Kas ir dzīve? Lielāko daļu 20. gadsimta šis jautājums biologiem neattiecās īpaši. Dzīve ir termins dzejniekiem, nevis zinātniekiem, sacīja sintētiskais biologs Endrjū Ellingtons 2008. gadā, kurš savu karjeru sāka, pētot, kā sākusies dzīve. Neskatoties uz Ellingtona vārdiem, saistītās dzīves izcelsmes jomas un astrobioloģijas pētījumi ir atkārtoti uzsvēruši dzīves jēgu. Lai atpazītu citu veidu, kāds dzīvībai varētu būt bijis pirms četriem miljardiem gadu, vai tādu formu, kādu tā varētu būt ieguvusi uz citām planētām, zinātniekiem ir jāsaprot, kas patiesībā kaut ko tādu padara dzīvu.
Tomēr dzīve ir kustīgs mērķis, kā jau sen atzīmēja filozofi. Aristotelis uzskatīja, ka "dzīve" un "dzīvošana" ir atšķirīgi jēdzieni - pēdējais, viņa gadījumā, bija esošo radījumu kolekcija, kas apdzīvo mūsu pasauli, piemēram, suņi, kaimiņi un baktērijas uz ādas. Lai uzzinātu dzīvi, mums jāpārbauda dzīvie; bet dzīvošana vienmēr mainās telpā un laikā. Mēģinot definēt dzīvi, mums jāņem vērā dzīve, kuru mēs zinām un ko nezinām. Pēc dzīvības izcelsmes pētnieka Pjēra Luidža Luisi teiktā no Romas Tre universitātes, pastāv dzīve kā tagad, tā kā varētu būt un dzīve it kā reiz. Šīs kategorijas norāda uz dilemmu, kuru pievērsušies viduslaiku mistiskie filozofi. Dzīve, kā viņi pamanīja, vienmēr ir daudz vairāk nekā dzīvošana, un šī iemesla dēļ, paradoksāli,dzīvajiem tas nekad nebūs pieejams. Šīs atšķirības starp reālo un iespējamo dzīvi dēļ daudzās dzīves definīcijās galvenā uzmanība tiek pievērsta tās spējai mainīties un attīstīties, nevis tikai aprobežoties ar dzīves fiksēto īpašību noteikšanu.
Vai dzīvi var radīt laboratorijā?
Deviņdesmito gadu sākumā, konsultējot NASA par dzīves iespējām uz citām planētām, biologs Džeralds Džoiss, kurš pašlaik ir Salka Bioloģisko pētījumu institūtā Kalifornijā, palīdzēja izstrādāt vienu no visplašāk izmantotajām dzīves definīcijām. Tas ir pazīstams kā ķīmiskā darviniešu definīcija: "Dzīve ir pašpietiekama ķīmiska sistēma, kas spēj Darvinijas evolūciju." 2009. gadā pēc gadu desmitiem ilga darba Joyce grupa publicēja darbu, kurā aprakstīta RNS molekula, kas spēj katalizēt savu sintēzes reakciju, lai radītu vairāk savu kopiju. Šī ķīmiskā sistēma apmierināja Džoisa dzīves definīciju. Bet neviens viņu neuzdrošinājās saukt par dzīvu. Problēma ir tā, ka viņa nedarīja neko jaunu vai neparastu.
“Kādu dienu šis genoms spēs pārsteigt tā veidotāju ar vārdu - triks vai jauns solis gandrīz dzīves spēlē -, kuru viņš negaida dzirdēt,” par radīšanu rakstīja New York Times. "Ja tas notiktu, ja tas notiktu ar mani, es būtu laimīgs," saka Dr Joyce. Un viņš piebilst: "Es nedomāju apgalvot, bet tas ir dzīvs."
Džoiss mēģina izprast dzīvi, laboratorijā ģenerējot vienkāršas dzīves sistēmas. Šajā procesā viņš un citi sintētiskie biologi iemieso jaunas dzīvības sugas dzīvā formā. Katrs mēģinājums sintezēt jaunas dzīvības formas norāda uz faktu, ka ir daudz vairāk, iespējams, bezgalīgi vairāk dzīvības formu. Sintētiskie biologi var mainīt dzīves veidu vai spējas, kādas tā attīstās. Viņu darbs rada jaunus jautājumus par dzīves evolūcijas definīciju. Kā klasificēt mainīto dzīvi, kas kļuvusi par evolūcijas pavērsiena punktu, par evolūcijas ķēdes pārtraukuma produktu?
Sintētiskās bioloģijas pirmsākumi meklējami 1977. gadā, kad Drew Andy, viens no sintētiskās bioloģijas dibinātājiem un tagad bioinženierijas profesors Stenfordas universitātē Kalifornijā, mēģināja izveidot aprēķināšanas modeli visvienkāršākajai dzīvības formai, kādu viņš varēja atrast: T7 bakteriofāgu, vīrusu, kas inficē baktērijas. kolibacillus. Kristāla galva uz šī vīrusa izliektajām kājām ir kā krastmala, kas nolaižas uz Mēness un satver baktēriju nesēju. Šis bakteriofāgs ir tik vienkāršs, ka saskaņā ar dažām definīcijām to pat nevar saukt par dzīvu. (Tāpat kā visi vīrusi, tas paļaujas uz savas saimnieka šūnas molekulāro inženieriju, lai vairotos.) T7 bakteriofāgā kopumā ir 56 gēni, un Andijs domāja, ka būtu iespējams izveidot modeli, kurā ņemta vērā katra fāga daļa un kā šīs daļas darbojas kopā:ideāls attēlojums, kas paredz, kā mainīsies fāga, ja kāds no šiem gēniem tiks noņemts vai noņemts.
Reklāmas video:
Andijs uzbūvēja virkni T7 bakteriofāgu mutantu, sistemātiski izsitot gēnus vai mainot to atrašanās vietu sīkajā T7 genomā. Bet mutanti fāgi ir piemēroti modelim ļoti īsu laiku. Pārmaiņas, kurām vajadzēja izraisīt viņu vājināšanos, noveda pie tā, ka viņu pēcnācēji plūsa E. coli šūnas divreiz ātrāk nekā iepriekš. Nedarbojās. Galu galā Andijs saprata: "Ja mēs vēlamies modelēt dabisko pasauli, mums ir jāpārraksta dabiskā pasaule, lai tā kļūtu simulēta." Tā vietā, lai meklētu labāku karti, mainiet teritoriju. Tā radās sintētiskās bioloģijas joma. Aizņemoties no programmēšanas metodēm, Andijs sāka "reaģēt" uz T7 bakteriofāgu genomu. Viņš izveidoja bakteriofāgu T7.1, dzīvības formu, kas veidota tā, lai cilvēka prātu būtu vieglāk interpretēt.
Fāgs T7.1 ir tā saucamās pārdārvinistiskās dzīves piemērs: dzīve, kuras pastāvēšana ir saistīta ar cilvēka dizainu, nevis ar dabisko atlasi. Bioinženieriem, piemēram, Endijam, dzīve tiek apskatīta divējādi: kā fiziska struktūra, no vienas puses, un kā informācijas struktūra, no otras puses. Teorētiski ideālam dzīves attēlojumam vajadzētu aktivizēt neredzamu pāreju starp informāciju un matēriju, noformējumu un realizāciju: datora ekrānā nomainīt dažus DNS burtus, izdrukāt organismu atbilstoši jūsu dizainam. Izmantojot šo pieeju, evolūcija draud sabojāt inženiera dizainu. Saglabājot bioloģisko dizainu, var būt nepieciešams, lai jūsu paredzētais organisms nevarētu vairoties vai attīstīties.
Tieši pretēji, Džoisa vēlme pārsteigt par savām molekulām liek domāt, ka spēja atvērt evolūciju - “atjautīga, visvarenā, bezgalīgā” - ir vissvarīgākais dzīves kritērijs. Atbilstoši šai idejai Džoiss tagad dzīvi definē kā ģenētisku sistēmu, kas satur vairāk informācijas bitu nekā vajadzīgais skaits, lai to realizētu. Bet saskaņā ar šo definīciju, ja mēs ņemsim divas identiskas sistēmas ar atšķirīgu vēsturi - vienu projektētu, bet otru izstrādātu, tad tikai pēdējo uzskatīsim par dzīvu; racionāli izstrādāta sistēma neatkarīgi no tās sarežģītības būs vienkārši "tehnoloģisks artefakts".
Dizains un evolūcija ne vienmēr ir pretstatā. Daudzos sintētiskās bioloģijas projektos tiek izmantots racionālas uzbūves un virzītas evolūcijas sajaukums: viņi konstruē daudzu mutantu šūnas - dažādās versijās - un izvēlas labāko. Lai arī Džoisa jaunajā dzīves skatījumā ir iekļauta evolūcija, tas prasa arī pēkšņu parādīšanos, nevis garu darviniešu attīstību. Jaunā dzīve iekļaujas pēkšņu inovāciju kultūrā, kuras idejas ietver maģisku darba pumpura izskatu no 3D printera. Dizains un attīstība ir saderīgi arī tad, ja bioinženieri ģenētisko daudzveidību uzskata par nākamo dzīvības formu dizaina elementu dārgumu krātuvi.
Dažiem sintētiskiem biologiem ceļš uz to, ko mistiķi dēvē par dzīvi ārpus dzīves, kas dzīvi pārspēj, kā mēs to zinām, ir caur bioloģisko inženieriju. Andijs apraksta savu aicinājumu ar vēlmi dot ieguldījumu dzīvē, radīt jauna veida "neticamus modeļus, kas plauks un pastāvēs". Džoiss kontrastē dzīvi un tehnoloģijas ar būtisku termodinamisko tendenci uz traucējumiem un sabrukšanu. Kādas jaunas formas dzīve saņems? Laiks rādīs.
Iļja Khel