Lee Cronin: Dar vida à matéria

O que eu vou tentar fazer nos próximos 15 minutos é falar-vos de uma ideia de como vamos dar vida à matéria. Agora, isto pode parecer um pouco ambíguo, mas quando olham para vocês, quando olham para as vossas mãos, apercebem-se de que estão vivos. Ok, esse é um princípio. Esta demanda começou há quatro mil milhões de anos no planeta Terra. Tem havido quatro mil milhões de anos de vida biológica, orgânica. E eu como um químico inorgânico, os meus amigos e colegas fazem esta distinção entre o mundo vivo, orgânico e o mundo morto, inorgânico. E o que eu vou tentar fazer é plantar algumas ideias de como podemos transformar matéria morta, inorgânica em matéria viva, na biologia inorgânica.

Mas antes de fazermos isso, eu estava ansioso por por a biologia no seu lugar. Eu sou absolutamente apaixonado por biologia. Adoro fazer biologia sintética. Adoro dar vida às coisas. Adoro manipular a infraestrutura da biologia. Mas, dentro dessa infraestrutura, temos de nos lembrar que a força motriz da biologia deriva realmente da evolução. E evolução, ainda que tenha sido bem estabelecida há mais de 100 anos por Charles Darwin e um número vasto de outras pessoas, evolução ainda é um pouco intangível. Quando eu falo de evolução Darwiniana, quero dizer uma coisa, e uma coisa apenas, que é a sobrevivência do mais forte. Então esqueçam a evolução numa forma metafísica. Pensem na evolução em termos da descendência a competir, e alguns a ganhar.

Tenham em mente, como um químico, quero perguntar a mim mesmo a questão frustrada pela biologia: Qual é a unidade mínima de matéria que pode seguir uma evolução Darwiniana? Esta parece ser uma questão bastante profunda. E como um químico, nós não estamos habituados a questões profundas todos os dias. Então quando pensei sobre isto, apercebi-me subitamente que a biologia dava-nos a resposta. E, de facto, a unidade mais pequena de matéria que pode evoluir independentemente é, de facto, uma única célula -- uma bactéria.

Então isto levanta três questões realmente importantes: O que é a vida? É biologicamente especial? Os biólogos parecem pensar que sim. A matéria pode evoluir? Agora, se respondermos a estas questões em ordem inversa, a terceira questão -- pode a matéria evoluir? -- se pudermos responder a isso, então iremos saber quão especial é a biologia, e talvez, apenas talvez, tenhamos alguma ideia sobre o que é, de facto, a vida.

Aqui temos uma vida inorgânica. Este é um cristal morto, e eu vou-lhe fazer algo, e ele irá tornar-se vivo. E podem ver, está, de certa forma, a polinizar, germinar e crescer. Este é um tubo inorgânico. E todos estes cristais aqui sob o microscópio estavam mortos há alguns muitos, e agora parecem vivos. Claro, eles não estão vivos. É uma experiência química onde criei um jardim de cristais. Mas, quando eu vi isto fiquei fascinado, porque parecia como a vida. E, enquanto paro durante uns segundos, olhem para o ecrã. Podem ver que há um crescimento arquitectónico a preencher o vazio. E tudo isto está morto. Então eu estou certo que se, de alguma forma, pudermos fazer as coisas imitar a vida, vamos um passo mais longe. Vamos ver se realmente conseguimos fazer vida.

Contudo, há um problema, porque até há, talvez, uma década, era-nos dito que a vida era impossível e que nós éramos o milagre mais imprevisível do universo. De facto, nós éramos as únicas pessoas no universo. Ok, isso é um bocado aborrecido. Enquanto químico, eu queria dizer, "Esperem lá. O que se está a passar aqui? A vida é de facto tão improvável?" E esta é realmente a questão. Eu penso que talvez o aparecimento das primeiras células foi tão provável como a aparecimento das estrelas. E, de facto, vamos um passo mais longe. Digamos que se a física de fusão está inserida no universo, talvez a física da vida também esteja. Então o problema com os químicos -- e esta é também uma enorme vantagem -- é que gostamos de nos focar nos nossos elementos. Na biologia o carbono toma uma posição central. E num universo onde existe carbono e biologia orgânica, temos esta diversidade maravilhosa de vida. De facto, temos formas de vida fantásticas que podemos manipular. Nós somos extremamente cuidadosos no laboratório para tentar evitar vários riscos biológicos.

Então e acerca da matéria? Se pudemos tornar viva a matéria, teríamos o mesmo tipo de riscos? Então pensem, esta é uma questão séria. Se as vossas canetas se pudesse replicar, isso seria um problema. Então temos de pensar de forma diferente se vamos dar vida às coisas. E também temos de estar alerta para os problemas. Mas, antes de podermos fazer vida, vamos pensar por um segundo sobre o que realmente caracteriza a vida. E, desculpem o diagrama complicado. É apenas uma colecção de caminhos na célula. A célula é para nós, obviamente, uma coisa fascinante. Biólogos sintéticos estão a manipula-la. Químicos estão a tentar estudar que moléculas relacionadas com doenças. E nós temos todos estes caminhos a ocorrerem ao mesmo tempo. Temos regulação; informação é transcrita; são feitos fatalizadores; estão a acontecer coisas. Mas, o que faz uma célula? Bem, divide-se, compete, sobrevive. E, eu penso que aqui é onde temos de começar quando pensamos acerca de criar a partir das nossas ideias na vida.

Mas, que outras coisas caracterizam a vida? Bem, eu gosto de pensar nisso como uma chama numa garrafa, e então o que nós temos aqui é a descrição de células singulares a replicarem-se, a metabolizar, queimando compostos químicos. Então temos de entender que se vamos tentar criar vida artificial ou entender a origem da vida, temos de, de alguma forma, lhe fornecer energia. Então antes de começarmos realmente a fazer vida, nós temos de pensar realmente sobre de onde ela veio. O próprio Darwin meditou numa carta a um colega que pensava que a vida tinha provavelmente emergido num qualquer pequeno lago algures -- talvez não na Escócia, talvez em África, talvez noutro lugar qualquer. Mas, a única resposta realmente honesta é que não sabemos. porque há um problema com a origem. Imaginem até há 4,5 mil milhões de anos, havia uma vasta sopa de coisas químicas. E foi dessa coisa que nós saímos.

Então quando pensarem acerca da improvável natureza do que eu vou dizer-vos nos próximos minutos, lembrem-se nós viemos de coisas no planeta Terra. E nós passamos por uma variedade de mundos. As pessoas do ARN falariam do mundo do ARN. De alguma forma chegámos às proteínas e ao ADN. Depois chegámos ao último ancestral. A evolução entrou em acção -- e essa é a parte divertida. E aqui estamos. Mas, há uma barreira que não conseguimos passar. Nós podemos descodificar o genoma, podemos olhar para trás e ligar-nos a todos pelo ADN mitocondrial, mas, não conseguimos ir além do último ancestral, a última célula visível que poderíamos sequenciar ou pensar atrás na história. Então nós não sabemos como aqui chegámos.

Aqui estão duas opções: design inteligente, directo ou indirecto -- portanto, Deus. ou o meu amigo. Agora pensem no E.T. a colocar-nos aqui, ou outra qualquer vida, apenas empurra o problema para a frente. Eu não sou um político, sou um cientista. A outra coisa em que precisamos de pensar é a emergência da complexidade química. Isto parece mais provável. Então nós temos esta espécie de sopa primordial. E esta acontece ser uma boa fonte de todos os 20 aminoácidos. E, de alguma forma estes aminoácidos são combinados, e a vida começa. Mas, a vida começa, o que é que isto significa? O que é vida? O que é esta coisa da vida?

Então, nos da década de 1950 Miller-Urey fizeram a sua fantástica experiência química tipo Frankenstein, onde eles fizeram o equivalente ao que acontece no mundo químico. Eles pegaram nos ingredientes básicos, e puseram-nos num único frasco e pegaram-lhes fofo e fizeram-lhes passar uma grande voltagem. E, eles olharam para o que estava na sopa, e encontram aminoácidos, mas nada saio, não haviam células. Toda a área tem estado um pouco parada, até que voltou a ver acendida nos anos 80 quando tecnologias analíticas e computacionais começaram a ser usadas.

No meu próprio laboratório, a maneira como estamos a tentar criar vida inorgânica é usando muitos formatos diferentes de reacções. O que estamos a tentar fazer é fazer reacções -- não num frasco, mas em dezenas de frascos, e conecta-los, como podem ver neste sistema fluído, todos estes tubos. Podemos fazê-lo em modo microfuído, litograficamente podemos usar impressoras 3D, podemos fazê-lo em gotas para colegas. O ponto principal é ter muita química complexa simplesmente a borbulhar. Mas, isto vai provavelmente redundar em falhanço, por isso precisamos ser um pouco mais focados.

E, a resposta, claro, reside nos ratos. Isto é como eu lembro o que preciso como químico. Eu digo, "Bem, eu quero moléculas." Mas, preciso de metabolismo, preciso de alguma energia preciso de alguma informação, e preciso de um recipiente. Porque se eu quero evolução, necessito de recipientes para competir. Portanto se temos um recipiente, é como entrar num carro. "Este é o meu carro, e eu vou guiá-lo por ai e mostrá-lo." Eu imagino que tenham uma coisa similar na biologia celular com a emergência da célula. Então, estas coisas juntas talvez nos dão evolução. E a forma de testar isso no laboratório é fazê-lo em pequeno.

Então, o que eu vou tentar fazer é arranjar um kit Lego de moléculas inorgânicas. Desculpem as moléculas no ecrã, mas este é um kit bastante simples. Estão presentes apenas três ou quatro tipos diferentes de tipos. E, nós podemos juntá-los e fazer, literalmente, milhares e milhares de nano-moléculas muito grandes do mesmo tamanho que o ADN e proteínas, mas, não está nenhum carbono à vista. Carbono é mau. Então, com este kit Lego temos a diversidade necessária para guardar informação complexa sem ADN. Mas, necessitamos de fazer alguns recipientes. E, há apenas alguns meses no meu laboratório, fomos capazes de fazer estas moléculas muito simples e fazer células com elas. Podem ver no ecrã uma célula a ser feita. Agora vamos por alguma química lá dentro e fazer alguma química nesta célula. E, tudo o que vos queria mostrar é que podemos colocar moléculas em membranas, em células reais, o que depois desencadeia um género de Darwinismo molecular, uma sobrevivência do mais forte molecular.

E, este filme aqui mostra esta competição entre moléculas. As moléculas estão a competir por coisas. Todas elas são feitas das mesmas coisas, mas querem que a sua forma ganhe. Querem que a sua forma persista. E, esse é o ponto. Se conseguirmos, de alguma forma, encorajar estas moléculas a falar umas com as outras e fazer as formas certas e competir, elas irão começar a formar células que irão replicar-se e competir. Se conseguirmos fazer isso, esqueçam os detalhes moleculares.

Vamos alargar a visão e ver o que isso pode significar. Nós temos esta teoria da evolução especial que se aplica unicamente à biologia orgânica, a nós. Se conseguirmos por a evolução neste muito material, então, eu proponho que devemos ter uma teoria geral da evolução. E, isso realmente merece ser pensado. Será que a evolução controla a sofisticação da matéria no universo? Haverá alguma força motriz na evolução que permite à matéria competir? Isso significa que poderíamos começar a desenvolver diferentes plataformas para explorar esta evolução. Então, imaginem se formos capazes de criar vida artificial auto-sustentável, isto não nos irá apenas dizer sobre a origem da vida -- que é possível que o universo não precise de carbono para estar vivo; pode usar qualquer coisa -- podemos então ir um passo mais longe e desenvolver novas tecnologias, porque podemos usar controlo por software para codificar a evolução.

Imaginem então que fazemos uma pequena célula. Queremos colocá-la no ambiente, e queremos que seja alimentada pelo Sol. O que fazemos é envolve-la numa caixa com a luz ligada. E, não usamos mais design. A célula descobre o que funciona. Nós devemos tirar inspiração da biologia. A biologia não se interessa pelo design a menos que funcione. Isto irá, então, reorganizar o modo como desenvolvemos as coisas. Mas, não apenas isso, iremos começar a pensar acerca de como podemos começar a desenvolver relações simbióticas com a biologia. Não seria fantástico se pudéssemos pegar nestas células biológicas artificiais e fundi-las com as biológicas para corrigir problemas que não poderíamos realmente lidar? O assunto principal na biologia celular é que nunca vamos entender tudo, porque é um problema multidimensional criado pela evolução. A evolução não pode ser cortada aos bocados. Nós necessitamos de, de alguma forma, encontrar a função resumo. E, para mim, a realização profunda é que, se isto funcionar, o conceito do gene egoísta é elevado, e podemos começar a falar de matéria egoísta.

E, o que isso significa no universo onde somos agora a maior forma de matéria? Vocês estão sentados em cadeiras. Elas são inanimadas, não estão vivas. Mas, vocês são feitos de coisas, e estão a usar coisas, estão a escravizar coisas. Usando a evolução na biologia, e na biologia orgânica, para mim é muito atraente, muito excitante. E, estamos realmente muito perto de entender alguns aspectos chave do que faz material morto ganhar vida. E novamente, quando estão a pensar no quão improvável isto é, lembrem-se, há 5 mil milhões de anos, nós não estávamos aqui, não havia vida. Então, o que nos irá dizer

acerca da origem da vida e do significado da vida? Talvez para mim enquanto químico eu quero manter afastados termos gerais; quero pensar especificamente. Então, o que significa definir vida? Nós debatermo-nos muito para fazer isso. E, eu penso, se conseguirmos fazer biologia inorgânica, e se conseguirmos fazer matéria evoluir, isso irá, de facto, definir vida. Eu proponho-vos que matéria que pode evoluir está viva, e isto dá-nos a ideia de fazer matéria que possa evoluir.

Muito obrigado.

(Aplausos)

Chis Anderson: Apenas uma rápida pergunta quanto a prazos. Acredita que vai ter sucesso neste projecto? Quando?

Lee Cronin: Muitas pessoas pensam que a vida demorou milhões de anos a aparecer. Nós estamos a propor fazê-lo em apenas algumas horas, uma vez colocada a química certa.

CA: E quando é que pensa que isso irá acontecer?

LC: Esperamos que aconteça nos próximos dois anos.

CA: Essa seria uma grande notícia. (Risos) Para si, quais são as hipóteses de andarem de um lado para o outro num outro planeta vida não baseada no carbono a andar, ou flutuar ou qualquer coisa?

LC: Eu penso que é 100%. Porque acho, nós somos tão chauvinistas para a biologia, se tirarmos o carbono, há outras coisas que podem acontecer. Então a outra coisa é se conseguirmos criar vida não baseada no carbono, talvez possamos dizer à NASA o que realmente devem procurar. Não vão procurar por carbono, vão procurar por coisas que possam evoluir.

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

(Aplausos)