Mitä on elämä? Suurin osa 1900-luvusta tämä asia ei koskenut biologia paljon. Elämä on termi runoilijoille, ei tutkijoille, sanoi synteettinen biologi Andrew Ellington vuonna 2008, joka aloitti uransa tutkimalla kuinka elämä alkoi. Ellingtonin sanoista huolimatta niihin liittyvät elämän alkuperäalueet ja astrobiologiatutkimus ovat uudistaneet keskittymisensä elämän tarkoitukseen. Tunnistaakseen toisen muodon, jonka elämä on saattanut saada neljä miljardia vuotta sitten, tai muodon, jonka se on saattanut saada muilla planeetoilla, tutkijoiden on ymmärrettävä, mikä se on, mikä tosiasiassa tekee eläväksi.
Elämä on kuitenkin liikkuva kohde, kuten filosofit ovat jo kauan huomauttaneet. Aristoteles piti "elämää" ja "elämistä" erilaisina käsitteinä - jälkimmäinen oli hänen tapauksessaan kokoelma nykyisiä olentoja, jotka asuvat maailmassa, kuten koiria, naapureita ja bakteereja iholla. Elämän tuntemiseksi meidän on tutkittava eläviä; mutta eläminen muuttuu aina tilassa ja ajassa. Yrittäessään määritellä elämää meidän on otettava huomioon elämä, jonka tunnemme ja jota emme tiedä. Roma-Tre -yliopistosta elämää tutkivan tutkijan Pierre Luigi Luisin mukaan elämä on sellaisena kuin se on nyt, elämä sellaisena kuin se voisi olla ja elämä sellaisena kuin se oli. Nämä luokat viittaavat dilemmaan, jota keskiaikaiset mystiset filosofit ovat käsitelleet. Elämä, kuten he huomasivat, on aina paljon enemmän kuin elävä, ja tästä syystä paradoksaalisestise ei ole koskaan elävien käytettävissä. Tämän todellisen elämän ja mahdollisen elämän välisen kuilun takia monet elämän määritelmät keskittyvät sen kykyyn muuttua ja kehittyä sen sijaan, että rajoittuisi elämän kiinteiden ominaisuuksien määrittelemiseen.
Voidaanko laboratoriossa luoda elämää?
1990-luvun alkupuolella biologi Gerald Joyce, joka on tällä hetkellä Kalifornian Salkin biologisen tutkimuksen instituutissa, neuvoo NASA: ta elämän mahdollisuuksista muilla planeetoilla, auttoi kehittämään yhden yleisimmin käytetyistä elämän määritelmistä. Se tunnetaan nimellä kemiallinen darwinilainen määritelmä: "Elämä on itse ylläpitävää kemiallista järjestelmää, joka pystyy Darwinian evoluutioon." Vuonna 2009, vuosikymmenien työn jälkeen, Joycen ryhmä julkaisi paperin, joka kuvaa RNA-molekyyliä, joka kykenee katalysoimaan omaa synteesireaktiota luodakseen lisää kopioita omasta. Tämä kemiallinen järjestelmä täytti Joycen määritelmän elämästä. Mutta kukaan ei uskaltanut kutsua häntä eläväksi. Ongelmana on, että hän ei ollut tehnyt mitään uutta tai epätavallista.
"Eräänä päivänä tämä genomi pystyy yllättämään luojaansa sanalla - tempulla tai uudella askeleella melkein elämän pelissä - jota hän ei odota kuulevansa", kirjoitti New York Times luomuksesta. "Jos se tapahtui, jos se tapahtui minulle, olisin onnellinen", sanoo tohtori Joyce. Ja hän lisää: "En oleta väittävänsä, mutta se on elossa."
Joyce yrittää ymmärtää elämää luomalla laboratoriossa yksinkertaisia eläviä järjestelmiä. Prosessissa hän ja muut synteettiset biologit ilmentävät uusia eläinlajeja elävässä muodossa. Jokainen yritys syntetisoida uusia elämänmuotoja viittaa siihen, että mahdollisia elämämuotoja on paljon enemmän, ehkä äärettömästi enemmän. Synteettiset biologit voivat muuttaa elämän kehitystä tai sen kehittämiä kykyjä. Heidän työnsä herättää uusia kysymyksiä elämän evoluutiomääritelmästä. Kuinka luokitella elämä, joka on muuttunut, josta on tullut evoluution kärkipisteen tuote, evoluutioketjun tauon tuote?
Synteettisen biologian historia juontaa juurensa vuoteen 1977, kun Drew Andy, yksi synteettisen biologian perustajista ja nykyään bioinsinöörin professori Kalifornian Stanfordin yliopistossa, yritti luoda laskennallisen mallin yksinkertaisimmasta elämänmuodosta, jonka hän löysi: T7-bakteriofagi, virus, joka tartuttaa bakteereja. colibacilluksen. Tämän viruksen kaarevissa jaloissa oleva kristallipää on kuin lasku, joka laskeutuu kuuhun ja tarttuu bakteerikantajaan. Tämä bakteriofagi on niin yksinkertainen, että eräiden määritelmien mukaan sitä ei voida edes kutsua eläväksi. (Kuten kaikki virukset, se luottaa lisääntymisensä isäntäsolun molekyylirakenteisiin.) T7-bakteriofagossa on yhteensä 56 geeniä, ja Andy ajatteli, että olisi mahdollista luoda malli, jossa otetaan huomioon faagin jokainen osa ja miten nämä osat toimivat yhdessä:ihanteellinen esitys, joka ennustaa kuinka faagi muuttuu, jos yksi näistä geeneistä poistetaan tai poistetaan.
Mainosvideo:
Andy rakensi sarjan T7-bakteriofaagimutantteja purkamalla systemaattisesti geenejä tai muuttamalla niiden sijaintia pienessä T7-genomissa. Mutta mutanttifaagit sopivat malliin hyvin lyhyeksi ajaksi. Muutos, jonka olisi pitänyt johtaa heidän heikkenemiseen, johti siihen, että heidän jälkeläisensä rikkoivat E. coli -solut kaksi kertaa niin nopeasti kuin ennen. Ei toiminut. Lopulta Andy tajusi: "Jos haluamme mallintaa luonnollista maailmaa, meidän on kirjoitettava luonnollinen maailma uudelleen niin, että siitä tulee simuloitua." Sen sijaan, että etsisit parempaa karttaa, vaihda aluetta. Siten synteettisen biologian ala syntyi. Lainaamismenetelmät ohjelmoinnista, Andy alkoi "reflektoida" T7-bakteriofagin genomia. Hän loi bakteriofagin T7.1, elämänmuodon, joka on suunniteltu helpottamaan ihmismielen tulkintaa.
Phage T7.1 on esimerkki ns. Darwinilaisesta yli-elämästä: elämä, joka johtuu olemassaolostaan ihmissuunnittelulle, ei luonnolliselle valinnalle. Andyn kaltaiset bioinsinöörit näkevät elämän kahdella tavalla: fyysisenä rakenteena toisaalta ja tietorakenteena toisaalta. Teoriassa elämän ihanteellisen esityksen tulisi aktivoida näkymätön siirtyminen tiedon ja aineen, suunnittelun ja toteutuksen välillä: muutama muutama DNA-kirjain tietokoneen näytöllä, tulostamalla organismi suunnittelusi mukaan. Tällä lähestymistavalla evoluutio uhkaa pilata insinöörin suunnittelun. Biologisen suunnittelun säilyttäminen voi edellyttää, että aiottu organismi ei voi lisääntyä tai kehittyä.
Päinvastoin, Joycen halu olla yllättynyt molekyyleistään viittaa siihen, että kyky avata evoluutio -”kekseliäitä, kaikkivoivia, rajattomia” - on elämän tärkein kriteeri. Tämän ajatuksen mukaisesti Joyce määrittelee elämän geenijärjestelmäksi, joka sisältää enemmän bittiä tietoa kuin sen saamiseksi tarvittava määrä. Mutta tämän määritelmän mukaisesti, jos otamme kaksi identtistä järjestelmää, joilla on erilainen historia - yksi suunniteltu ja toinen kehitetty -, vain jälkimmäistä pidetään elävänä; rationaalisesti suunniteltu järjestelmä on monimutkaisuudestaan riippumatta yksinkertaisesti "tekninen esine".
Suunnittelu ja kehitys eivät aina ole vastakkaisia. Monissa synteettisissä biologiaprojekteissa käytetään sekoitusta rationaalista suunnittelua ja suunnattua evoluutiota: ne rakentavat joukon mutanttisoluja - eri versioissa - ja valitsevat parhaan. Vaikka Joycen uusi elämäkuva sisältää evoluution, se vaatii myös äkillisen ilmestymisen eikä pitkän darwinilaisen kehityksen. Syntyvä elämä sopii äkillisten innovaatioiden kulttuuriin, jonka ideoihin kuuluu toimivan silmän maaginen ulkonäkö 3D-tulostimelta. Suunnittelu ja kehitys ovat myös yhteensopivia, jos bioinsinöörit näkevät geneettisen monimuotoisuuden tulevien elämänmuotojen suunnitteluselementtien aarrearkana.
Joillekin synteettisille biologille polku mihin mystiikka kutsuu elämää elämän ulkopuolelle - joka ylittää elämän sellaisena kuin me sen tiedämme - on biologisen tekniikan avulla. Andy kuvaa kutsumustaan haluaan osallistua elämään, kutemaan uudenlaisia "uskomattomia malleja, jotka kukoistavat ja ovat olemassa". Joyce vastustaa elämää ja tekniikkaa perustavanlaatuisella termodynaamisella taipumuksella häiriöihin ja rappeutumiseen. Mitä uusia muotoja elämä saa? Aika kertoo.
Ilja Khel