Li Kronin: Oživljavanje materije

U narednih petnaestak minuta ću pokušati da vam pričam o ideji kako ćemo da oživimo materiju. Ovo će vam se možda učiniti pomalo ambicioznim, ali kada pogledate sebe, svoje ruke, shvatite da ste živi. Znači to je početak. Ova potraga je počela pre četiri milijarde godina na planeti Zemlji. Prošlo je četiri milijarde godina organskog, biološkog života. A kao neorganski hemičari, moji prijatelji i kolege prave razliku između organskog, živog sveta i neorganskog, mrtvog sveta. A sada ću da pokušam da vam prenesem neke ideje o tome kako možemo transformisati neorgansku, mrtvu materiju u živu materiju, u neorgansku biologiju.

Pre nego što to uradimo, želim da postavim biologiju na svoje mesto. Potpuno sam obuzet biologijom. I volim da se bavim sintetičkom biologijom. Volim stvari koje su žive. Volim da se igram infrastrukturom biologije. Ali u okviru te infrastrukture, moramo se setiti da pokretačka sila biologije zapravo potiče od evolucije. A evolucija, iako je utemeljena pre više od 100 godina od strane Čarlsa Darvina i velikog broja drugih ljudi, evolucija je i dalje malo neuhvatljiva. A kada govorim o darvinovskoj evoluciji, mislim na jednu stvar i samo jednu stvar, a to je opstanak najsposobnijih. I zato zaboravite na evoluciju u bilo kom metafizičkom smislu. Razmišljajte o evoluciji u smislu takmičenja potomaka, i da neki pobeđuju.

I imajući to na umu, kao hemičar, postavio sam sebi pitanje, pitanje otežano biologijom: Koja je najmanja jedinica materije koja je podložna darvinovskoj evoluciji? I to mi se čini dosta ozbiljnim pitanjem. I kao hemičar, nisam navikao da rešavam duboka pitanja svaki dan. Zato kada sam razmislio o tome, onda sam iznenada shvatio da nam je biologija dala odgovor. I zapravo, najmanja jedinica materije koja može samostalno da evoluira je zapravo, pojedinačna ćelija -- bakterija.

Znači to postavlja tri stvarno važna pitanja: Šta je život? Da li je biologija posebna? Biolozi misle da jeste. Da li materija može da evoluira? Ako odgovorimo na ova pitanja obrnutim redosledom, treće pitanje -- da li materija može da evoluira? ako možemo na to da odgovorimo, onda ćemo znati koliko je posebna biologija, i možda, možda, imaćemo neku predstavu o tome šta je zapravo život.

Evo nekog neorganskog života. Ovo je mrtav kristal, i nešto ću mu uraditi, i oživeće. Kao što vidite, to je na neki način oprašivanje, klijanje, rast. Ovo je neorganska cev. I svi ovi kristali ovde pod mikroskopom su bili mrtvi pre par minuta, a sada izgledaju živo. Naravno, nisu živi. To je hemijski eksperiment u kome sam napravio kristalnu baštu. Ali kada sam ovo video, bio sam stvarno fasciniran, jer je izgledalo tako živo. I dok ovo zaustavim na par sekundi, pogledajte ekran. Vidite da arhitektura raste, popunjava prazninu. A ovo je mrtvo. I bio sam siguran da, ako nekako budemo mogli da učinimo da stvari imitiraju život, onda možemo da idemo korak dalje. Hajde da vidimo da li možemo zapravo da napravimo život.

Ali postoji problem, jer do pre negde jednu deceniju, rečeno nam je da je život nemoguć i da smo mi najneverovatnije čudo u svemiru. Zapravo, mi smo jedini ljudi u svemiru. To je pomalo dosadno. Zato kao hemičar, želeo sam da kažem, ''Čekaj malo. šta se ovde događa? Da li je život toliko malo verovatan?'' I to je pravo pitanje. Mislim da je možda pojava prvih ćelija onoliko verovatna koliko i pojava prvih zvezda. Zapravo, hajdemo jedan korak dalje. Da kažemo ako je fizika fuzije kodirana u svemiru, možda je onda i fizika života. I zato je problem sa hemičarima -- a ovo je i ogromna prednost takođe -- u tome što smo fokusirani na elemente. U biologiji, ugljenik je glavni. I u svemiru u kome postoji ugljenik i organskoj biologiji, onda imamo sav ovaj divni raznovrsni život. Zapravo, imamo izvanredne oblike života kojima možemo manipulisati. Veoma smo pažljivi u laboratoriji i pokušavamo da izbegnemo razne biološke opasnosti.

Ali šta je sa materijom? Ako budemo u stanju da oživimo materiju, da li bi onda imali materijalnu opasnost? Zato razmislite, ovo je važno pitanje. Ako bi vaša olovka mogla da se razmnožava repliciranjem, to bi pomalo predstavljalo problem. Zato moramo da razmišljamo drugačije ako ćemo da oživljavamo stvari. I takođe moramo biti svesni problema. Ali pre nego što možemo da stvaramo život, razmislimo na trenutak o tome šta stvarno čini život. Izvinjavam se zbog komplikovanog dijagrama. Ovo je samo skup putanja u ćeliji. A ćelija je očigledno za nas fascinantna stvar. Sintetički biolozi manipulišu njome. Hemičari proučavaju molekule kako bi posmatrali bolest. I imate sve ove putanje koje se događaju u isto vreme. Imate regulisanje; informacije se prepisuju; katalizatori se prave; stvari se događaju. Ali šta ćelija radi? Ona se deli, takmiči, preživljava. I mislim da tu moramo da počnemo u smislu razmišljanja o nadgradnji naših ideja o životu.

Ali šta još čini život? Pa, ja to volim da zamišljam kao plamen u boci. i zato ovde imamo opis pojedinačnih ćelija koje se razmnožavaju, metabolizuju, sagorevaju putem hemije. I zato moramo da razumemo da ako ćemo da pravimo veštački život ili da razumemo poreklo života, moramo nekako da ga napajamo. Zato pre nego što stvarno počnemo da pravimo život, moramo dobro da razmislimo odakle je potekao. I sam Darvin je razmišljao u pismu kolegi da smatra da se život verovatno pojavio u nekoj maloj toploj bari negde -- možda ne u Škotskoj, možda u Africi, možda negde drugde. Ali pravi iskreni odgovor jeste da jednostavno ne znamo, jer postoji problem sa poreklom. Zamislite unazad četiri i po milijarde godina, postoji ogromna hemijska supa stvari. I iz tih stvari smo mi nastali.

I kada razmišljate o neverovatnoj prirodi onoga o čemu ću vam pričati u narednih par minuta, setite se samo, mi smo potekli od stvari na planeti Zemlji. I prošli smo niz svetova. RNK stručnjaci bi govorili o RNK svetu. Nekako smo stigli do proteina i DNK. A onda smo stigli do poslednjeg pretka. Evolucija je počela da deluje -- i to je strava deo. I evo nas ovde. Ali postoji prepreka na putu koju ne možete zaobići. Možete dekodirati genom, možete pogledati u prošlost, možete nas sve povezati mitohondrijskom DNK, ali ne možemo ići dalje od poslednjeg pretka, poslednje vidljive ćelije koju bi mogli da sekvenciramo ili zamislimo nazad u prošlosti. Zato ne znamo kako smo ovde dospeli.

Postoje dve opcije: inteligentni dizajn, direktni i indirektni -- znači Bog, ili moj prijatelj. Ako zamišljamo da nas je E.T. vanzemaljac doveo ovde ili neki drugi oblik života, to samo odgađa problem. Ja nisam političar, ja sam naučnik. Druga stvar o kojoj moramo da razmišljamo jeste pojava hemijskog usložnjavanja. To se čini najverovatnijim. Znači imamo neku vrstu praiskonske supe. A ispostavlja se da je ova dobar izvor svih 20 amino kiselina. I nekako se ove amino kiseline kombinuju, i život počinje. Ali život počinje, šta to znači? Šta je život? Šta je ova stvar koja čini život?

Zato su tokom 1950-ih, Miler i Juri izveli svoj fantastični hemijski Frankenštajn eksperiment, gde su uradili isto u hemijskom svetu. Uzeli su osnovne sastojke, stavili ih u jednu teglu i zapalili ih i pustili dosta struje kroz nju. I pogledali su šta je u supi, i našli su amino kiseline, ali ništa nije nastalo, nije bilo ćelije. Pa je cela oblast zastala na neko vreme, i ponovo zaživela 1980-ih kada su se pojavile analitičke tehnologije i kompjuterske tehnologije.

U mojoj sopstvenoj laboratoriji, način na koji pokušavamo da stvorimo neorganski život jeste da koristimo mnogo različitih reakcionih formata. Znači ono što pokušavamo da radimo jesu reakcije -- ali ne u jednoj posudi, već u desetinama posuda, i da ih povežemo, kao što vidite ovim sistemom protoka, sve ove cevi. Možemo to da radimo mikrofluidno, možemo da radimo litografski, možemo i u 3D printeru, možemo u kapljicama za kolege. A ključna stvar je imati puno složene hemije koja samo ključa. Ali to će se verovatno završiti neuspehom, zato moramo više da se fokusiramo.

I odgovor, naravno, je u miševima. Ovako se podsetim šta mi je potrebno kao hemičaru. Kažem, ''Pa, želim molekule.'' Ali mi je potreban metabolizam, želim nešto energije. Potrebne su mi informacije i potrebna mi je posuda. Jer ako želim evoluciju, potrebne su mi posude za takmičenje. Zato ako imate posudu, to je kao da uđete u svoja kola. ''Ovo su moja kola, i voziću se okolo da pokažem svoja kola''. I zamislite da imate sličnu stvar u ćelijskoj biologji sa pojavom života. Znači ove stvari zajedno nam daju evoluciju, možda. I način da se to testira u laboratoriji jeste da se učini minimalnim.

Znači ono što ćemo probati da uradimo jeste da smislimo neorganski Lego komplet molekula. Zato oprostite zbog molekula na ekranu, ali ovo je veoma jednostavan komplet. Može biti samo tri ili četiri različite vrste gradivnih elemenata tu. I možemo ih sakupiti na gomilu i napraviti bukvalno hiljade i hiljade stvarno velikih nanomolekulskih molekula iste veličine kao DNK i proteina, ali nema ugljenika na vidiku. Ugljenik je loš. Zato sa ovim Lego kompletom, imamo raznovrsnost potrebnu za čuvanje složenih informacija bez DNK. Ali potrebno je da napravimo neke posude. I pre samo par meseci u mojoj laboratoriji, uspeli smo da napravimo ove iste molekule i da napravimo ćelije sa njima. I možete videti na ekranu kako se stvara ćelija. I sada ćemo da stavimo nešto hemije unutra i da radimo malo hemiju u ovoj ćeliji. I sve što sam hteo da vam pokažem jeste da možemo da uspostavimo molekule u membranama, u pravim ćelijama, i onda to uspostavalja neku vrstu molekularnog Darvinizma, molekularnog opstanka najsposobnijih.

Ovaj film ovde pokazuje takmičenje između molekula. Molekuli se takmiče za stvari. Svi su napravljenih od istih stvari, ali žele da pobedi njihov oblik. Oni žele da njihov oblik traje. I u tome je ključ. Ako nekako uspemo da podstaknemo ove molekule da međusobno razgovaraju i prave odgovarajuće oblike i takmiče se, počeće da prave ćelije koje će se razmnožavati i takmičiti. Ako uspemo to da učinimo, zaboravite na detalje kod molekula.

Hajde da se odmaknemo kako bi videli šta bi to moglo da znači. Imamo ovu specijalnu teoriju evolucije koja važi samo za organsku biologiju, za nas. Ako bismo mogli da uvedemo evoluciju u materijalni svet, onda predlažem da bi trebalo da imamo opštu teoriju evolucije. A o tome stvarno vredi razmišljati. Da li evolucija kontroliše usložnjavanje materije u svemiru? Da li postoji neka pokretačka sila kroz evoluciju koja omogućava materiji da se takmiči? To znači da bismo onda mogli da počnemo da razvijamo različite platforme za istraživanje ove evolucije. Zato zamislite, ako smo u stanju da stvorimo samostalni veštački oblik života, ne samo da će nam to nešto reći o poreklu života -- da je moguće da svemiru nije potreban ugljenik da bude živ; može da koristi bilo šta -- možemo onda otići korak dalje i razviti nove tehnologije, jer onda možemo koristiti softversku kontrolu za evoluciju da se kodira.

Zamislite onda da napravimo malu ćeliju. Želimo da je pustimo u sredinu, i želimo da se napaja suncem. Ono što uradimo jeste da je stavimo u kutiju sa uključenim svetlom. I više ne koristimo dizajn. Nađemo ono šta radi. Treba da nas inspiriše biologija. Biologiju ne zanima dizajn osim ako radi. To će reorganizovati način na koji pravimo stvari. Ali ne samo to, počećemo da razmišljamo kako da počnemo da razvijamo simbiotički odnos sa biologijom. Zar ne bi bilo divno da možete da uzmete ove veštačke biološke ćelije i da ih spojite sa biološkim kako bi ispravili probleme koje stvarno ne možemo da rešimo? Pravi problem u ćelijskoj biologiji je to da nećemo nikada razumeti sve, jer je to multidimenzionalni problem postavljen evolucijom. Evolucija se ne može raseći. Morate nekako da nađete funkciju sposobnosti. A ono suštinski važno što sam shvatio je to da, ako ovo radi, koncept sebičnog gena se podiže na viši nivo, i zapravo počinjemo da razmišljamo o sebičnoj materiji.

A zašto je ovo važno u svemiru u kom smo mi sada najviši oblik stvari? Sedite na stolicama. One su nežive, nisu žive. Ali vi ste napravljeni od stvari, koristite stvari i zarobljavate stvari. Zato je primena evolucije u biologiji, i organskoj biologiji, za mene veoma privlačna, veoma uzbudljiva. I stvarno smo veoma blizu da razumemo ključne korake koji čine da mrtve stvari ožive. I opet, kada razmišljate o tome koliko je ovo neverovatno, setite se, pre pet milijardi godina, nas nije bilo i nije bilo života. Šta će nam onda to reći

o poreklu života i smislu života? Jer možda, ja kao hemičar želim da se držim dalje od opštih principa; Hoću da razmišljam o konkretnom. Šta to znači za definisanje života? Stvarno se mučimo da to učinimo. I mislim, da ako možemo da stvorimo neorgansku biologiju, i učinimo da materija može da evoluria, ta činjenica će definisati život. Predlažem vam da materija koja može da evoluira jeste živa, i to nam daje ideju da napravimo materiju koja može da evoluira.

Mnogo vam hvala.

(Aplauz)

Kris Anderson: samo kratko pitanje o vremenskom sledu. Smatrate da ćete biti uspešni u ovom projektu? Kada?

Li Kronin: mnogi ljudi misle da su životu bili potrebni milioni godina da se pokrene. Mi predlažemo da to učinimo za svega nekoliko sati, jednom kada budemo postavili pravu hemiju.

KA: I kada mislite da će se to dogoditi?

LK: Nadamo se u roku od naredne dve godine.

KA: To bi bila važna vest. (Smeh) Po vama, šta mislite da su šanse da na nekoj drugoj planeti šeta oblik života koji se ne bazira na ugljeniku šeta ili curi ili već nešto?

LK: Mislim da su šanse 100 posto. Jer stvar je u tome, mi smo toliki šovinisti prema biologiji, ako izbacite ugljenik, ima drugih stvari koje se mogu dogoditi. Znači druga stvar je da ako uspemo da stvorimo život koji se ne bazira na ugljeniku, možda možemo reći NASA-i šta stvarno da traži. Nemojte da tražite ugljenik, tražite stvari koje mogu da evoluiraju.

KA: Li Kronin, srećno. (LK: Hvala mnogo.)

(Aplauz)