Lee Cronin: Fazendo matéria ganhar vida

O que irei tentar fazer nos próximos 15 minutos é contar a vocês sobre uma ideia de como tentaremos fazer matéria ganhar vida. Isso pode soar um pouco ambicioso, mas quando você olha para si mesmo, olha para suas mãos, você percebe que está vivo. Então este é um começo. Agora, essa busca começou há 4 bilhões de anos no planeta Terra. Houve 4 bilhões de anos vida biológica, orgânica. E como um químico inorgânico, meus amigos e colegas fazem essa distinção entre orgânico, mundo vivo e o inorgânico, mundo morto. E o que irei tentar fazer é plantar algumas ideias sobre como podemos transformar matéria morta, inorgânica em matéria viva, em biologia inorgânica.

Então, antes de fazermos isso, eu gostaria de gentilmente colocar a biologia em seu lugar. E eu sou absolutamente fascinado pela biologia. Eu adoro fazer biologia sintética. Eu adoro coisas vivas. Eu adoro manipular a infraestrutura da biologia. Mas com essa infraestrutura, temos que lembrar que a força motriz da biologia vem realmente da evolução. E evolução, apesar de ter sido estabelecida há mais de 100 anos atrás por Charles Darwin e um vasto número de outras pessoas, evolução ainda é um pouco intagível. E quando eu falo sobre a evolução Darwiniana, eu me refiro a uma coisa e apenas uma coisa, e está é a sobrevivência do mais apto. Então esqueça sobre a evolução de uma forma meio que metafísica. Pense sobre evolução em termos de competição de descendentes, e alguns ganhando.

Então tendo isso em mente, enquanto químico, quero perguntar a mim mesmo a questão frustrada pela biologia: Qual é a menor unidade de matéria que pode sofrer a evolução Darwiniana? E esta parecer ser uma questão bem profunda. E como um químico, não estamos habituados a questões profundas todos os dias. Então quando pensei sobre isso, percebi de repente que a biologia nos deu a resposta. e na verdade, a menor unidade da matéria que pode evoluir independemente é, na verdade, uma única célula -- a bactéria.

Então isto levanta 3 importantes questões: O que é a vida? A biologia é especial? Biólogos parecem acreditar que sim. A matéria evolui? Agora se respondermos essas questões na ordem inversa, a terceira questão -- a matéria evolui? -- se conseguirmos responder isto, então saberemos quão especial a biologia é, e talvez, apenas talvez, teremos uma ideia do que a vida realmente é.

Então aqui está a vida inorgânica. Este é um cristal morto, e eu irei fazer algo com ele, e ele irá ganhar vida. E vocês podem ver, é uma espécie de polinização, germinando, crescendo. Este é um tubo inorgânico. E todos esses cristais aqui debaixo do microscópio estavam mortos alguns minutos atrás, e eles parecem vivos. É claro que eles não estão vivos. É um experimento químico em que fiz um jardim de cristal. Mas quando vi isso, eu fiquei realmente fascinado, porque parece ter vida. E quando paro por alguns segundos, vejam a tela. Você pode ver que tem uma arquitetura crescendo, preenchendo o vazio. E isto está morto. Então eu estava certo que, se de alguma forma conseguissemos imitar a vida, iríamos dar um passo adiante. Vamos ver se realmente conseguimos fazer vida.

Mas tem um problema, porque cerca de mais de uma década atrás, nos disseram que a vida era impossível e que nós éramos o mais incrível milagre do universo. Na verdade, somos as únicas pessoas no universo. Agora, isto é um pouco chato. Então como químico, eu gostaria de dizer, "Espere aí. O que está acontecendo aqui? É a vida assim tão improvável?" E está é realmente a questão. Eu penso que talvez o surgimento das primeiras células foi tão provável quanto o surgimento das estrelas. E na verdade, vamos dar um passo além. Digamos que se a física da fusão está codificada no universo, talvez a física da vida também esteja. Então o problema com os químicos -- e esta é uma grande vantagem também -- é que gostamos de focar em nossos elementos. Na biologia, o carbono toma o centro do palco. E em um universo onde existe carbono e biologia orgânica, então temos toda essa maravilhosa diversidade de vida. De fato, temos tantas formas de vida impressionantes que podemos manipular. Somos terrivelmente cuidadosos no laboratório para tentar evitar vários riscos biológicos.

Bem e sobre a matéria? Se quisermos fazer matéria viva, teremos riscos com a matéria? Então pensem, esta é uma questão séria. Se sua caneta pudesse se copiar, isso poderia ser um pequeno problema. Então temos de pensar diferentemente se formos fazer coisas ganharem vida. E também temos que estar atentos aos problemas. Mas antes de fazermos vida, vamos pensar por um segundo o que realmente caracteriza a vida. E esqueçam o diagrama complicado. Isto é apenas uma coleção de caminhos na célula. E a célula obviamente para nós é uma coisa fascinante. Biólogos sintéticos estão manipulando-a. Químicos estão tentando estudar moléculas para observar doenças. E temos todos esses caminhos acontecendo ao mesmo tempo. Você tem regulamentação; informação é transcrita; catalisadores são feitos; coisas acontecem. Mas o que a célula faz? Bem ela divide, compete, sobrevive. E eu acredito que aqui é onde devemos começar em termos de pensar sobre a construção de nossas ideias na vida.

Mas pelo que mais a vida é caracterizada? Bem, eu gosto de pensar nisso como uma chama numa garrafa. E por isso o que temos aqui é uma descrição de células simples duplicando, metabolizando, queimando através de químicos. E então temos de entender que se formos fazer vida artificial ou entender a origem da vida, precisamos prover energia de alguma forma. Assim antes de realmente começarmos a fazer vida, temos de pensar de onde ela realmente veio. E Darwin mesmo ponderou isto numa carta a um colega e ele pensava que a vida provavelmente surgiu em algum pequeno lago aquecido em algum lugar -- talvez na Escócia, talvez na África, talvez em outro lugar. Mas a verdadeira e honesta resposta é: nós não sabemos, porque existe um problema com a origem. Imaginem há 4 e meio bilhões de anos, existe uma vasta sopa química de coisas. E desta coisa nós surgimos.

Então quando pensamos sobre a improbabilidade da natureza daquilo que irei contar-lhes em alguns minutos, apenas lembrem-se, nós viemos de coisas no planeta Terra. E passamos por uma variedade de mundos. As pessoas do RNA falam sobre o mundo do RNA. Nós de certa forma chegamos a proteínas e DNA. Chegamos então ao último ancestral. O pontapé da evolução -- e essa é a parte legal. E aqui estamos. Mas existe um obstáculo que não podemos passar. Você pode decodificar o genoma, você pode olhar para trás, você pode ligar todos nós através de um DNA mitocondrial, mas não conseguimos ir além do último ancestral, a última célula visível com a qual poderíamos sequenciar ou pensar a história anterior. Então nós não sabemos com chegamos aqui.

Então temos 2 opções: design inteligente, direto e indireto -- portanto Deus, ou meu amigo. Agora falando sobre E.T.s nos colocando aqui, ou outra vida, apenas empurra o problema para frente. Não sou político, sou cientista. A outra coisa que precisamos pensar é o surgimento da complexidade química. Isto parece mais provável. Então temos um tipo de sopa primordial. E esta parece ser uma boa fonte de todos os 20 aminoácidos. E de alguma forma esse aminoácidos são combinados. e a vida começa. Mas a vida começa, o que isso quer dizer? O que é a vida? O que é essa coisa da vida?

Então na década de 1950, Miller-Urey fizeram um fantástico Frankestein de experimento químico, no qual fizeram o equivalente no mundo químico. Eles pegaram os ingredientes básicos, o colocaram em uma jarra e acenderam eles e passaram muita voltagem. E eles olharam o que tinha na sopa, e descobriram aminoácidos, mas nada surgiu, não havia célula. Então toda área ficou emperrada por um tempo, e foi novamente iniciada nos anos 80 quando a tecnologia analítica e a tecnologia do computador estavam surgindo.

Em meu próprio laboratório, a forma como estamos tentando criar vida inorgância é usando muitos formatos de reações diferentes. Então o que estamos tentando fazer são reações -- não em um frasco, mas em dezenas de frascos, e conectando-os juntos, como vocês podem ver neste sistema de fluxos, todos esses canos. Podemos fazer de maneira microfluídica, podemos fazer litograficamente, podemos fazer em uma impressora 3D, podemos fazer em conta-gotas para colegas. E a chave é ter muita química complexa apenas borbulhando. Mas isto provavelmente vai terminar em fracasso, então precisamos ser mais focados.

E a resposta, é claro, encontra-se com os ratos. Isto é como me lembro do que preciso como químico. Eu digo, "Bem eu quero moléculas." Mas preciso de metabolismo, preciso de alguma energia. Preciso de alguma informação, preciso de um receptáculo. Porque se quero evolução, Preciso de um receptáculo que compita. Então se você tem um receptáculo, é como entrar no seu carro. "Este é meu carro, e eu vou dirigir por aí e mostrar meu carro." E eu imagino que se tem algo similar na biologia celular com o surgimento da vida. Então essas coisas juntas nos dão a evolução, talvez. E a forma de testar no laboratório é fazê-lo de forma minimal.

Então o que iremos tentar e faremos é criar moléculas com um kit Lego inorgânico. Então perdoe as moléculas na tela, mas este é um kit muito simples. Existem apenas 3 ou 4 tipos diferentes de blocos presentes. E nós podemos agregá-los e fazer literalmente milhares e milhares de moléculas nano-moleculares realmente grandes do mesmo tamanho do DNA e protéinas, mas não tem carbono a vista. Carbono é mau. E assim com esse kit Lego, temos a diversidade necessária para armazenamento de informações complexas sem DNA. Mas precisamos fazer alguns receptáculos. E apenas alguns meses atrás no meu laboratório, fomos capazes de pegar essas mesmas moléculas e transformá-las em células. E você pode ver na tela uma célula sendo feita. E agora iremos colocar alguma química dentro e fazer química nesta célula. E tudo que quero mostrar-lhes é que podemos montar moléculas em membranas, em células reais, e aí é montados um tipo de Darwinismo molecular, a sobrevivência da molécula mais apta.

E este filme aqui mostra essa competição entre as moléculas. Moléculas estão competindo por material. Elas são todas feitas do mesmo material, mas elas querem que o seu formato ganhe. Elas querem que seu formato persista. E esta é a chave. Se nós de alguma forma encorajarmos essas moléculas a falar umas com as outras e fazer as formas corretas competirem, elas começarão a formar células que irão duplicar e competir. Se conseguirmos fazer isso, esqueça o detalhe molecular.

Vamos diminuir o zoom e ver o que isso pode significar. Então temos essa teoria especial da evolução que se aplica apenas à biologia orgânica, para nós. Se pudessemos trazer a evolução para o mundo material, então eu proponho que deveriamos ter uma teoria geral da evolução. e isto realmente vale a pena ser pensado. A evolução controla a sofisticação da matéria no universo? Existe alguma força motriz através da evolução que permita a matéria competir? Então isto significa que poderiamos começar a desenvolver diferentes plataformas para explorar essa evolução. Então imagine, se formos capazes de criar uma forma de vida artificial auto-sustentável, isso não apenas nos contará sobre a origem da vida -- que é possível que o universo não precise de carbono para viver; pode usar qualquer coisa -- podemos então dar um passo além e desenvolver novas tecnologias, porque podemos então usar controle de softwares para o código da evolução.

Então imagine que façamos uma célula pequena. Queremos colocá-la fora no ambiente, e queremos que ela seja alimentada pelo Sol. O que fazemos é envolvê-la em uma caixa com a luz ligada. E não usamos mais design. Encontramos o que funciona. Podemos pegar nossa inspiração da biologia. Biologia não liga para design a menos que funcione. Então isso irá reorganizar a forma como criamos o design das coisas. Mas não apenas isso, nós começaremos a pensar sobre como podemos começar a desenvolver uma relação simbiótica com a biologia. Não seria o máximo se pudéssemos pegar essas células biológicas artificiais e fundi-las com as biológicas para corrigir problemas que não podemos realmente lidar? A real questão em biologia celular é que nós nunca vamos entender tudo, porque é um problema multidimensional colocado pela evolução. Evolução não pode ser cortada. Você precisa de alguma forma encontrar a função de aptidão. e a profunda realização para mim é que, se isto funcionar, o conceito egoísta de gene será jogado um nível para cima, e nós realmente começamos a falar sobre matéria egoísta.

E o que isto significa em um universo em que somos agora a mais alta forma de material? Vocês estão sentados em cadeiras. Elas são inanimadas, não estão vivas. Mas você é feito de material, e você está usando material, e você está escravizando material. Então usando evolução na biologia, e na biologia inorgânica, para mim é muito atraente, bem excitante. E nós estamos realmente chegando muito perto de entender esses passos chave que fez coisas mortas ganharem vida. E novamente, quando você pensar sobre o quão improvável isto é, lembre-se, 5 bilhões de anos atrás, nós não estávamos aqui, e não havia vida. Então o que isso irá nos contar

sobre a origem e o sentido da vida? Talvez, para mim enquanto químico, eu quero distância de termos gerais; Eu quero pensar sobre as especificidades. Então o que isto significa sobre a definição da vida? Nós realmente lutamos para fazer isto. E eu penso, se pudermos fazer biologia inorgânica, e se pudermos fazer matéria evoluir, isto irá de fato definir a vida. Eu proponho para você que matéria que pode evoluir está viva, e isto nos dá a ideia de fazer matéria evoluir.

Muito obrigado.

(Aplausos)

Chris Anderson: Apenas uma rápida pergunta sobre linha do tempo. Você acredita que irá ser bem sucedido neste projeto? Quando?

Lee Cronin: Muitas pessoas pensam que a vida levou milhões de anos para surgir. Estamos propondo fazer isto em apenas algumas horas, assim que tenhamos estabelecido a química certa.

CA: E quando você acha que isto vai acontecer?

LC: Esperançosamente nós próximos 2 anos.

CA: Isto seria uma grande história. (Risadas) Em sua mente, quais você acredita serem as chances de andando em algum outro planeta tenha vida sem carbono andando ou escorrendo ou algo do tipo?

LC: Eu penso que de 100%. Porque a questão é, nós somos tão chauvinistas com a biologia, se você tira o carbono, existem outras coisas que podem acontecer. Então a outra coisa que se formos capazes de criar vida que não é baseada em carbono, talvez possamos dizer para NASA o que realmente procurar. Não vá procurando por carbono, vá e procure por coisas que evoluem.

CA: Lee Cronin, boa sorte. (LC: Muito obrigado.)

(Aplausos)