Martin Hanczyc: Garis antara Kehidupan dan Bukan Kehidupan

Jadi bila dilihat sejarahnya, ada perbedaan besar yang memisahkan antara apa yang kita anggap sebagai sistem tidak hidup di satu sisi, dan sistem yang hidup di sisi lain Jadi kita mulai, katakanlah, kristal yang indah dan kompleks ini sebagai "bukan kehidupan", dan kucing yang cantik dan kompleks sebagai "kehidupan". Lebih dari seratus lima puluh tahun ilmu pengetahuan telah mengaburkan perbedaan ini antara sistem yang hidup dan yang tidak hidup, dan sekarang, kita mempertimbangkan bahwa mungkin ada jenis rangkaian kesatuan yang hadir diantaranya. Mari kita ambil satu contoh disini : sebuah virus adalah sistem yang alami, kan? tapi terlalu sederhana. Ia sangatlah sederhana. sehingga tidak memenuhi semua persyaratan untuk hidup, ia tidak memenuhi semua karakteristik dari sistem yang hidup dan bahkan ia seperti sebuah parasit yang butuh sistem kehidupan yang lain, untuk bereproduksi dan berevolusi.

Tapi apa yang akan kita bicarakan disini adalah eksperimen-eksperimen yang dilakukan pada sejenis makhluk yang tidak hidup pada batas spektrum ini -- jadi sebenarnya melakukan eksperimen kimiawi di laboratorium, menggabungkan semua bahan-bahan tidak hidup untuk membuat struktur-struktur baru, dan struktur-struktur baru ini mungkin memiliki beberapa karakteristik dari sistem yang hidup. Sebenarnya apa yang saya bicarakan disini ialah suatu upaya untuk menciptakan semacam kehidupan buatan

Jadi apakah karakteristik-karateristik ini yang saya maksudkan disini? Kita lihat satu-satu. Pertama, kita anggap sebuah kehidupan memiliki tubuh Ini penting untuk membedakan dirinya dari lingkungan sekitarnya. Kehidupan juga memiliki metabolisme. Ini adalah proses yang mana kehidupan mengubah sumber daya yang ada dari lingkungan menjadi bagian-bagian sehingga ia dapat merawat dan membangun dirinya. Kehidupan pun memiliki semacam informasi yang dapat diturunkan. Kita sebagai manusia, menyimpan informasi sebagai DNA di dalam genome kita dan kita menurunkan informasi ini pada keturunan kita. Jika kita menggabungkan dua sifat pertama -- tubuh dan metabolisme-- kita punya sistem yang mungkin dapat berpindah dan bereplikasi, dan jika kita menggabungkan sifat-sifat ini dengan informasi yang dapat diturunkan kita punya sistem yang mungkin mirip seperti kehidupan, dan mungkin dapat berevolusi. Dan jadi hal inilah yang kami coba lakukan di lab, membuat beberapa eksperimen yang memiliki satu atau lebih karakteristik kehidupan semacam ini.

Jadi bagaimana kita melakukan hal ini? Sebenarnya, kami menggunakan sistem model yang kami namakan sel proto. Anda mungkin berpikir ini semacam sel primitif. Ini sebenarnya model kimiawi sederhana dari sel yang hidup, dan jika Anda pikirkan misalnya sebuah sel di tubuhmu mungkin memiliki lebih dari jutaan jenis molekul yang berbeda yang harus bersatu untuk mengambil bagian dalam sistem yang kompleks untuk menghasilkan sesuatu yang kita sebut sebagai kehidupan. Di laboratorium yang ingin kami lakukan hampir sama, tapi dengan susunan TENS dari molekul yang berbeda -- jadi pengurangan yang drastis dari kompleksitas, tapi tetap mencoba menghasilkan sesuatu yang mirip dengan kehidupan. Dan jadi apa yang kami lakukan adalah, kami memulai dengan sederhana dan kami meningkatkan pekerjaan kami hingga menjadi sistem-sistem yang hidup. Coba pertimbangkan sejenak kutipan berikut ini Leduc, seratus tahun yang lalu, mempertimbangkan semacam biologi sintetis "Sintetis kehidupan, bila pernah terjadi, tidak akan menjadi penemuan yang heboh ketika kita terbiasa dengan ide tersebut Itu adalah statemen awalnya. Jadi jika kami benar menciptakan kehidupan di laboratorium, hal ini kemungkinan tidak akan mempengaruhi kehidupan kita secara keseluruhan.

"Jika kita menerima teori evolusi, maka Awal mula sintesis kehidupan harus terdiri atas produksi bentuk-bentuk menengah antara dunia inorganik dan organik atau antara dunia tidak hidup dan dunia hidup, bentuk-bentuk yang memiliki hanya beberapa sifat dasar dari kehidupan" -- jadi, hal yang baru saja saya bicarakan -- "yang mana sifat-sifat lain akan ditambahkan perlahan dalam pengembangan oleh aksi evolusioner dari lingkungan" Jadi kami mulai sederhana, kami membuat beberapa struktur yang mungkin memiliki beberapa karakteristik kehidupan, dan kemudian kami mencoba untuk mengembangkannya untuk semakin menjadi mirip kehidupan. Hal ini dimulai dengan membuat sebuah sel proto. Kami menggunakan cara yang disebut dengan self-assembly. Maksudnya adalah, saya dapat menggabungkan beberapa zat kimia dalam sebuah tabung percobaan di lab saya, dan zat-zat kimiawi ini akan mulai berasosiasi sendiri untuk membentuk struktur yang lebih dan lebih besar lagi. Jadi katakanlah susunan ribuan TENS, ratusan ribu molekul akan menyatu dan membentuk struktur yang lebih besar yang sebelumnya tidak pernah ada. Dan contoh untuk hal ini secara khusus, apa yang saya ambil adalah beberapa molekul membran, lalu menggabungkannya bersama di lingkungan yang tepat dan dalam hitungan detik ia membentuk struktur-struktur yang kompleks dan indah disini. Membran-membran ini pula mirip secara morfologi(bentuk) dan secara fungsional dengan membran di tubuh Anda. dan kita bisa menggunakan hal ini, untuk membentuk tubuh dari sel proto kita.

Demikian pula, kita dapat melakukan hal ini dengan sistem air dan minyak. Seperti Anda tahu, ketika Anda menaruh minyak dan air bersamaan, mereka tidak menyatu, tetapi lewat self-assembly kami dapat setetes minyak yang telah bercampur air untuk dibentuk, dan kami dapat menggunakannya sebagai tubuh bagi organisme buatan kami atau untuk sel proto kami, bila Anda lihat nanti. Jadi hal ini hanya membentuk sebagian bagian tubuh, kan? Beberapa arsitektur. Lantas bagaimana dengan aspek lain dari sistem yang hidup? Jadi kami muncul dengan model sel proto ini yang saya tengah tunjukan. Kami memulainya dengan tanah liat alami dan dinamakan "montmorillonite". Ini alami dari alam, tanah liat ini. Benda ini membentuk permukaan yang, katakanlah, aktif secara kimiawi. Benda ini dapat menjalankan metabolisme di atasnya. Molekul-molekul jenis tertentu suka berasosiasi dengan tanah liat ini. Misalnya, dalam hal ini, RNA, yang berwarna merah -- ini adalah saudara dari DNA ini adalah molekul yang penuh informasi -- Ia dapat hadir dan mulai berasosiasi dengan permukaan tanah liat ini. Strutktur ini, kemudian, dapat mengatur formasi dari batasan membran di sekitar dirinya, jadi ia dapat membentuk tubuh dari molekul-molekul cair disekitarnya, dan hal itu dapat terlihat dengan warna hijau di "mikrograph" ini. Jadi melalui "self-assembly", menggabungkan hal-hal bersama di lab, kami dapat menyimpulkan, bahwa, sebuah permukaan dengan beberapa molekul yang penuh informasi tergabung di dalam tubuh membran ini, kan?

Jadi kami telah berada di jalur sistem hidup. Tapi jika Anda melihat sel proto ini, Anda tidak akan bingung dengannya bila dibandingkan dengan sel yang hidup. Pada dasarnya benda ini tidak memiliki kehidupan. Begitu terbentuk, ia tidak melakukan apapun. Jadi, ada sesuatu yang hilang. Beberapa hal hilang disini. Dan hal yang hilang itu adalah misalnya, jika Anda memberikan aliran energi melalui sebuah sistem, apa yang kita inginkan adalah sebuah sel proto dapat mengambil beberapa bagian dari energi itu untuk merawat dirinya sendiri, seperti yang dilakukan oleh sistem yang hidup. Jadi kami pun menghasilkan model sel proto yang berbeda, dan kali ini jauh lebih sederhana dari yang sebelumnya. Di model sel proto ini, ia hanya sebuah tetesan minyak, tapi sebuah metabolisme kimiawi di dalamnya mengijinkan sel proto ini untuk menggunakan energi yang ada untuk melakukan sesuatu, untuk menjadi benar-benar dinamis, seperti yang dapat kita lihat disini. Anda menambahkan tetesan itu ke dalam sistem. Ini adalah sekumpulan air, dan sel proto itu mulai bergerak sendiri ke sekitaran sistem. Ok? Bentuk tetesan minyak melalui "self-assembly", memiliki sebuah metabolisme kimiawi di dalamnya sehingga ia dapat memakai energi yang ada, dan menggunakannya untuk menggerakan dirinya ke sekitaran lingkungannya.

Seperti yang kita dengar sebelumnya, pergerakan adalah hal yang sangat penting di jenis sistem kehidupan semacam ini. Ia bergerak, menjelajahi lingkungannya, dan memodelkan kembali lingkungannya, seperti yang Anda lihat, dengan gelombang kimiawi ini yang dibentuk oleh si sel proto. Jadi ia beraksi, sepintas, mirip sebuah sistem yang hidup yang mencoba mempertahankan dirinya. Kami mengambil sel proto yang bergerak ini, dan menaruhnya di eksperimen lain, membuatnya bergerak. Dan saya akan menambahkan makanan ke dalam sistem, dan Anda akan melihat warna biru disini, kan? Jadi saya menambahkan sumber makanan ke dalam sistem. Sel proto bergerak. Ia menemukan makanan. Ia mengatur ulang dirinya dan kemudian dapat naik ke konsentrasi tertinggi dari makanan di sistem itu dan berhenti disana. Benarkan? Jadi kita tidak hanya punya sistem yang memiliki tubuh, ia memiliki metabolisme, ia menggunakan energi, ia bergerak. Ia dapat merasakan lingkungan lokalnya dan bahkan mencari sumber daya yang diperlukan untuk bertahan di lingkungannya.

Sekarang, hal ini tidak memiliki otak, ia tidak memiliki sistem saraf. Ini hanya susunan bahan kimiawi ini dapat memiliki sifat yang menarik dan kompleks seperti kehidupan. Jika kita menghitung jumlah zat-zat kimiawi di dalam sistem tersebut, sebenarnya, termasuk dengan air dalam piringan itu, kita punya lima zat kimiawi untuk melakukan hal ini. Jadi kemudian kami menaruh sel-sel proto tadi bersama dalam sebuah eksperimen untuk melihat apa yang akan mereka lakukan dan bergantung pada kondisi-kondisi, kami memiliki beberapa sel-sel proto di kiri yang bergerak ke sekitarnya dan ia suka menyentuh struktur lain di sekitar lingkungannya. Jadi di sisi lain kita punya dua sel-sel proto yang bergerak dan suka untuk melingkar satu sama lain, dan mereka membentuk semacam tarian, tarian yang kompleks satu sama lain. Benar? Tidak hanya sel-sel proto individual yang memiliki perilaku, apa yang kami terjemahkan sebagai perilaku di sistem ini, tapi kami juga punya perilaku pada level populasi yang mendasar mirip dengan apa yang organisme punya. Jadi sekarang Anda telah jadi ahli dalam sel-sel proto, Kita akan memainkan sebuah permainan dengan sel-sel proto ini. Kita akan membuat dua jenis yang berbeda. Sel proto A punya struktur kimia tertentu di dalamnya, ketika diaktifkan, sel proto itu mulai bergetar ke sekelilingnya, seperti menari. Jadi ingat, ini adalah benda yang primitf sel proto yang menari tentu sangatlah menarik bagi kita. (Tertawa)

Sel proto yang kedua memiliki sebuah susunan kimia yang berbeda di dalamnya, dan ketika diaktifkan, sel-sel proto semua bergabung dan mereka melebur menajdi satu bagian besar. Benar? Dan kita cukup menyatukan kedua sel ini bersama dalam sistem yang sama. Jadi disana ada populasi A, disana populasi B, dan kemudian kita mengaktifkan sistem, dan sel-sel proto B, mereka yang berwarna biru, mereka mulai bergabung. Mereka melebur bersama membentuk gelembung besar, dan sel proto yang lain hanya menari disekitarnya. Dan ini hanya terjadi hingga seluruh energi di dalam sistem ini habis digunakan, dan kemudian, permainan selesai. Jadi kemudian saya mengulangi eksperimen ini beberapa kali, dan suatu waktu suatu hal menarik terjadi. Jadi, saya menambahkan sel-sel proto ini bersama ke dalam sistem, dan sel proto A dan sel proto B melebur menjadi satu membentuk sel proto hybrid AB. Hal ini tak pernah terjadi sebelumnya. Inilah dia. Sekarang ada sebuah sel proto AB di dalam sistem ini. Sel proto AB suka menari sebentar, sementara sel proto B melakukan peleburan, okay?

Tapi kemudian sesuatu yang lebih menarik terjadi. Perhatikan ketika dua sel-sel proto besar, yang hybrid, melebur menjadi satu. Dan sekarang kita memiliki sel proto yang menari dan sebuah peristiwa "replikasi-sendiri". Benar. (Tertawa) Hanya dengan tetesan kimia, lagi. Jadi cara hal ini bekerja, Anda memiliki sistem sederhana dari lima zat kimia disini, sistem yang sederhana disini. Dan ketika mereka berhibrida, Anda kemudian membentuk sesuatu yang berbeda dari sebelumnya, bahkan lebih kompleks lagi dan Anda memiliki kehadiran dari perilaku lain dari sistem yang mirip kehidupan yang mana dalam hal ini adalah replikasi.

Jadi karena bisa membuat beberapa sel proto menarik yang kita suka dengan warna-warna yang menarik dan perilaku-perilaku yang menarik, dan mereka sangatlah mudah untuk dibuat, dan mereka memiliki sifat mirip kehidupan, mungkin sel-sel proto ini memiliki sesuatu untuk diberitahukan pada kita mengenai asal muasal kehidupan di Bumi. Mungkin hal ini mewakili sebuah langkah mudah yang dapat dicapai, sebuah langkah pertama dari yang mana kehidupan mulai ada di awal Bumi. Tentu saja, mereka adalah molekul yang ada waktu awal Bumi, tapi mereka bukanlah senyawa murni yang kami gunakan di lab dan yang saya tunjukan dalam eksperimen ini. Mereka lebih pada campuran kompleks dari berbagai jenis hal, karena reaksi kimia yang tidak terkontrol menghasilkan senyawa organik campuran yang majemuk. Pikirkan hal itu seperti sup primordial, okay? Dan semua kolam itu terlalu sulit untuk dikarakterisasikan, bahkan dengan metode modern, dan produk yang berwarna coklat, seperti tar ini di sebelah kiri. Sebuah senyawa murni ditunjukan di kanan, sebagai perbandingan.

Ini mirip seperti apa yang terjadi ketika Anda mengambil gula kristal murni di dapur Anda, kemudian menaruhnya di sebuah panci, dan Anda memberikan energi. Anda memanaskan kompor, dan memulai atau menghancurkan ikatan kimiawi di dalam gula, membentuk karamel yang kecoklatan, kan? Jika anda membiarkannya tidak terkontrol, Anda akan terus membuat dan menghancurkan ikatan kimia dan membentuk campuran yang lebih majemuk dari molekul-molekul yang kemudian membentuk benda hitam yang ada di panci anda, kan? Hal itu sangat susah untuk dicuci. Jadi itulah seperti apa bentuk dari kehidupan awal. Anda butuh kehidupan untuk keluar dari sampah ini yang hadir di Bumi awal. empat, 4.5 milyar tahun lalu. Jadi tantangannya adalah ini, buang semua bahan kimia murni Anda di lab dan coba buat sel-sel proto dengan sifat mirip kehidupan dari sup primordial seperti ini.

Jadi kita dapat kemudian melihat "self-assembly" dari tetesan minyak lagi seperti yang telah kita lihat sebelumnya, dan titik-titik hitam didalam sana mewakili sejenis tar hitam -- yang majemuk, sangat kompleks, dan organik tar hitam. Dan kami menyatukannya ke dalam salah satu eksperimen, seperti yang Anda telah lihat sebelumnya, dan kemudian kita akan melihat pergerakan secara langsung yang keluar darinya. Mereka terlihat sangat baik, pergerakan yang sangat manis, dan juga mereka nampak memiliki semacam perilaku dimana mereka seperti melingkar satu sama lain dan mengikuti satu sama lain, mirip dengan apa yang telah kita lihat sebelumnya -- tapi lagi, bekerja dengan hanya kondisi-kondisi primordial, Tiada zat-zat kimia murni. Ini juga, merupakan sel-sel proto yang didorong tar, juga dapat menemukan sumber daya yang dibutuhkan di lingkungannya. Saya akan menambahkan beberapa sumberdaya tersisa di kiri, disini, ia melebur ke dalam sistem, dan Anda dapat lihat, mereka menyukainya. Mereka menjadi sangat energetik, dan dapat menemukan sumber daya di lingkungan, mirip dengan apa yang kita lihat sebelumnya. Tapi lagi, ini terjadi dalam kondisi-kondisi primordial, kondisi yang sangat berantakan, bukan semacam kondisi steril laboratorium. Ini adalah sel-sel proto kecil yang sangat kotor, dan itu adalah fakta. (Tertawa) Tapi mereka memiliki sifat mirip kehidupan, adalah intinya.

Jadi, melakukan eksperimen-eksperimen kehidupan buatan semacam ini menolong kita menentukan jalur potensial diantara sistem non-kehidupan dan sistem kehidupan. Dan bukan hanya itu, tapi hal ini juga menolong kita membuka pandangan kita akan apa itu kehidupan sebenarnya dan kemungkinan adanya kehidupan bisa jadi di luar sana -- kehidupan yang mungkin sangat berbeda dari kehidupan yang kita temui di Bumi. Dan hal itu menuntunku pada istilah berikut, yang kusebut dengan "kehidupan aneh." Ini adalah istilah dari Steve Benner. yang digunakan sebagai referensi dalam sebuah laporan tahun 2007 oleh Lembaga Riset Nasional di Amerika Serikat, yang mana mereka mencoba untuk memahami bagaimana kita dapat mencari kehidupan entah dimana di alam semesta, okay, terutama jika kehidupan itu sangatlah berbeda dari kehidupan di Bumi. Jika kita pergi ke planet lain dan kita mengira bahwa disana mungkin ada kehidupan, bagaimana kita dapat mengenalinya sebagai kehidupan?

Jadi, mereka muncul dengan tiga kriteria yang sangat umum. Pertama -- dan mereka terdaftar disini. Pertama adalah sistem itu haruslah dalam posisi non-equilibrium. Itu artinya sistem itu tidak dapat mati, dalam hal ini adalah fakta. Pada dasarnya maksud dari hal itu adalah, Anda memiliki masukan energi ke dalam sistem yang mana kehidupan dapat gunakan dan eksploitasi guna menjaga kelangsungan kehidupannya. Ini mirip dengan memiliki Matahari yang bersinar ke Bumi, mendorong proses fotosintesis, yang kemudian mendorong terbentuknya ekosistem. Tanpa Matahari, kemungkinan besar tak akan ada kehidupan di planet ini. Kedua, kehidupan haruslah hadir dalam bentuk cair, jadi ini artinya meskipun kita memiliki struktur-struktur molekul yang menarik tapi mereka begitu keras, maka ini bukanlah tempat yang baik bagi kehidupan. Dan ketiga, kita butuh agar dapat membuat dan menghancurkan ikatan kimia. Dan lagi hal ini penting karena kehidupan mengubah sumber daya dari lingkungan ke blok-blok guna menjaga kelangsungan hidupnya.

Hari ini, saya hendak memberi tahu Anda mengenai sel-sel proto yang aneh dan ajaib ini -- beberapa bagiannya mengandung tanah liat. beberapa memiliki sup primordial di dalamnya, beberapa pada dasarnya minyak yang seharusnya air ada di dalamnya. Kebanyakan darinya tidak berisi DNA, tapi mereka memiliki sifat mirip kehidupan. Tapi sel-sel proto ini memenuhi persyaratan umum ini dari sistem yang hidup. Jadi dengan membuat zat kimiawi ini, eksperimen kehidupan buatan, kita tidak hanya berharap untuk memahami suatu hal dasar tentang asal mula kehidupan dan kehadiran kehidupan di planet ini, tapi juga kemungkinan kehidupan yang bisa hadir di alam semesta. Terimakasih. (Tepuk tangan)