Hvad er livet? I det meste af det 20. århundrede vedrørte dette spørgsmål ikke biologer meget. Livet er en betegnelse for digtere, ikke forskere, sagde den syntetiske biolog Andrew Ellington i 2008, der begyndte sin karriere ved at studere, hvordan livet begyndte. På trods af Ellingtons ord har beslægtede områder med livets oprindelse og astrobiologisk forskning fornyet deres fokus på livets mening. For at anerkende en anden form for, at livet måske havde taget for fire milliarder år siden, eller en form, som det kunne have taget på andre planeter, skal forskere forstå, hvad det faktisk er, der gør noget levende.
Livet er imidlertid et bevægende mål, som filosofer længe har bemærket. Aristoteles betragtede "liv" og "levende" for at være forskellige begreber - sidstnævnte var i hans tilfælde en samling af eksisterende væsner, der bebor vores verden, såsom hunde, naboer og bakterier på huden. For at kende livet, må vi undersøge de levende; men de levende ændrer sig altid i rum og tid. Når vi prøver at definere livet, skal vi overveje det liv, vi kender, og vi ikke kender. Ifølge oprindelsesforsker Pierre Luigi Luisi fra Universitetet i Roma Tre er der liv-som-det-nu, liv-som-det-kunne-være-og liv-som-det-en-gang var. Disse kategorier peger på det dilemma, som middelalderlige mystiske filosoffer behandler. Som de bemærkede, er livet altid meget mere end at leve, og derfor paradoksalt nok,det vil aldrig være tilgængeligt for de levende. På grund af denne kløft mellem det virkelige liv og det mulige liv fokuserer mange definitioner på livet på dets evne til at ændre sig og udvikle sig, snarere end at være begrænset til at definere faste egenskaber for livet.
Kan der skabes liv i et laboratorium?
I de tidlige 1990'ere hjalp biolog Gerald Joyce, nu ved Salk Institut for Biologisk Forskning i Californien, rådgivende NASA om livsmulighederne på andre planeter, med til at udvikle en af de mest anvendte definitioner af livet. Det er kendt som den kemiske Darwinian-definition: "Livet er et selvbærende kemisk system, der er i stand til den Darwinistiske evolution." I 2009, efter årtiers arbejde, offentliggjorde Joyces gruppe en artikel, der beskrev et RNA-molekyle, der var i stand til at katalysere sin egen syntesereaktion for at skabe flere egne eksemplarer. Dette kemiske system tilfredsstillede Joyces definition af liv. Men ingen turde kalde hende i live. Problemet er, at hun ikke gjorde noget nyt eller usædvanligt.
”En dag vil dette genom være i stand til at overraske sin skaber med et ord - et trick eller et nyt trin i spillet om næsten liv - som han ikke forventer at høre,” skrev New York Times om skabelsen.”Hvis det skete, hvis det skete med mig, ville jeg være glad,” siger Dr. Joyce. Og han tilføjer: "Jeg formoder ikke at hævde, men det er i live."
Joyce forsøger at forstå livet ved at generere enkle levende systemer i laboratoriet. I processen legemliggør han og andre syntetiske biologer nye arter af liv i levende form. Hvert forsøg på at syntetisere nye livsformer peger på det faktum, at der er mange flere, måske uendeligt flere, mulige livsformer. Syntetiske biologer kan ændre den måde, livet udvikler sig, eller de evner, det udvikler. Deres arbejde rejser nye spørgsmål om den evolutionære definition af livet. Hvordan kategoriseres det liv, der er ændret, der er blevet et produkt af et evolutionært vippepunkt, et produkt af et brud i den evolutionære kæde?
Historien om syntetisk biologis oprindelse går tilbage til 1977, da Drew Andy, en af grundlæggerne af syntetisk biologi og nu professor i bioingeniør ved Stanford University i Californien, forsøgte at skabe en beregningsmodel af den enkleste livsform, han kunne finde: T7-bakteriofagen, en virus, der inficerer bakterier. colibakterier. Krystallhovedet på de buede ben af denne virus er som en lander, der lander på månen og griber en bakteriel bærer. Denne bakteriofag er så enkel, at den ifølge nogle definitioner ikke engang kan kaldes levende. (Som alle viraer er det afhængig af dens værtscelle molekylære konstruktion for at reproducere.) T7-bakteriofagen har i alt 56 gener, og Andy troede, det ville være muligt at skabe en model, der tager højde for hver del af fagen, og hvordan disse dele fungerer sammen:en ideel repræsentation, der forudsiger, hvordan en fag vil ændre sig, hvis en af disse gener fjernes eller fjernes.
Salgsfremmende video:
Andy byggede en række T7-bakteriofagmutanter ved systematisk at slå knock out eller ændre deres placering i det lille T7-genom. Men de mutante fager passer til modellen i meget kort tid. Ændringen, der skulle have svækket dem, betød, at deres afkom sprængte E. coli-celler dobbelt så hurtigt som før. Virkede ikke. Til sidst indså Andy, "Hvis vi vil modellere den naturlige verden, er vi nødt til at omskrive den naturlige verden, så den bliver simuleret." I stedet for at lede efter et bedre kort, skal du ændre territoriet. Således blev feltet syntetisk biologi født. Ved at låne metoder fra programmeringen begyndte Andy at "refaktorere" T7-bakteriofaggenomet. Han skabte T7.1-bakteriofagen, en livsform designet til at være lettere for det menneskelige sind at fortolke.
Fag T7.1 er et eksempel på det såkaldte over-darwiniske liv: et liv, der skylder dets menneskelige design, ikke naturlige valg. Bioingeniører som Andy ser livet på to måder: som en fysisk struktur på den ene side og som en informationsstruktur på den anden. I teorien skal den ideelle repræsentation af livet aktivere en usynlig overgang mellem information og stof, design og implementering: ændring af et par DNA-bogstaver på din computerskærm, udskrivning af en organisme i henhold til dit design. Med denne tilgang truer evolutionen med at ødelægge ingeniørens design. Bevarelse af biologisk design kan kræve, at din planlagte organisme ikke kan reproducere eller udvikle sig.
Tværtimod antyder Joyces ønske om at blive overrasket over hans molekyler, at evnen til at åbne evolution -”ressourcefuld, almægtig, ubegrænset” - er det vigtigste kriterium i livet. I overensstemmelse med denne idé definerer Joyce nu livet som et genetisk system, der indeholder flere bits af information end det antal, der er nødvendige for at få det i gang. Men i overensstemmelse med denne definition, hvis vi tager to identiske systemer med forskellige historier - det ene designet og det andet er udviklet - vil kun sidstnævnte blive betragtet som levende; et rationelt designet system, uanset dets kompleksitet, vil simpelthen være en "teknologisk artefakt."
Design og evolution er ikke altid imod. Mange syntetiske biologiprojekter bruger en blanding af rationelt design og styret evolution: De konstruerer en række mutante celler - i forskellige versioner - og vælger den bedste. Selvom Joyces nye livssyn inkluderer evolution, kræver det også en pludselig fremtoning snarere end en lang darwinistisk udvikling. Emerging life passer ind i en kultur med pludselige innovationer, hvor ideer inkluderer det magiske udseende af en arbejdsknop fra en 3D-printer. Design og evolution er også kompatible, hvis bioingeniører ser genetisk mangfoldighed som en skattekiste af designelementer til fremtidige livsformer.
For nogle syntetiske biologer er vejen til, hvad mystikere kalder liv ud over livet - som overskrider livet, som vi kender det - gennem biologisk teknik. Andy beskriver sit kald i form af et ønske om at bidrage til livet, at spawn nye slags "utrolige modeller, der vil blomstre og eksistere." Joyce kontrasterer liv og teknologi med en grundlæggende termodynamisk tendens til forstyrrelse og forfald. Hvilke nye former får livet? Det vil tiden vise.
Ilya Khel