Monet meistä eivät tarvitse ajatella liikaa erottaakseen elävät olennot elottomista. Mies on elossa, kivi ei. Se on niin yksinkertaista! Tiedemiehet ja filosofit eivät kuitenkaan usko, että tällaista yksinkertaista eroa voidaan rajoittaa, anteeksi sanaleikki. He ovat käyttäneet tuhansia vuosia yrittäessään selvittää, mikä saa meidät eloon. Suuret mielet Aristoteleksesta Carl Saganiin ovat tarjonneet selityksensä - eivätkä ole vieläkään keksiä määritelmää, joka tyydyttäisi kaikkia. Kirjaimellisessa mielessä meillä ei vielä ole "merkitystä" elämässä.
Jos jotain, elämän määrittelystä on tullut vieläkin vaikeampaa noin 100 viime vuoden aikana. 1800-luvulle saakka yksi yleinen ajatus oli, että elämää elävöittää "elämän kipinä". Nyt tietysti tämä idea on menettänyt painonsa akateemisessa maailmassa. Sen sijasta on tullut enemmän tieteellisiä lähestymistapoja. Esimerkiksi NASA kuvaa elämää "itsensä ylläpitävänä kemiallisena järjestelmänä, joka kykenee Darwinin evoluutioon".
Mutta NASA: n yritys murskata elämä yhdellä yksinkertaisella kuvauksella on vain yksi monista. Elämän määritelmiä on ehdotettu yli 100, joista suurin osa keskittyy kouralliseen yksinkertaisiin ominaisuuksiin, kuten lisääntymiseen ja aineenvaihduntaan.
Tilanteen pahentamiseksi eri tieteenalojen tiedemiehillä on erilaiset ajatukset siitä, mitä tarvitaan elävän määrittämiseksi. Kemistit sanovat, että elämä kiehuu tietyiksi molekyyleiksi; fyysikot keskustelevat termodynamiikasta.
Ymmärtääksemme, miksi elämää on niin vaikea määritellä, tapaamme joitain tutkijoita, jotka työskentelevät määrittääkseen rajat, jotka erottavat elämisen elottomista.
Virologit: tutkitaan harmaata aluetta elämän rajoilla
Kouluissa lapsia opetetaan muistamaan seitsemän prosessia, jotka oletettavasti määräävät elämän: liike, hengitys, herkkyys, kasvu, lisääntyminen, erittyminen ja ravitsemus.
Mainosvideo:
Vaikka tämä on hyödyllinen alku elämän määrittelemiselle, se ei pysähdy tähän. Voimme sovittaa tähän ruutuun monia asioita ja kutsua heitä eläviksi. Jotkut kiteet, tarttuvat proteiinit - prionit ja jopa tietyt tietokoneohjelmat ovat "elossa", jos noudatamme näitä seitsemää periaatetta.
Klassinen rajaesimerkki on virukset. "Ne eivät ole soluja, niillä ei ole aineenvaihduntaa ja ne pysyvät inertteinä, kunnes kohtaavat solut, joten monet ihmiset (mukaan lukien monet tutkijat) päättelevät, että virukset eivät elää", sanoo Pasteur-instituutin mikrobiologi Patrick Forter. Pariisissa, Ranskassa.
Forter itse pitää viruksia elävinä, mutta myöntää, että päätös riippuu siitä, mihin päätät asettaa raja-arvon.
Vaikka viruksilta puuttuu monia asioita, joita tarvitaan elämän seuraan pääsemiseksi, heillä on tietoa koodattu DNA: han tai RNA: han. Tämä on vahva elämänmerkki, joka kaikilla planeetan elävillä olennoilla on, mikä osoittaa, että virukset voivat kehittyä ja lisääntyä - vaikkakin murtamalla avoimia eläviä soluja ja tunkeutuen niihin.
Se, että virukset - kuten kaikki elämä, jota tiedämme - kantavat DNA: ta tai RNA: ta, on saanut jotkut ajattelemaan, että virusten tulisi ottaa paikka elämässämme. Toiset sanoivat yleensä, että virukset säilyttävät elämän ulkonäön salaisuudet. Ja sitten elämä lakkaa näyttävän mustavalkoiselta ja siitä tulee melko epämääräinen koko, jolla ei ole aivan eläviä eikä aivan kuolleita rajoja.
Jotkut tutkijat ovat omaksuneet tämän idean. Ne luonnehtivat viruksia "kemian ja elämän välisellä rajalla". Ja tämä herättää mielenkiintoisen kysymyksen: milloin kemiasta tuli enemmän kuin sen osien summa?
Kemistit: tutkivat elämän reseptiä
"Elämämme, jonka tiedämme, perustuu hiilipohjaisiin polymeereihin", sanoo Jeffrey Bada Scripps Institute of Oceanography -säätiöstä San Diegossa Kaliforniassa. Näistä polymeereistä - nimittäin nukleiinihapoista (DNA: n rakennuspalikat), proteiineista ja polysakkarideista - kirjaimellisesti koko elämän monimuotoisuus on kasvanut.
Bada oli opiskelija Stanley Millerille, joka oli puoli duolta, joka oli Miller-Urey-kokeilun takana 1950-luvulla, yksi ensimmäisistä kokeista selvittää, miten elämä syntyi elottomista kemikaaleista. Hän on sittemmin palannut tähän kuuluisaan kokeiluun ja osoittanut vielä suuremman määrän biologisesti sopivia molekyylejä, jotka muodostuvat, kun sähköä johdetaan seoksen läpi kemikaalien, joiden uskotaan olevan olemassa primitiivisellä maapallolla.
Mutta nämä kemikaalit eivät ole eläviä. Vasta kun he alkavat tehdä mielenkiintoisia asioita, kuten erittää tai tappaa toisiaan, annamme heille tämän kunnian. Mitä tarvitaan, jotta aineet tekisivät harppauksen elämään? Badalla on melko mielenkiintoinen vastaus.
”Informaatiomolekyylien epätäydellinen replikaatio voisi julistaa elämän ja evoluution alkuperän ja siten aikaansaada tämän siirtymisen elottomasta kemiasta biokemiaan. Replikaation alku ja erityisesti replikointi virheillä merkitsivät "jälkeläisten" alkua erilaisilla kyvyillä. Nämä molekulaariset jälkeläiset voisivat sitten alkaa kilpailla keskenään selviytymisestä.
"Tämä on olennaisesti darwinilaista evoluutiota molekyylitasolla", Bada sanoo.
Monille kemistille käy ilmi, että replikaatio - prosessi, jonka virukset voivat tehdä vain biologisten solujen kanssa - auttaa määrittelemään elämän. Se, että informaatiomolekyylit - DNA ja RNA - tuottavat replikaation, viittaa siihen, että ne ovat myös olennainen osa elämää.
Mutta näiden erityisten kemikaalien elämän kuvaaminen ei avaa laajempaa kuvaa. Elämä, jonka tiedämme, saattaa tarvita DNA: ta tai RNA: ta, mutta entä elämä, jota emme vielä tiedä?
Astrobiologit: metsästää outoja ulkomaalaisia
Muukalaiselämän luonteen määrittäminen ei ole helppoa. Monet tutkijat, mukaan lukien Charles Cockell ja kollegat Edinburghin yliopiston astrobiologiakeskuksessa, käyttävät mikro-organismeja, jotka voivat selviytyä äärimmäisissä olosuhteissa maanalaisen elämän testinäytteinä. He uskovat, että elämä muualla voi olla hyvin erilaisissa olosuhteissa, mutta todennäköisesti peri elämän keskeiset piirteet, kun tunnemme sen maapallolta.
"Mutta meidän on pidettävä mielemme avoimena mahdollisuudelle havaita jotain, joka on täysin tämän määritelmän ulkopuolella", Cockell sanoo.
Jopa yritykset käyttää maallisen elämän tietämystä yrittää löytää ulkomaalaisia voivat johtaa vaihteleviin tuloksiin. Esimerkiksi NASA uskoi tekevänsä hyvää työtä määritellessään elämän vuonna 1976, kun Viking 1 -avaruusalus laskeutui onnistuneesti Marsille ja varustettu kolmella elämänkokemuksella. Yksi testi osoitti erityisesti, että Marsilla oli elämää: Marsin maaperän hiilidioksiditaso oli korkea, mikä tarkoittaa, että mikrobit elivät ja hengittivät siinä.
Mutta Marsilla havaittu hiilidioksidi selitetään nyt yleisesti ei-biologisten hapettavien kemiallisten reaktioiden huomattavasti vähemmän jännittävällä ilmiöllä.
Astrobiologit ovat oppineet näistä kokeista ja kaventaneet kriteerejä, joita he käyttävät ulkomaalaisten löytämiseen - mutta toistaiseksi heidän etsinnänsä on ollut epäonnistunut.
Astrobiologien ei kuitenkaan pitäisi rajata hakukriteereitään liikaa. Sagan piti hiilikeskeistä ulkomaalaisten etsintää "hiilisovinismina", uskoen, että tällainen lähestymistapa olisi hyvin kapea-alainen.
"Ihmiset olettivat, että ulkomaalaiset voisivat olla piipohjaisia tai käyttää muita liuottimia (ei vettä)", Cockell sanoo. "He puhuivat jopa maan ulkopuolisista älykkäistä pilvi-organismeista."
Vuonna 2010 bakteerien löytäminen DNA: sta, joka sisälsi arseenia tavallisen fosforin sijasta, hämmästytti monia astrobiologeja. Vaikka tätä havaintoa on kyseenalaistettu useammin kuin kerran sen jälkeen, monet toivovat hiljaa, että elämä ei noudata klassisia sääntöjä. Samaan aikaan jotkut tutkijat työskentelevät sellaisten elämänmuotojen parissa, jotka eivät perustu lainkaan kemiaan.
Teknologit: Rakenna keinotekoinen elämä
Aikaisemmin keinotekoisen elämän luominen oli täysin tieteiskirjallisuuden armoilla. Nyt se on täysimittainen tieteenala.
Toistaiseksi uudet organismit laboratoriossa voivat luoda biologioita yksinkertaisesti paloittelemalla osia kahdesta tai useammasta tunnetusta elämänmuodosta. Mutta tämä prosessi voi olla myös abstraktimpi.
Siitä lähtien, kun Thomas Rayn Tierra-tietokoneohjelma yritti osoittaa digitaalisten "elämänmuotojen" synteesiä ja evoluutiota 1990-luvulla, tutkijat ovat yrittäneet luoda tietokoneohjelmia, jotka todella jäljittelevät elämää. Jotkut ovat jopa alkaneet luoda robotteja, joilla on elämän kaltaisia piirteitä.
"Yleisenä ajatuksena on ymmärtää kaikkien elävien järjestelmien olennaiset ominaisuudet, ei vain maapallolla löydettyjen elävien järjestelmien", kertoo keinotekoisen elämän asiantuntija Mark Bedo Reed Collegesta Portlandissa Oregonissa. "Tämä on yritys ottaa hyvin laaja näkemys siitä, mitä elämä on, kun taas biologia keskittyy tosielämän muotoihin, jotka tunnemme."
Tietenkin monet keinotekoisen elämän tutkijat käyttävät tutkimuksensa perustana kaikkea mitä tiedämme elämästä maapallolla. Bedo sanoo, että tutkijat käyttävät niin sanottua "PMC-mallia" - ohjelmia (esim. DNA), aineenvaihduntaa ja säiliötä (esim. Soluseinät). "On tärkeää huomata, että tämä ei ole yleinen elämän määritelmä, vain määritelmä kemiallisen vähimmäisikä", hän selittää.
Työskentelemällä ei-kemiallisilla elämänmuodoilla tutkijat yrittävät luoda PMC-komponenttien ohjelmisto- tai laitteistoversioita.
"Pohjimmiltaan en usko, että elämällä on selkeä määritelmä, mutta meidän on pyrittävä johonkin", sanoo Steen Rasmussen, joka työskentelee keinotekoisen elämän parissa Odensen Etelä-Tanskan yliopistossa. Ryhmät ympäri maailmaa ovat työskennelleet PMC-mallin yksittäisten komponenttien parissa luomalla järjestelmiä, jotka osoittavat yhden tai toisen näkökulman. Toistaiseksi kukaan ei ole onnistunut yhdistämään kaikkea synteettisen elämän toimivaan muotoon.
"Se on ylhäältä alaspäin suuntautuva prosessi, joka rivittyy pala palalta", hän selittää.
Keinotekoisen elämän tutkimus voi olla hyödyllistä myös laajemmassa mittakaavassa, mikä luo meille täysin vieraan elämän. Tällainen tutkimus auttaa meitä tarkentamaan elämäämme. Mutta on liian aikaista puhua tuloksista.
Filosofit: yrittävät ratkaista elämän arvoituksen
No, vaikka ne, jotka etsivät - ja yrittävät luoda - uutta elämää, eivät ole huolissaan sen yleismaailmallisesta määritelmästä, pitäisikö tutkijoiden lopettaa huolestuminen kaikkien määritelmien vähentämisestä yhdeksi? Carol Cleland, Colorado Boulderin yliopiston filosofi, ajattelee niin. Ainakin hetkeksi.
"Jos yrität yleistää nisäkkäitä seepralla, minkä piirteen valitsisit?" Hän kysyy. "Ehdottomasti ei hänen rintojaan, sillä vain puolet niistä on. Heidän raidat näyttävät ilmeiseltä valinnalta, mutta ne ovat vain sattumaa. Se ei tee seeprasta nisäkkäitä."
Sama on elämän kanssa. Voi olla, että tärkeiksi ajattelemamme asiat ovat oikeastaan vain elämää maan päällä. Loppujen lopuksi kaikki bakteereista leijoniin polveutui yhdeltä yhteiseltä esi-isältä, mikä tarkoittaa, että elämässämme maailmankaikkeudessa on vain yksi piste tiedoissa.
Kuten Sagan sanoi:”Ihminen pyrkii määrittelemään tutun suhteen. Mutta perustotuudet eivät ehkä ole tuttuja."
Ennen kuin olemme löytäneet ja tutkineet vaihtoehtoisia elämänmuotoja, emme voi tietää, mitkä elämäämme tärkeät piirteet ovat todella universaaleja. Keinotekoisen elämän tekeminen voi tarjota keinon tutkia vaihtoehtoisia elämänmuotoja, mutta ainakin lyhyellä aikavälillä ei ole vaikea kuvitella, miten mikä tahansa tietokoneella luotu elämä vaikuttaisi uskomuksiin elävistä järjestelmistä.
Määritelläksemme elämän tarkemmin, meidän on löydettävä muukalaisia.
Ironista on, että yrittämällä määritellä elämä ennen kuin löydämme ne, voi olla vaikeampaa löytää heitä. Kuinka traagista onkaan, jos 2020-luvulla uusi kuljettaja ohittaa marsilaisen yksinkertaisesti siksi, että se ei tunnista häntä elävänä olentona.
Elämän määritelmän löytäminen voi olla tapa löytää uusi elämä. Meidän on siirryttävä pois nykyisestä konseptistamme ja oltava avoimia elämän löytämiselle, vaikka emme sitä tiedä.
ILYA KHEL