Lee Cronin: Membuat materi menjadi hidup

Hal yang ingin saya coba lakukan dalam sekitar 15 menit ke depan adalah membahas gagasan tentang bagaimana kita akan membuat materi menjadi hidup. Ini mungkin terlihat ambisius, namun jika Anda melihat diri sendiri, melihat tangan Anda, Anda sadar kalau Anda hidup. Inilah titik awalnya. Petualangan ini dimulai 4 miliar tahun yang lalu di Bumi. Kehidupan organik dan biologi sudah ada selama 4 miliar tahun, dan sebagai kimiawan inorganik, saya dan rekan saya membuat perbedaan antara dunia organik yang hidup dan dunia inorganik yang mati. Dan apa yang saya ingin coba lakukan adalah menanamkan gagasan tentang bagaimana kita dapat mengubah materi inorganik tanpa kehidupan menjadi benda hidup, biologi inorganik.

Sebelumnya, saya ingin membahas tentang biologi. Saya sungguh terpesona akan biologi. Saya menyukai biologi sintetis. Saya menyukai benda hidup. Saya menyukai manipulasi prasarana biologi. Namun dalam prasarana itu, kita harus ingat bahwa kekuatan pendorong biologi benar-benar berasal dari evolusi. Dan evolusi, walaupun hal ini telah dimulai lebih dari 100 tahun yang lalu oleh Charles Darwin dan banyak orang lain, evolusi masih sedikit tak terlihat nyata. Saat saya berbicara tentang evolusi Darwin, maksud saya hanya satu hal yaitu yang terbaik bertahan hidup. Jadi lupakan evolusi dalam metafisika. Pikirkan tentang evolusi dalam hal persaingan para keturunan dan beberapa menjadi pemenang.

Jadi ingatlah sebagai kimiawan, saya ingin bertanya pertanyaan yang gagal dijawab oleh biologi: Berapa jumlah minimum materi yang dapat melakukan evolusi Darwin? Hal ini tampaknya pertanyaan yang mendasar. Dan sebagai kimiawan, kami tidak biasa menghadapi pertanyaan mendasar setiap hari. Jadi saat saya memikirkannya, tiba-tiba saya menyadari bahwa biologi memberikan jawabannya. Dan sebenarnya, jumlah materi terkecil yang dapat berevolusi bebas sebenarnya, sebuah sel tunggal -- bakteri.

Lalu hal ini memunculkan 3 pertanyaan yang sangat penting: Apa itu kehidupan? Apakah biologi spesial. Ahli biologi sepertinya berpikir demikian. Apakah materi dapat berevolusi? Jika kita menjawabnya secara terbalik, pertanyaan ketiga -- apakah materi dapat berevolusi? -- jika kita dapat menjawabnya, kita akan tahu seberapa spesialnya biologi, dan mungkin, hanya mungkin, kita mendapat gagasan tentang apa kehidupan sebenarnya.

Inilah beberapa kehidupan inorganik. Ini adalah kristal dan saya akan melakukan sesuatu dan kristal ini akan menjadi hidup. Dan Anda bisa lihat kristal ini menyerbuk, berkecambah, tumbuh. Ini adalah tabung inorganik. Dan semua kristal di bawah mikroskop ini mati beberapa menit yang lalu, dan terlihat hidup. Tentu saja kristal ini tidak hidup. Ini adalah percobaan kimia untuk membuat kebun kristal. Namun saat saya melihatnya, saya sangat terpesona karena kristal itu benar-benar tampak hidup. Saat saya berhenti beberapa saat dan melihat layar ini. Anda dapat melihat ada arsitektur yang tumbuh, mengisi ruang kosong. Dan kristal ini mati. Jadi saya yakin bahwa jika kita dapat membuat benda meniru sesuatu yang hidup, mari kita melangkah lebih jauh. Mari kita lihat jika kita dapat membuat kehidupan.

Namun masalahnya, sampai mungkin 10 tahun yang lalu, kita diberi tahu bahwa kehidupan itu tidak mungkin sehingga kita adalah keajaiban paling menakjubkan di alam semesta. Sebenarnya, kita hanyalah satu-satunya orang di alam semesta. Itu mungkin sedikit membosankan. Sehingga sebagai kimiawan saya ingin mengatakan, "Tunggu. Ada apa ini? Apakah kehidupan benar-benar mustahil?" Dan inilah pertanyaan yang sebenarnya. Saya merasa mungkin perkembangan sel pertama memiliki kemungkinan yang sama seperti munculnya bintang bintang. Lalu, mari kita melangkah lebih jauh. Katakanlah jika ilmu dibalik fusi terdapat di dalam alam semesta mungkin ilmu di balik kehidupan juga demikian. Lalu masalah dengan para kimiawan -- dan sebenarnya juga merupakan keuntungan besar -- adalah kami suka berfokus pada elemen. Dalam biologi, karbon adalah tokoh utama. Dan di alam semesta yang mengandung karbon dan biologi organik, ada semua keragaman kehidupan yang menakjubkan ini. Sebenarnya, ada bentuk kehidupan luar biasa yang dapat dimanipulasi. Kami melakukannya dengan sangat hati-hati untuk mencoba mencegah berbagai resiko.

Lalu bagaimana dengan materi? Jika kami dapat menghidupkan materi, apakah ada resikonya? Jadi pikirkanlah, ini pertanyaan yang serius. Jika pena Anda dapat tersalin sendiri, itu akan menjadi masalah. Jadi kita harus berpikir secara berbeda jika kita ingin membuat benda menjadi hidup. Kita juga harus menyadari masalahnya. Namun sebelum kita dapat membuat kehidupan, pikirkan sejenak apa ciri-ciri dari kehidupan. Harap maklum akan diagram yang rumit ini. Ini hanyalah kumpulan jalur jalur dalam sebuah sel. Dan bagi kita sel itu pastinya adalah hal yang menakjubkan. Para ahli biologi sintetik memanipulasinya. Para kimiawan berusaha mempelajari molekul untuk melihat penyakit. dan semua ini berlangsung pada saat yang sama. Anda memiliki aturan; informasinya dicatat; katalis dibuat; semuanya terjadi. Namun apa yang dilakukan sel? Sel membelah, bersaing, bertahan hidup. Dan saya rasa di sanalah kita harus mulai memikirkan tentang membangun ide kita tentang kehidupan.

Lalu apa lagi ciri-ciri kehidupan? Saya suka membayangkannya sebagai api di dalam botol dan yang ada di sini adalah gambaran dari sel tunggal bereplikasi, bermetabolisme, terbakar melalui reaksi kimia. Jadi kita harus memahami bahwa untuk membuat kehidupan buatan atau memahami asal usul kehidupan kita harus menyalakan hal-hal itu. Jadi sebelum kita dapat membuat kehidupan, kita harus memikirkan tentang asal kehidupan itu. Dan Darwin sendiri mengirim surat berisi pikirannya bahwa dia berpikir mungkin kehidupan muncul dari kolam hangat kecil di suatu tempat -- mungkin bukan di Skotlandia, mungkin di Afrika, mungkin di tempat lain. Namun jawaban yang benar-benar jujur adalah, kita tidak tahu karena ada masalah dengan asal-usul ini. Bayangkan empat setengah miliar tahun lalu, ada sup berisi banyakn bahan kimia. Dan dari bahan-bahan kimia itulah kita muncul.

Jadi saat Anda berpikir bahwa apa yang akan saya katakan dalam beberapa menit ke depan ini mustahil, ingatlah, kita muncul dari bahan-bahan di Bumi. Dan kita telah melalui berbagai dunia. Para ahli RNA akan berbicara tentang dunia RNA. Kita mendapat protein dan DNA. Lalu ada nenek moyang tertua kita. Evolusi dimulai -- itulah bagian menariknya. Dan di sinilah kita berada. Namun ada halangan yang tidak dapat Anda tembus. Anda dapat menyandikan genom, Anda dapat melihat kembali Anda dapat menghubungkannya dengan DNA mitokondria, namun kita tidak dapat melangkah lebih jauh daripada nenek moyang yang tertua, sel tertua yang bisa dilihat yang dapat kita uraikan dan pikirkan sepanjang sejarah. Jadi kita tidak tahu bagaimana kita bisa seperti ini.

Lalu ada dua pilihan, perancangan cerdas, secara langsung maupun tidak -- Tuhan, atau teman saya. Berbicara tentang makhluk asing yang membawa kita kemari, atau kehidupan lain hanya menambah masalah. Saya bukan seorang politisi. Saya seorang ilmuwan. Hal lain yang perlu kita pikirkan adalah munculnya kompleksitas kimia. Hal inilah yang paling mungkin terjadi. Jadi ada semacam sup purba. Dan sup ini ternyata adalah sumber bagus dari semua 20 asam amino. Dan entah bagaimana asam amino ini saling bergabung dan kehidupan muncul. Kehidupan muncul, namun apa artinya? Apa itu kehidupan? Apa arti dari kehidupan itu?

Pada tahun 1950-an, Miller-Urey melakukan percobaan Frankenstein yang fantastis di mana mereka melakukan percobaan dunia kimia yang serupa. Mereka mengambil bahan dasarnya, memasukkannya ke dalam wadah dan menyalakannya dan memberi tegangan tinggi. Dan mereka melihat apa yang ada di dalam sup itu, dan mereka menemukan asam amino. namun tidak ada yang muncul, tidak ada sel. Jadi semua kemajuan ini berhenti sementara dan kembali menyala di tahun 80-an saat teknologi analisis dan komputer muncul.

Di laboratorium saya cara kami mencoba membuat kehidupan inorganik adalah menggunakan banyak bentuk reaksi berbeda. Jadi yang kami lakukan adalah mereaksikan bahan kimia -- tidak dalam satu wadah, puluhan wadah, dan menghubungkannya, seperti yang Anda lihat dalam sistem perpipaan ini. Kita dapat membuat secara mikrofluida atau litografi, kita dapat membuatnya dengan printer 3 dimensi kita dapat membuatnya dalam titik-titik kecil Kuncinya adalah untuk membuat banyak bahan kimia kompleks yang mendidih dan keluar. Namun hal itu mungkin akan gagal jadi kami harus lebih berfokus.

dan jawabannya, tentu saja, ada pada tikus. Beginilah saya mengingat apa yang saya perlukan sebagai kimiawan. Saya mengatakan, "Saya ingin molekul." Namun saya perlu metabolisme dan energi. Saya perlu informasi, dan saya perlu wadah. Karena untuk evolusi, saya perlu wadah tempat persaingan. Jika Anda memiliki wadah, ini ibarat masuk ke dalam mobil Anda. "Inilah mobil saya, saya akan berkeliling dan memamerkannya." Saya pikir biologi seluler juga sama seperti itu dalam perkembangan kehidupan. Jadi hal-hal ini mungkin akan memunculkan evolusi. Dan cara untuk mengujinya di laboratorium adalah membuatnya menjadi sekecil mungkin.

Jadi apa yang kami lakukan adalah menggunakan peralatan Lego molekul inorganik ini. Harap maklum akan molekul-molekul di sini, sebenarnya ini cukup sederhana. Hanya ada tiga atau empat bahan bangunan berbeda yang ada. Dan kita dapat mengumpulkannya dan membuat ribuan nanomolekul yang sangat besar yang berukuran sama dengan DNA dan protein, namun tanpa karbon. Karbon itu buruk. Jadi dengan peralatan Lego ini ada keragaman yang diperlukan untuk penyimpanan informasi kompleks tanpa DNA. Dan kita harus membuat wadah. Dan baru beberapa bulan lalu di dalam lab saya, kami dapat mengambil molekul yang sama dan membuat sel. Di sini Anda bisa melihat bagaimana sel dibuat. dan kini kami menambahkan dan melakukan reaksi kimia di dalam sel ini. Dan yang ingin saya tunjukkan adalah kita dapat mengatur molekul-molekul ini pada membran, dalam sel yang sebenarnya lalu akan terjadi semacam molekul Darwin, seleksi molekul berdasarkan kebugarannya.

Dan film ini menunjukkan persaingan di antara molekul. Molekul bersaing untuk mendapat bahan. Dan molekul itu tersusun dari bahan itu sendiri namun molekul itu ingin menang. Molekul itu ingin bertahan. Dan itulah kuncinya. Jika kita dapat mendorong molekul-molekul ini untuk saling berkomunikasi, membuat bentuk yang benar, dan bersaing, molekul ini akan mulai membentuk sel yang akan tersalin dan bersaing. Jika kita berhasil melakukannya, lupakan masalah molekulnya.

Mari kita perbesar tentang apa arti dari hal itu. Kita memiliki teori khusus evolusi yang hanya berlaku untuk biologi organik, untuk kita. Jika ktia dapat membuat benda-benda berevolusi, saya akan mengajukan bahwa harus ada teori evolusi umum. Dan itulah yang layak dipikirkan. Apakah evolusi mengendalikan kerumitan dari materi di alam semesta? Apakah ada gaya pendorong evolusi yang memungkinkan materi saling bersaing? Sehingga artinya kita dapat mulai mengembangkan wadah wadah yang berbeda untuk menjelajahi evolusi ini. Jadi bayangkanlah, jika kita dapat membuat kehidupan buatan yang dapat bertahan secara mandiri hal ini tidak hanya akan menjelaskan asal-usul kehidupan -- tentang kemungkinan bahwa alam semesta tidak perlu karbon untuk membuat kehidupan; namun dapat menggunakan apa saja -- kita dapat membawanya lebih jauh dan mengembangkan teknologi baru, karena kita dapat menggunakan perangkat lunak untuk menyandikan evolusi.

Bayangkanlah kita membuat sel kecil ini. Kita ingin melepaskannya ke lingkungan dan sel itu menggunakan tenaga matahari. Yang kita lakukan adalah kita memasukkan ke dalam kotak dengan cahaya. Dan kita tidak merancang lagi. Kita mencari tahu apa yang terjadi. Kita harus mengambil inspirasi dari biologi. Biologi tidak peduli tentang rancangan kecuali jika rancangan itu bekerja. Jadi hal ini akan mengatur kembali cara kita merancang sesuatu. Namun bukan hanya itu kita akan mulai berpikir tentang bagaimana kita dapat mulai mengembangkan hubungan simbiosis dengan biologi. Pikirkan betapa hebatnya jika kita dapat membuat sel biologi buatan ini dan menggabungkannya dengan sel biologi untuk memperbaiki masalah yang tidak dapat kita atasi? Masalah biologi seluler yang sebenarnya adalah kita tidak akan dapat memahami semuanya, karena itu adalah masalah multidimensi yang ada karena evolusi. Evolusi tidak dapat dipisahkan. Anda harus dapat menemukan fungsi kebugarannya. Dan realisasi yang penting bagi saya adalah, jika hal ini berhasil konsep tentang keegoisan gen itu akan naik satu tingkat dan kita baru mulai memikirkan tentang keegoisan.

Dan apakah hal itu berarti di alam semesta kitalah bentuk tertinggi dari benda-benda itu? Anda duduk di kursi. Kursi yang mati, kursi yang tidak hidup. Namun Anda terdiri dari benda-benda, dan Anda menggunakan benda, dan memanfaatkan benda itu. Jadi menggunakan evolusi dalam biologi dan biologi organik, sangat menarik dan menyenangkan bagi saya. Dan kita benar-benar sudah sangat dekat pada pemahaman dari langkah kunci untuk membuat benda mati menjadi hidup. Lalu, saat Anda berpikir tentang betapa mustahilnya hal ini, ingatlah, lima miliar tahun yang lalu, kita tidak ada di sini dan tidak ada kehidupan. Sehingga penjelasan apa yang didapatkan

tentang asal-usul dan arti kehidupan? Mungkin bagi eorang kimiawan seperti saya, saya ingin menjauhkan hal-hal umum, saya ingin berpikir tentang hal-hal khusus. Lalu apa arti hal ini dalam menjelaskan kehidupan? Kami benar-benar berjuang untuk menjawabnya. Dan saya rasa, jika kita dapat membuat biologi inorganik dan dapat membuat materi berevolusi hal itu akan menjelaskan kehidupan. Saya ingin mengajukan bahwa materi yang dapat berevolusiitu adalah benda hidup dan ini memberi gambaran tentang pembuatan materi yang dapat berevolusi.

Terima kasih banyak.

(Tepuk tangan)

Chris Anderson: Satu pertanyaan singkat tentang jangka waktunya. Kau yakin kalau kau akan berhasil dalam proyek ini? Kapan?

Lee Cronin: Banyak orang berpikir bahwa membuat kehidupan perlu jutaan tahun. Kami ingin melakukan dalam beberapa jam saja setelah kami mengatur bahan kimia yang tepat.

CA: Lalu menurutmu kapan hal ini bisa terjadi?

LC: Semoga saja dalam dua tahun ke depan.

CA: Ini akan menjadi berita besar. (Tawa) Menurutmu, berapa kemungkinan yang kau yakini bahwa di planet lain ada kehidupan yang tidak berasal dari karbon berjalan atau keluar atau semacamnya?

LC: Saya pikir 100 persen. Karena masalahnya adalah, kita terlalu mengutamakan biologi, jika tidak ada karbon, tidak akan ada yang bisa terjadi. Lalu hal yang lainnya jika kita dapat membuat kehidupan yang tidak berasal dari karbon, mungkin kita dapat mengatakan kepada NASA apa yang harus dicari. Jagan pergi mencari karbon, carilah benda yang dapat berkembang.

CA: Lee Cronin, semoga sukses. (LC: Terima kasih banyak.)

(Tepuk tangan)