala odgovor. I u principu, najmanja količina materije koja može samostalno evoluirati je, u biti, pojedinačna stanica -- bakterija.

I to otvara tri vrlo bitna pitanja: Što je život? Je li biologija posebna? Izgleda da biolozi misle tako. Može li materija evoluirati? Ako odgovorimo na ta pitanja obrnutim redoslijedom, treće pitanje -- može li materija evoluirati? -- ukoliko možemo odgovoriti na to, tada ćemo znati koliko je biologija posebna, i možda, samo možda imat ćemo neke ideje o tome što je stvarno život.

Evo ovo je jedan anorganski život. Ovo je mrtav kristal, i ja ću napraviti nešto s njime, i on će postati živ. I možete vidjeti, izgleda kao oprašivanje, klijanje, rast. Ovo je anorganska cijev. I svi ovi kristali pod mikroskopom, prije nekoliko minuta su bili mrtvi, a izgledaju živo. Naravno, nisu živi. To je eksperiment iz kemije u kojemu sam napravio kristalni vrt. Ali kada sam vidio ovo, bio sam stvarno fasciniram, jer se činilo kao da je živo. I dok se zaustavim na trenutak, pogledajte ekran. Možete vidjeti arhitekturu kako raste, popunjava praznine. A ovo je neživo. I tako sam bio siguran da, ako možemo natjerati stvari da oponašaju život, hajdemo i korak dalje. Idemo vidjeti možemo li stvarno stvoriti život.

Ali ima jedan problem, jer do prije jednog desetljeća, bilo nam jer rečeno kako je život nemoguć i da smo mi najnevjerojatnije čudo u svemiru. U stvari, mi smo jedini ljudi u svemiru. E sada, to je lagano dosadno. Kao kemičar, želio sam reći, ”Čekaj malo. Što se to ovdje događa? Je li život tako nemoguć?” A to je u biti pitanje. Vjerujem kako je možda nastanak prve stanice© bio moguć isto kao i nastanak zvijezdi. U stvari, idemo poduzeti jedan korak dalje. Hajdemo reći, da ukoliko je fizika fuzije kodirana u svemir, možda je i fizika života isto. I tako je problem s kemičarima -- a to je isto i velika prednost -- što se volimo koncentrirati na naše elemente. U biologiji, ugljik zauzima središnje mjesto. A u svemiru gdje postoji ugljik, i organska bilogija, imamo svu ovu predivnu raznolikost života. U biti, imamo tako fascinantne životne vrste kojima možemo manipulirati. Strašno smo pažljivi u laboratoriju dok pokušavamo i uspjevamo izbjeći različite biološke nesreće.

A što je sa tvari? Ukoliko možemo oživiti tvar, možemo li imati tvarnu nesreću? I zato razmislite jer ovo je ozbiljno pitanje. Kada bi se tvoja olovka mogla replicirati, to bi bio lagani problem. I zato moramo razmišljati drugačije, ukoliko želimo oživiti stvari. I moramo isto tako biti svjesni problema. Ali prije nego možemo stvoriti život, razmislimo na sekundu što u biti karakterizira život. I zaboravite na kompliciran dijagram. Ovo je samo kolekcija tokova u stanici. A stanica je, očigledno, fascinantna stvar za nas. Sintetički biolozi manipuliraju njome. Kemičari pokušavaju proučavati molekulu kako bi našli bolesti. I imate sve ove tokove koji rade istovremeno. Imate regulaciju, Prepisuju se informacije; stvaraju se katalizatori, stvari se događaju. Ali što stanica radi? Pa ona se dijeli, natječe, preživljeva. I ja mislim kako je to točka od koje moramo krenuti u smislu razmišljanja o stvaranju na osnovu naših ideja iz života.

Ali što još karakterizira život? Pa, ja si to volim predočiti kao plamen u boci. I tako ovo što imamo ovdje je opis jedne čelije koja se replicita, metabolizira, izgara kroz različite kemijske procese. I tako moramo shvatiti da ukoliko ćemo stvoriti umjetan život ili shvatiti porijeklo života, moramo ga nekako i pokretati. I tako prije nego stvarno možemo pokrenuti život, moramo stvarno promisliti od kuda potječe. I sam Darwin je prenio svoja razmišljanja pismom jednom kolegi u kojima misli kako je vjerojatno da se život pojavio u nekoj toploj maloj bari negdje -- možda ne u Škotskoj, možda u Africi, možda negdje drugdje. Ali pravi iskren odgovor je da u biti ne znamo, jer postoji problem u vezi podrijetla. Zamislite sada daleko u prošlost, četiri i pol milijarde godina, postoji velika kemijska juha od tvari. I od te tvari mi dolazimo.

I zato dok budete razmišljali o mogućoj prirodi onoga što ću vam reći u slijedećih nekoliko minuta, samo zapamtite, došli smo iz one tvari na planeti Zemlji. I prošli smo kroz različite svjetove. RNK ljudi bi pričala o RNK svjetovima. Mi smo nekako došli do proteina i DNK. Zatim smo došli do zadnjeg pretka. Evolucija se ubacila -- a to je bolji dio. I evo nas ovdje. Ali postoji prepreka koju se ne može proći. Možeš dekodirati genom, možeš gledati natrag, možeš nas povezati sve skupa preko mitohondrijskog DNK, ali ne možemo ići dalje u prošlost od zajedničkog pretka, zadnje vidljive stanice koju bi mogli sekvencirati ili o kojoj bi mogli razmišljati. I tako mi ne znamo kako smo došli ovdje.

Postoje dvije opcije: inteligentan dizajn, direktan ili indirektan -- i tako Bog, ili moj prijatelj, A ukoliko pomislimo na E.T.-a kako nas stavlja ovdje, ili neki drugi život, samo gura problem dalje. Ja nisam političar, ja sam znanstvenik. Druga stvar o kojoj moramo razmisliti je nastanak kemijske kompleksnosti. To se čini kao najvjerojatnije. I tako imamo neku vrste primorodijalne juhe. A ispalo je kako je ova dobar izvor svih 20 aminokiselina. I nekako te su se aminokiseline povezale, i život je počeo. Ali što znači 'život je počeo'? Što je život? Što je ta tvar života?

I tako su tijekom 1950-ih, Miller-Urey napravili njihov fantastičan kemijski Frankenstein eksperiment, u kojemu su napravili istu stvar ali u svijetu kemije. Uzeli su osnovne sastojke, stavili ih u jednu posudu, ugrijali ih i pustili jak napon kroz njih. Zatim su pogledali u ono što je bilo u juhi i našli su aminokieseline ali osim toga nije bilo ničega, nije bilo stanica. I tako je cijelo to područje bilo zapostavljeno na neko vrijeme, sve do '80-ih kada su se počele pojavljivati analitičke i računalske tehnologije.

U svojem laboratoriju, način na koji pokušavamo stvoriti anorganski život je taj da koristimo različite oblike reakcija. Ono što pokušavamo napraviti su reakcije -- ne u jednoj posudi nego u desetinama posuda, i onda ih spojimo skupa, kao što možete vidjeti u ovom protočnom sustavu, sa svim ovim cijevima. Možemo ga napraviti pomoću mikrofluida, pomoću litografije, pomoću 3D printera, možemo ga napraviti kao kapljice za kolege. I ključna stvar je da morate imati puno kompleksne kemije koja samo lagano ključa. Ali to će vjerojatno završiti s neuspjehom, i zbog toga moramo biti malo više fokusirani.

A odgovor, naravno, leži u miševima. To je način na koji se sjetim što kao kemičar trebam. Rekao sam: “Znači, trebam molekule.” Ali treba mi metabolizam i treba mi nešto energije. I trebaju mi informacije, kao i spremnik. Jer ukoliko želim evoluciju, moram imati spremnike koji se natječu. I znači ako imate spremnik, to vam je kao da ulazite u auto. “Ovo je moj auto, i sada ću se voziti okolo i pokazivati ga.” A ja vjerujem da postoji slična stvar u staničnoj biologiji u vezi nastanka života. I tako nam ove stvari skupa mogu dati evoluciju, možda. A način da se izvrši testiranje u laboratoriju je taj da se napravi minijaturna verzija.

Ono što ću pokušati napraviti je da izmislim anorganski Lego kit molekula. I zato zaboravite molekule na ekranu, ove su jako jednostavan kit. Trenutno postoji samo tri ili četiri različita tipa građevnih blokova. I možemo ih spajati skupa čime dobivamo doslovno tisuće i tisuće stvarno velikih nano-molekularnih molekula iste veličine kao i DNK ili proteini, ali tamo nema ugljika na vidiku. Ugljik je zabranjen. I tako uz pomoć ovog Lego kita, imamo potrebnu različitost za pohranjivanje kompleksnih informacija bez DNK. Ali moramo napraviti neke spremnike. I upravo prije nekoliko mjeseci u mojem laboratoriju, uspjeli smo uzeti upravo ove iste molekule i od njih napraviti stanice. Na ekranu možete vidjeti kako se stvara stanica. A sada ćemo staviti nešto kemijskih elemenata unutra i pozabaviti se kemijom u stanici. Sve što sam vam želio pokazati je da možemo postaviti molekule u membrane, u prave stanice, a onda se dogodi neka vrsta molekularnog Darwinizma, molekularno preživljavanje najprilagođenijih.

A ovaj film ovdje pokazuje natjecame među molekulama. Molekule se natječu za stvari. Sve su načinjene od istih tvari, ali svaka želi da njihov izgled pobjedi. Žele da se njihovi oblici održe. I to je ključ. Kada bi nekako mogli potaknuti ove molekule da komuniciraju međusobno i da naprave prave oblike te da se natječu, one će početi stvarati stanice koje će se replicirati i natjecati. Ukoliko uspjemo napraviti to, zaboravite na molekularni detalj.

Odzumirajmo da bismo vidjeli što to može značiti. Imamo posebno teoriju evolucije koja se odnosi samo na organsku biologiju, na nas. Ukoliko bismo mogli unijeti evoluciju u materijalni svijet, predlažem kako bismo trebali imati opću teoriju evolucije. A zbog toga se stvarno isplati promisliti o tome. Kontrolira li evolucija sofisticiranost materije u svemiru? Postoji li neka pokretačka snaga kroz evoluciju koja dozvoljava tvari da se natječe? To onda znači da bi mogli početi razvijati različite platforme za istraživanje evolucije. I zato zamislite, ako smo u mogućnosti stvoriti umjetni samoodrživi životni oblik, ne samo da će nam to reći nešto o podrijetlu života -- nego znači i da svemiru nije potreban ugljik da bude živ; može koristiti svašta -- možemo ići jedan korak dalje [s time] i razviti nove tehnologije, iz razloga što bi onda koristili softversku kontrolu za kodiranje evolucije.

Zamislite da napravimo malu stanicu. Želimo je staviti vani u okoliš, i želimo da se napaja suncem. Ono što radimo jest da je razvijamo u osvjetljenoj posudi. I ne koristimo više dizajn. Nalazimo što funkcionira. Trebamo potražiti inspiraciju u biologiji. Biologija ne brine o dizajnu osim ako ne funkcionira. Znači ovo će reorganizirati način na koji dizajniramo stvari. Ali ne samo to, počet ćemo razmišljati o tome kako da počnemo razvijati simbiozni odnos s biologijom. Ne bi li bilo super kada bi mogli uzeti ove umjetne biološke stanice i spojiti ih sa biološkim kako bi riješili probleme s kojima se inače ne možemo nositi. Stvarni problem u staničnoj biologiji je taj da nikada nećemo moći shvatiti sve, jer se ovdje radi o višedimenzionalnom problemu koji je postavila evolucija. Evoluciju se ne može odvojiti. Mora se nekako naći funkcija koja najbolje pristaje. A ono šta sam suštinski shvatio je da, ako ovo radi, koncept sebičnog gena se podiže za jednu razinu, i onda stvarno možemo početi pričati o sebičnoj tvari.

A što li to znači u svemiru u kojemu smo mi trenutno najviši oblik tvari? Vi sjedite na stolicama. One su beživotne, nisu žive. Ali vi ste napravljeni od tvari i koristite tvari, i vi porobljavate tvari. Korištenje evolucije u biologiji, i u anorganskoj biologiji, za mene je prilično dopadljivo, prilično uzbudljivo. I stvarno dolazimo jako blizu razumjevanju ključnih koraka kojima se beživotna materija oživljava. I opet, razmišljamo o tome koliko je to nevjerojatno, zapamtite, prije 5 milijardi godina, mi nismo bili ovdje, i nije postojao život. I što će nam to reći

o porijeklu života i značenju života? Ali možda, ja kao kemičar, želim se držati podalje od općenitih izraza; želim razmišljati o specifičnim. Što to znači u vezi definiranja života? Stvarno se borimo dok to radimo. I mislim da, ako možemo napraviti anorgansku biologiju, i ako možemo napraviti tvar koja evoluira, to će u biti definirati život. Predlažem vam, da je tvar koja može evoluirati živa, i to nam daje ideju o stvaranju evoluirajuće tvari.

Hvala vam puno.

(Pljesak)

Chris Anderson: Samo brzo pitanje u vezi vremenske ljestvice. Mislite li da ćete biti uspješni u ovome projektu? Kada?

Lee Cronin: Mnogo ljudi misli da su bili potrebni milijuni godina za život. Mi predlažemo da ga napravimo u samo nekoliko sati, jednom kada smo postavili pravu kemiju.

CA: I kada mislite da će se to ostvariti?

LC: Nadam se u slijedeće dvije godine.

CA: To bi bila velika priča. (Smjeh) U vlastitim razmišljanjima, vjerujete li da postoji mogućnost da na nekom drugom planetu hoda uokolo život koji se ne bazira na ugljiku, da hoda ili curi ili štogod?

LC: Mislim da je mogućnost 100-postotna. Jer stvar je ta da smo veliki šovinisti prema biologiji, ukoliko izuzmete ugljik, postoje ostale stvari koje se mogu dogoditi. Druga stvar je ta da ukoliko uspjemo stvoriti život koji se ne temelji na ugljiku, možda možemo reći NASA-i što da stvarno traži. Nemojte tražiti ugljik, idite i tražite evoluirajuću tvar.

CA: Lee Cronin, sretno. (LC: Hvala vam najljepša.)

(Pljesak)