Mis on elu? Enamik 20. sajandist ei puudutanud see küsimus biolooge eriti. Elu on luuletajate, mitte teadlaste mõiste, ütles sünteetiline bioloog Andrew Ellington 2008. aastal, kes alustas oma karjääri uurides, kuidas elu algas. Hoolimata Ellingtoni sõnadest, on seotud eluvaldkonnad ja astrobioloogia uuringud taas keskendunud elu tähendusele. Mõistamaks teist vormi, mille elu võis võtta neli miljardit aastat tagasi, või vormi, mille ta võis omandada teistel planeetidel, peavad teadlased mõistma, mis see tegelikult midagi elusaks teeb.
Elu on siiski liikuv sihtmärk, nagu filosoofid on juba ammu märkinud. Aristoteles pidas "elu" ja "elamist" erinevateks mõisteteks - viimane oli tema puhul kogum olemasolevaid olendeid, kes elavad meie maailmas, näiteks koerad, naabrid ja nahal olevad bakterid. Elu tundmiseks peame uurima elavat; kuid elamine muutub ruumis ja ajas alati. Elu määratlemisel peame arvestama eluga, mida me teame ja mida me ei tea. Roma Tre ülikooli ülikoolist pärit eluteadlase Pierre Luigi Luisi sõnul on olemas elu nii, nagu praegu, elu-nii-nagu võiks-olla ja elu-nii, nagu kunagi oli. Need kategooriad osutavad keskaja müstiliste filosoofide käsitletud dilemmale. Nagu nad märkasid, on elu alati palju enamat kui elamine ja sel põhjusel, paradoksaalselt,see ei ole kunagi elavatele inimestele kättesaadav. Selle tegeliku ja võimaliku elu vahelise lõhe tõttu keskenduvad paljud elu määratlused elu muutumise ja arenemise võimele, selle asemel et piirduda elu fikseeritud omaduste määratlemisega.
Kas laboris saab elu luua?
1990. aastate alguses, nõustades NASA-l eluvõimalusi teistel planeetidel, aitas bioloog Gerald Joyce, nüüd Californias Salki bioloogiliste uuringute instituudis, välja töötada ühe kõige laialdasemalt kasutatava elu määratluse. Seda nimetatakse Darwini keemiliseks määratluseks: "Elu on isemajandav keemiline süsteem, mis on võimeline Darwini evolutsiooniks." 2009. aastal, pärast aastakümnete pikkust tööd, avaldas Joyce'i rühm paberi, milles kirjeldati RNA molekuli, mis on võimeline katalüüsima enda sünteesi reaktsiooni, et luua rohkem enda koopiaid. See keemiline süsteem vastas Joyce'i elu määratlusele. Kuid keegi ei julgenud teda elusateks nimetada. Probleem on selles, et ta ei teinud midagi uut ega ebaharilikku.
"Ühel päeval suudab see genoom oma loojat üllatada sõnaga - trikk või uus samm peaaegu kogu elu mängus -, mida ta ei looda kuulda," kirjutas New York Times loomingu kohta. "Kui see juhtuks, kui see juhtuks minuga, oleksin õnnelik," ütleb dr Joyce. Ja ta lisab: "Ma ei eelda, et väidan, aga see on elus."
Joyce proovib elust aru saada, genereerides laboris lihtsaid elusüsteeme. Selle käigus kehastavad ta koos teiste sünteetiliste bioloogidega uusi eluvorme. Iga katse sünteesida uusi eluvorme osutab asjaolule, et võimalikke eluvorme on palju rohkem, võib-olla lõpmata palju. Sünteetilised bioloogid võivad muuta elu arengut või võimeid, mida see arendab. Nende töö tõstatab uusi küsimusi elu evolutsioonilise määratluse kohta. Kuidas kategoriseerida elu, mis on muutunud, millest on saanud evolutsiooni pöördepunkt, evolutsiooniahela katkemise produkt?
Sünteetilise bioloogia päritolu ajalugu ulatub aastasse 1977, kui Drew Andy, üks sünteetilise bioloogia asutajaid ja nüüd Californias Stanfordi ülikooli bioinseneri professor, püüdis luua arvutusmudeli kõige lihtsamast eluvormist, mida ta võib leida: bakteriofaag T7, viirus, mis nakatab baktereid. colibacillus. Selle viiruse kõverdatud jalgadel asuv kristallpea on nagu lander, mis maandub kuule ja haarab bakteri kandja. See bakteriofaag on nii lihtne, et mõne definitsiooni järgi ei saa seda isegi elusalt nimetada. (Nagu kõigi viiruste puhul, tugineb ta paljunemisel oma peremeesraku molekulaarsele ehitusele.) T7 bakteriofaagil on kokku 56 geeni ja Andy arvas, et oleks võimalik luua mudel, milles võetakse arvesse faagi iga osa ja nende osade koostoimimist:ideaalne kujutis, mis ennustab, kuidas faag muutub, kui üks neist geenidest eemaldatakse või eemaldatakse.
Reklaamvideo:
Andy rajas terve rea T7 bakteriofaagi mutante, sõtkudes süstemaatiliselt geene välja või muutes nende asukohta pisikeses T7 genoomis. Kuid mutantsed faagid sobivad mudelile väga lühikeseks ajaks. Muutus, mis oleks pidanud viima nende nõrgenemiseni, tõi kaasa asjaolu, et nende järglased rebenesid E. coli rakud kaks korda kiiremini kui varem. Ei töötanud. Lõpuks mõistis Andy: "Kui tahame loodusmaailma modelleerida, peame loodusmaailma ümber kirjutama, et see simuleeritaks." Parema kaardi otsimise asemel muutke territooriumi. Nii sündis sünteetilise bioloogia valdkond. Programmeerimisest laenamise meetodeid kasutades hakkas Andy T7 bakteriofaagi genoomi "ümber reageerima". Ta lõi bakteriofaagi T7.1, eluvormi, mille eesmärk oli inimmõistet hõlpsamini tõlgendada.
Faag T7.1 on näide niinimetatud üle-darvinistlikust elust: elu, mille olemasolu võlgneb inimkujundus, mitte looduslik valik. Bioinseneridele meeldib Andy, et elu vaadatakse kahel viisil: ühelt poolt füüsilise struktuurina ja teiselt poolt infostruktuurina. Teoreetiliselt peaks elu ideaalne kujutamine aktiveerima nähtamatu ülemineku teabe ja mateeria, kujunduse ja teostuse vahel: muutke arvutiekraanil mõni DNA täht, trükkige organism vastavalt teie kujundusele. Selle lähenemisviisiga ähvardab evolutsioon rikkuda inseneri disaini. Bioloogilise disaini säilitamiseks võib olla vajalik, et kavandatud organism ei saaks paljuneda ega areneda.
Vastupidi, Joyce'i soov olla üllatunud oma molekulide üle viitab sellele, et evolutsiooni avamise võime - "leidlik, kõikvõimas, piiritu" - on elu kõige olulisem kriteerium. Selle idee kohaselt määratleb Joyce elu geenisüsteemina, mis sisaldab rohkem bitti teavet kui selle käivitamiseks vajalik arv. Kuid vastavalt sellele määratlusele, kui võtta kaks identset erineva ajalooga süsteemi - üks kavandatud ja teine välja töötatud -, peetakse ainult viimast elavaks; ratsionaalselt kujundatud süsteem, olenemata selle keerukusest, on lihtsalt "tehnoloogiline ese".
Disain ja evolutsioon ei ole alati vastandlikud. Paljud sünteetilise bioloogia projektid kasutavad ratsionaalse disaini ja suunatud evolutsiooni segu: nad konstrueerivad hulga mutantseid rakke - erinevates versioonides - ja valivad parima. Ehkki Joyce'i uus eluvaade hõlmab evolutsiooni, nõuab see ka pikka darvinistliku arengu asemel pigem järsku ilmumist. Tekkiv elu sobib äkiliste uuenduste kultuuriga, mille ideed hõlmavad 3D-printerist toimiva punga maagilist väljanägemist. Kujundus ja areng on ühilduvad ka juhul, kui bioinsenerid näevad geneetilist mitmekesisust tulevaste eluvormide kujunduselementide varandusena.
Mõnede sünteetiliste bioloogide jaoks on tee bioloogilise inseneritegevuse kaudu viis eluni, mida müstikud nimetavad eluks väljaspool elu - mis ületab elu sellisena, nagu me seda teame. Andy kirjeldab oma kutsumust sooviga anda oma panus elusse, luua uut tüüpi "uskumatuid mudeleid, mis õitsevad ja eksisteerivad". Joyce vastandab elu ja tehnoloogia fundamentaalse termodünaamilise kalduvusega häiretele ja lagunemisele. Milliseid uusi vorme elu saab? Aeg näitab.
Ilja Khel
