Lee Cronin: Az anyag életre keltése

Az elkövetkező kb. negyedórában arról az elképzelésről beszélnék Önöknek, hogyan próbáljuk az anyagot életre kelteni. Ez egy kissé ambiciózusnak tűnhet, de ha önmagukra gondolnak, vagy a kezükre néznek, megállapíthatják, hogy élnek. Innen már el lehet indulni. A Föld bolygón mindez 4 milliárd évvel ezelőtt kezdődött. 4 milliárd éve létezik a szerves, biológiai élet. Szervetlen kémikus vagyok - barátaim és kollégáim különböztetik így meg, hogy van a szerves, az élő világ - és van a szervetlen, a halott világ. Szóval megpróbálok elültetni néhány ötletet, hogy hogyan tudnánk a szervetlen, halott anyagot élő anyaggá alakítani, létrehozni a szervetlen biológiát.

Mielőtt ezt tennénk, a helyére szeretném tenni a biológiát. Mert a biológia engem teljességgel lenyűgöz. Imádok szintetikus biológiával foglalatoskodni, imádom az élő dolgokat, és imádok a biológia alap-szerkezeteiben babrálni. Ebben az alap-szerkezetben, jó ha ezt észben tartjuk, a biológia hajtóereje valójában az evolúcióból ered. Az evolúció - bár jóval több mint 100 éve alapozta meg Charles Darwin és igen sokan mások azóta - az evolúció még mindig elég megfoghatatlan. Amikor darwini evolúcióról beszélek, kizárólag egyetlen dolgot értek alatta, mégpedig hogy a legrátermettebb él tovább. Szóval most ne foglalkozzunk az evolúcióval bármilyen elvont értelemben. Tekinsük úgy az evolúciót mint a leszármazottak versengését amiből némelyik győztesen kerül ki.

Ezzel a gondolattal a fejemben, tenném fel magamnak, mint kémikusnak a biológia izgalmas kérdését: Mi az anyag legkisebb egysége amire a darwini evolúció hatni tud. Ez igen mélyreható kérdésnek tűnik. Kémikusként nem szoktunk naponta mélyenszántó kérdesekkel foglalkozni. Így, amikor belegondoltam, egyszerre csak rájöttem, hogy a biológia már megadta a választ. Bizony, az anyag legkisebb egysége ami önállóan képes az evolúcióra, az valójában egyetlen sejt -- egy baktérium.

Ez azonban három igen fontos kérdést vet fel: Mi az élet? Különleges-e a biológia? A biológusok szerint igen... Hat-e az anyagra az evolúció? Ha ezekre a kérdésekre fordított sorrendben válaszolunk, a harmadik -- evolúcióképes-e az anyag? -- ha erre válaszolni tudunk, akkor tudni fogjuk, mennyiben különleges a biológia, és talán, de csak talán, lesz valami fogalmunk arról, mi is az élet valójában.

Na, hát itt van egy kis szervetlen élet. Ez egy halott kristály, de csinálok vele valamit, amitől életre fog kelni. Láthatják: megtermékenyül, kicsírázik, növekszik. Ez itt egy szervetlen cső. Ezek a kristályok meg, a mikroszkóp alatt, mozdulatlanok voltak az előbb, és most élőnek tűnnek. Persze, nem élnek. Ez egy kémiai kísérlet, amiben egy kristály-kertet csináltam. De amikor először láttam, tényleg megigézett, mert olyan életszerűnek tűnt. S most, megállok pár másodpercre, nézzenek a képernyőre. Valami szerkezet látnak növekedni, amint betölti az űrt. Pedig ez halott. Eltökéltem hát, hogy ha rá tudunk venni dolgokat, hogy az életet utánozzák, menjünk egy lépéssel tovább. Nézzük meg tudunk-e valódi életet csinálni.

De van egy bökkenő, mert közel tíz évvel ezelőttig azt mondták nekünk, hogy az élet lehetetlen, és mi vagyunk a világegyetem leghihetetlenebb csodája. Valójában mi volnánk az egyedüli lények a világegyetemben. De ez kicsit unalmas. Ígyhát kémikusként inkább azt mondanám: "Várjunk csak! Mi történik itt?" Tényleg annyira valószínűtlen az élet? Valójában ez az igazi kérdés. Én úgy gondolom, hogy az első sejtek kalakulása éppen olyan valószínű volt, mint a csillagok keletkezése. Vigyük csak ezt a gondolatot még egy lépéssel tovább: Mondjuk azt, hogy ha a magfúzió fizikája bele van kódolva az univerzumba, lehet, hogy ugyanígy az élet fizikája is. Az a baj a kémikusokkal, ami persze hatalmas előny is egyben -- hogy az elemekre szeretünk figyelni. A biológiában a szén áll a reflektorfényben. Egy olyan világban, ahol van szén és szerves biológia megkapjuk az élet csodálatos sokszínűségét. Tényleg nagyon klassz életformák vannak, amiken kísérletezhetünk. Borzasztó óvatosak vagyunk a laboratóriumban, hogy mindenféle biológiai veszélyt elkerüljünk.

De mi lesz az anyaggal? Ha életre kelthetnénk az anyagot, akkor lennének anyag-veszélyek? Szerintem ez egy komoly kérdés. Ha például a golyóstoll szaporodni tudna, az egy kicsit problémás lenne. Másként kell gondolkodnunk, ha életre akarjuk kelteni a dolgokat, és tisztában kell lennünk az aggályokkal is. De mielőtt életet tudnánk alkotni, gondolkodjunk el egy kicsit, mi jellemzi igazán az életet. Elnézést a bonyolult ábráért, ez csak egy kis gyűjteménye a sejtbéli kémiai útvonalaknak. Mert a sejt számunkra nyilván érdekfeszítő. A szintetikus biológusok beleavatkoznak itt-ott. Kémikusok a molekulákat próbálják vizsgálni, hogy megértsék a betegségeket. Ezek a kémiai útvonalak eközben mindvégig ugyanott működnek. Van szabályozás; információ íródik át; katalizátorok készülnek; dolgok történnek. De mit csinál a sejt? Hát osztódik, versenyez, túlél. Úgy gondolom, innen kell kiindulnunk, ilyen fogalmakban gondolkodnunk, az élet elképzeléséből kell építkeznünk.

Mivel jellemezhető még az élet? Gyakran úgy gondolok rá, mint egy palackba zárt lángocskára. Amit így láthatunk az az egysejtűek leírása: szaporodásuk, anyagcseréjük az égés különböző kémiai formái. Így foghatjuk fel, hogy ha mesterséges életet csinálnánk, vagy meg akarjuk érteni az élet eredetét, energiával kell táplálnunk valahogy. Tehát mielőtt el tudnánk kezdeni az élet-alkotást tényleg meg kell gondolnunk, honnan is ered. Maga Darwin is azon tűnődött egy munkatársának írt levelében, hogy szerinte az élet valószínűleg egy meleg pocsolyában keletkezett -- talán nem Skóciában, inkább Afrikában, vagy valahol másutt. De az őszinte válasz az, hogy egyszerűen nem tudjuk, mert van egy probléma a kezdeteknél. Képzeletben menjünk vissza négy és fél milliárd évet, amikor egy hatalmas kémiai leves volt az egész. Ebből a levesből jöttünk.

Szóval, ha a valószínűtlennek gondolják amit a következő percekben elmesélek, emlékezzenek erre, hogy ebből az anyagból vagyunk itt a Földön. Átmentünk a világ jónéhány változásán. Az RNS-lények mesélhetnének az RNS világról. Mi valahogy eljutottunk a fehérjékig és a DNS-ig. Aztán eljutottunk az ősi elődünkig. Beindult az evolúció -- és innentől izgi. Itt vagyunk. Csakhogy van egy akadály, amin nem tudunk átvergődni. Visszafejthetjük a géneket, visszanézhetünk a múltba, mindnyájunkat összekapcsolhat a mitokondriális DNS, de nem juthatunk az ősi elődünknél visszább, az első látható sejt elé amit dekódoltunk, vagy elképzelünk az őstörténetben. Tehát még mindig nem tudjuk, hogy kerültünk ide.

Két lehetőség van: intelligens tervezés, közvetlen vagy közvetett -- tehát Isten, vagy a kis barátom. Ha azt mondjuk, hogy E.T. hozott minket, vagy más életet, ez csak elodázza a problémát. Nem vagyok politikus, tudós vagyok. A másik dolog, amire gondolnunk kell, az a kémiai összetettség megjelenése. Ez tűnik a legvalószínűbbnek. Így hát van valamiféle ős-levesünk. Ami éppenséggel mind a 20 aminosavnak jó forrása. Aztán valahogyan ezek az aminosavak összeállnak és elkezdődik az élet. Elkezdődik az élet -- de mit is jelent ez? Mi az élet? Mi ez az élő anyag?

Az 1950-es években, egy fantasztikus kémiai Frankenstein kísérletet végzett Miller és Urey, amiben kipróbálták ugyanezt a kémia világában. Vették az alapanyagokat, berakták egy üvegbe, begyújtották őket, és jó sok feszültséget vezettek át rajtuk. Aztán megnézték, mi lett a levesben, és aminosavakat találtak, de semmi egyebet, nem volt ott sejt. Ezzel az egész terület leragadt egy kis időre, és csak a 80-as években indult újra, amikor az analitikai módszerek és a számítógépek fejlődésnek indultak.

Az én laboromban, ahogy próbálunk szervetlen életet alkotni, sok különböző reakció-fajtát használunk. Tehát reakciók sorát próbáljuk előidézni -- nem egy kémcsőben, hanem több tucatnyi kémcsőben, amiket összekötünk, látják: ezzel az áramlási rendszerrel, ezzel a rengeteg csővel. Használjuk a mikrofluidikát, használjuk a litográfiát, 3D nyomtatóban is gyártjuk őket, akár egyedi cseppekben is elkészítjük a kollégáknak. A kulcs az, hogy rengeteg komplex kémia legyen benne ami "csak úgy" zajlik. Ez így persze valószínűleg nem vezetne eredményre, ezért egy kicsit jobban kell koncentrálnunk.

Mit is akarok M.A. I.T.t? Így juttatom eszembe, mi kell nekem, kémikusnak. M! azaz: "Molekulákat akarok." A! mint Anyagcsere, mert kell az energia. Kell "I" - információ, és kell egy "T" - tárolóedény. Mert ha evolúciót akarok, ezeket a tárolókat kell versenyeztetnem. Ha van ilyen edényünk, az olyan, mint beülni az autóba. "Ez a kocsim, és körbefurikázok vele, hogy mutogassam." Valahogy hasonlóan képzelem a sejtbiológiában ahogy az élet kialakult. Ezen dolgok együttese adhatja ki az evolúciót, talán. Hogy ezt a laboratóriumban kipróbálhassuk, le kell egyszerűsítenünk.

Megpróbálunk tehát egy szervetlen molekulákból álló Lego készletet összerakni. Bocs a képernyőn a molekulákért, ez egy igen egyszerű kis készlet. Három vagy négy különböző elemből áll össze az egész. Ezeket össze tudjuk illeszteni és tényleg ezer és ezerféle hatalmas nano-molekulát készítünk, akkorát mint a DNS és a fehérjék, de szén egyikben sincs. A szén ki van zárva. Ezzel a Lego készlettel megvan a szükséges sokféleség a komplex információ-tároláshoz DNS nélkül. De kellene valamilyen tárolóedény is. A laborunkban pár hónappal ezelőtt sikerült ugyanezekből a molekulákból sejteket előállítanunk. A képernyőn most ezt látják, épp egy sejt készül. Aztán belerakjuk a vegyszereket, és egy kis kémiát művelünk a sejten belül. Ezt szeretném megmutatni Önöknek, hogy be tudunk pakolni molekulákat membránokba, valódi sejtekbe, és így előáll egyfajta molekuláris Darwinizmus, a legrátermettebb molekulák túlélése.

Ez a film pedig a molekulák közti versengést mutatja. A molekulák a nyersanyagokért versengenek. Mindegyik ugyanazon építőelemekből áll, de a saját alakjukat akarják, hogy győzzön. Az alakjuk fennmaradásáért küzdenek. Ez a lényeg. Ha valahogy rá tudjuk venni a molekulákat, hogy beszélgessenek és a megfelelő alakzatok készüljenek és versengjenek, akkor elkezdenek sejteket alakítani amik másolódnak és versenyeznek. Ha ez sikerül, elfelejthetjük a molekuláris részleteket.

Nézzük messzebről, mit jelenthet ez. Van egyszer az evolúció speciális elmélete, ami csak a szerves biológiára, tehát ránk érvényes. Ha be lehet vezetni az evolúciót az anyagok világába, akkor, úgy gondolom, egy általános evolúció-elméletre lesz szükségünk. Ezen igazán megéri elgondolkodnunk. Valójában az evolúció irányítaná az anyag szerveződését a világegyetemben? Működik az evolúción keresztül valamilyen hajtóerő ami az anyagot versengésre bírja? Ez azt jelenti, hogy akkor elkezdhetünk más platformokat kialakítani hogy feltárjuk ezt az evolúciót. Képzeljék csak el, ha önfenntartó mesterséges életformát tudunk létrehozni, ez nemcsak az élet eredetéről árul el sokat -- hogy az univerzumnak nincs szüksége szénre, hogy éljen; bármit használhat -- akkor még egy lépéssel tovább mehetünk, és új technológiákat fejleszthetünk, mert akkor szoftver-irányítással programozhatjuk az evolúciót.

Képzeljék el, hogy létrehozunk egy kis sejtet. Ki akarjuk ereszteni a külvilágba, és azt szeretnénk, hogy a Naptól kapja az energiát. Csak betesszük egy dobozba, ahol van fény és hagyjuk fejlődni. Így nem kell külön tervezéssel foglalkoznunk. Kiválasztjuk ami működik. Vegyünk példát a biológiáról. A biológiát nemigen érdekli a formatervezés, ha egyszer működik valami. Ez teljesen átalakítja majd ahogyan a dolgainkat megalkotjuk. De nemcsak azt, elkezdhetünk gondolkodni azon is, hogyan alakítsunk ki egy szimbiotikus viszonyt a biológiával. Milyen remek volna, ha ezeket a mesterséges biológiai sejteket összeilleszthetnénk a biológiaiakkal és megoldhatnánk olyan problémákat amikkel nem tudunk ma mit kezdeni? Lényeges aggály a sejtbiológiában, hogy soha nem fogunk mindent megérteni, mert az evolúció egy sokdimenziós probléma elé állít minket. Az evolúciót nem lehet feldarabolni. A rátermettség függvényét kell valahogy megtalálnunk. Számomra az alapvető felismerés az, hogyha ez itt működik, akkor az önző gén fogalma egy szinttel feljebb emelkedik, és komolyan elkezdhetünk az önző anyagról beszélni.

Vajon mit jelent ez egy univerzumban, ahol most éppen mi vagyunk az anyag legmagasabb szerveződési formája? Önök székeken ülnek. Azok élettelenek, nem élők. De Önök is anyagból vannak, anyagot használnak, és az anyag a rabszolgájuk. Az, hogy az evolúciót kihasználhatnánk a biológiában és a szervetlen biológiában, nekem nagyon vonzó, izgalmas lehetőség. Egyre közelebb kerülünk ahhoz, hogy megértsük a legfontosabb lépéseket, amik a holt anyagot életre keltik. Mégegyszer, ha arra gondolnak, ez milyen valószínűtlen, ne feledjék, ötmilliárd évvel ezelőtt, nem voltunk itt, nem létezett az élet. Mit mondhat ez nekünk

az élet eredetéről és az élet értelméről? Bár nekem, mint kémikusnak talán azt -- mivel én távol tartanám magam az általánosságoktól, s inkább a részleteken gondolkodom; szóval mit jelent ez az élet definíciója szempontjából? Komolyan küzdünk ezen, hogy megcsináljuk. Azt hiszem, ha sikerül a szervetlen biológiát létrehozni, ha evolúció-képessé tesszük az anyagot, valójában az fogja definiálni az élet fogalmát. Azt állítom tehát Önöknek, hogy ami evolúció-képes, az él ezért dolgozunk az evolúció-képes anyag létrehozásán.

Köszönöm szépen!

(taps)

Chris Anderson: Csak egy gyors kérdés az időzítésről. Úgy gondolja, hogy sikerrel jár majd a próbálkozásuk? Mikor?

Lee Cronin: Sokan úgy gondolják, hogy az életnek több millió évre volt szüksége, hogy beinduljon. A mi ajánlatunk ugyanez, csak néhány óra alatt, ha sikerül összeraknunk a megfelelő kémiát hozzá.

CA: De mit gondol, mikor for ez megtörténni?

LC: Remélhetőleg két éven belül.

CA: Az hatalmas sztori lenne. (nevetés) Az Ön elképzelése szerint, mit gondol, mi az esélye, hogy valahol egy másik bolygón valami nem szén-alapú élet mászkál, szivárog, vagy ilyesmi?

LC: Szerintem ez 100 százalék. Az a helyzet, hogy mi túlságosan biológia-soviniszták vagyunk, pedig ha elvesszük a szenet, más dolgok is történhetnek. A másik dolog hogyha létre tudunk hozni nem a szénre alapozott életet, talán meg tudjuk mondani a NASA-nak is, mire figyeljenek. Hogy ne a szenet keressék, hanem evolúcióra képes anyag után kutassanak.

CA: Lee Cronin, sok szerencsét! (LC: Nagyon szépen köszönöm!)

(taps)