Sedan barndomen väckte levande varelser intresse och beundran hos mig. Jag tillbringade min barndom i norra Kalifornien, där jag ofta spelade i naturen bland växter och djur.
Mina vänner och jag såg på bin när de pollinerade blommorna och fångade dem i ziplock-påsar för att få en bättre titt på deras obsidianögon och gyllene hårstrån och sedan låt insekterna befria sig från sina dagliga aktiviteter.
Ibland gjorde jag en pilbåge från busken som växte på vår webbplats, använde bark från samma buskar som en bowstring, och bladen från dem gick till pilarnas fjädring. På resor till stranden med min familj lärde jag mig snabbt att hitta krabbor och leddjur i sina krökor och observerade bubblorna i sanden efter tidvattnet i nästa våg. Och jag minns levande hur vi på barneskolan vandrade i en eukalyptuslund i Santa Cruz, där tusentals migrerande Danaid-fjärilar stoppade för att vila. De höll fast vid trädgrenar i stora bruna klumpar, som liknade torkade löv. Och sedan började någon fjäril röra sig, och det visade sig att den inre delen av vingarna var eldig orange.
Dessa ögonblick, liksom många av David Attenboroughs filmer, har förstärkt min fascination för planetens levande värld. Medan min yngre bror var entusiastisk engagerad i K'Nex-paketet som presenterades för honom, noggrant att bygga berg-och dalbanor eller en järnväg, försökte jag förstå hur vår katt fungerar. Hur ser hon världen? Varför purrar hon? Vad är hennes päls, klor och mustasch gjorda av? Jag bad en gång om ett uppslagsverk om djur till jul. Efter att ha rivit brunt papper från en massiv bok som vägde ungefär hälften av mig, satt jag vid trädet i flera timmar och läste den. Så det är inte förvånande att jag slutade leva med att skriva artiklar om natur och vetenskap.
Men nyligen fick jag en epifanie som fick mig att titta igenom varför jag älskar alla levande saker så mycket och tänker på ett nytt sätt om vad livet är. Faktum är att hela tiden människor studerar livet kan de fortfarande inte ge det en tydlig definition. Även idag har forskare inte en övertygande och allmänt accepterad definition av livet. Jag tänkte på det här problemet, jag kom ihåg hur min bror entusiastiskt spelade byggsatser och jag var nyfiken på katten.
Varför verkar det som om konstruktören är livlösa, men katten lever? Är inte både de första och andra maskinerna till slut? Naturligtvis är en katt en mycket mer komplex mekanism, som kan fantastiska gärningar, som designern aldrig kommer att kunna upprepa. Men på den mest grundläggande nivån, vad är skillnaden mellan en livlös maskin och en levande organisme? Vad, människor, katter, krabbor och andra varelser tillhör en kategori och konstruktörer, datorer, stjärnor och stenar till en annan? Min slutsats: nej. Dessutom bestämde jag mig för att livet inte existerar.
Kampanjvideo:
Låt mig förklara
Formella försök att ge en exakt definition av livet gjordes även under antika grekiska filosofer. Aristoteles trodde att till skillnad från det livlösa har alla levande saker en själ, och själen är av tre typer: i växter, i djur och en rationell själ, som exklusivt är i människor. Den grekiska anatomisten Galen föreslog ett liknande, organbaserat system av "livsanda" i lungorna, cirkulationssystemet och nervsystemet. På 1600-talet avancerade den tyska läkaren och kemisten George Erns Stahl och andra forskare en teori som senare kallades vitalism.
Vitalister hävdade att "levande organismer skiljer sig i grunden från livlösa enheter, eftersom de innehåller något immateriellt element, och de styrs av andra principer än i livlösa saker," och även av organiska ämnen (molekyler som innehåller kol och väte och skapas levande organismer) kan inte syntetiseras från oorganiska (dessa är molekyler där det inte finns något kol, vilket framträder främst som ett resultat av geologiska processer). Efterföljande experiment visade vitalismens fullständiga inkonsekvens: oorganiska ämnen kan omvandlas till organiska sådana både i laboratorieförhållanden och utanför laboratoriers väggar.
I stället för att införa organismer "någon immateriell kraft", har andra forskare försökt härleda en viss uppsättning fysiska egenskaper som skiljer de levande och icke-levande. På grund av bristen på en kortfattad definition av livet i Campbells böcker och andra allmänt använda biologiska läroböcker finns det en omfattande lista med definierande egenskaper, till exempel: ordning (det faktum att många organismer består av antingen en cell med olika uppdelningar och organeller, eller grupper av ordnade celler), tillväxt och utveckling (förändring i storlek och form på ett förutsägbart sätt), homeostase (stabilitet i den inre miljöns sammansättning, som skiljer sig från den yttre, liksom balansen mellan biofysiologiska funktioner, till exempel reglering av graden av surhet och saltkoncentration), ämnesomsättning (energiförbrukning för tillväxt och för bromsa åldrandet),reaktion på stimuli (förändring i beteende som svar på ljus, temperatur, kemikalier och andra komponenter i miljön), reproduktion (vegetativ reproduktion eller parning för att producera nya organismer med överföring av genetisk information från en generation till en annan) och evolution (förändring över tid av genetisk befolkningens egenskaper).
Logiken i sådana listor kan väldigt lätt motbevisas. Ingen har någonsin lyckats sammanställa en sådan uppsättning fysiska egenskaper där alla levande saker kombineras och allt som vi kallar livlösa är uteslutet. Det finns alltid undantag. Så de flesta människor anser inte kristaller vara levande, men de är mycket organiserade och de växer. Eld förbrukar också energi och ökar. Omvänt kan bakterier, tardigrader och till och med vissa kräftdjur vila i viloläge under lång tid, och för närvarande växer de inte, de metaboliserar inte och de förändras inte alls, även om de inte heller kan kallas döda.
Vilken kategori kan vi klassificera ett blad som har fallit från ett träd? De flesta håller med om att ett blad som är fäst vid ett träd lever. Dess många celler arbetar outtröttligt för att omvandla solljus, koldioxid och vatten till näringsämnen, bland annat. När ett blad bryter av ett träd upphör dess celler inte omedelbart med sin aktivitet. Dör han när han faller till marken, när han rör vid marken eller när alla hans celler dör? Om du rippar ett blad från ett träd och placerar det i ett näringsmedium i laboratoriet, där bladcellerna är fulla och lyckliga, är det här livet?
Nästan alla de föreslagna egenskaperna i livet faller under denna situation. Respons på miljön - den här egenskapen tillhör inte bara levande organismer. Vi har uppfunnit otaliga maskiner som gör samma sak. Och till och med reproduktion är inte ett avgörande drag i livet. I många fall kan inte ett enskilt djur reproducera sig själv.
Det visar sig att två katter lever, eftersom de tillsammans kan föda nya katter, och en kan inte, eftersom den inte kan reproducera sig själv och överföra sina gener. Kom också ihåg den odödliga maneten turritopsis nutricula, som oändligt kan återgå från "vuxen" -stadiet för manet till "barn" -stadiet i polyppen. Den reproducerar inte avkommor, reproducerar inte vegetativt och åldras inte ens på traditionellt sätt - men de flesta skulle vara överens om att denna manet lever.
Vad sägs om evolution? Möjligheten att lagra information i DNA- och RNA-molekyler, överföra denna information till avkommor och anpassa sig till förändrade miljöförhållanden genom att ändra genetisk information - naturligtvis har inte bara levande varelser dessa talanger. Många biologer har fokuserat på evolutionen som en nyckel och särdrag i livet.
I början av 1990-talet var Gerald Joyce från Scripps Research Institute en del av en rådgivande grupp till John Rummel, som vid den tidpunkten var chef för NASA: s utomjordiska biologiprogram. Under diskussioner om de bästa sätten att hitta liv i andra världar skapade Joyce och hans kollegor en mycket populär arbetsdefinition av livet idag: ett oberoende system som kan Darwinian evolution. Definitionen är klar, kortfattad och omfattande. Men fungerar det i praktiken?
Låt oss se hur denna definition gäller virus, som mest av allt komplicerar sökandet efter en livsdefinition. Virus är i själva verket delar av DNA eller RNA packade i ett proteinbeläggning. De har inga celler, ingen metabolism, men de har gener och de kan utvecklas. Men som Joyce förklarar, för att bli ett "självständigt system", måste en organisme innehålla all information den behöver för att återge den darwinistiska utvecklingen. Han säger att på grund av detta tillstånd passar virus inte den fungerande definitionen. När allt kommer omkring måste viruset invadera cellen och fånga den för att reproducera sig själv. "Det virala genomet utvecklas bara inom värdcellen," sa Joyce i en ny intervju.
Tardigrade
Men när du tänker på det är NASA: s arbetsdefinition inte bättre på att fånga upp ett tvetydighet hos ett virus än någon annan föreslagen definition. Den parasitiska masken som lever i tarmen, som många anser vara en motbjudande, men ganska verklig livsform, har all genetisk information som är nödvändig för reproduktion. Men parasiten kan inte reproducera sig på något sätt utan celler och molekyler i den mänskliga tarmen, från vilken den stjäl den energi som behövs för överlevnad. På samma sätt har ett virus all den genetiska informationen som den behöver för att reproducera, men det saknar den nödvändiga cellulära maskinen. Påståendet att situationen med den parasitiska masken skiljer sig radikalt från situationen med viruset är ett ganska svagt argument.
Både masken och viruset multiplicerar och utvecklas endast inom sin "värd". I själva verket replikerar viruset mycket mer effektivt än masken. Viruset börjar omedelbart och det behöver bara ett fåtal proteiner i cellkärnan för att börja multiplicera i stor skala. Och parasiten behöver ett helt organ av ett annat djur för reproduktion, och masken kommer att uppnå framgång endast om den kan överleva tills den växer och lägger ägg. Så om vi använder NASA: s arbetsdefinition för att utesluta virus från de levande, måste vi också utesluta alla andra större parasiter, inklusive maskar, svampar och växter.
Att definiera livet som ett oberoende system med förmåga till Darwinian evolution tvingar oss också att erkänna att vissa datorprogram också lever. Till exempel efterliknar genetiska algoritmer naturligt urval för att hitta den optimala lösningen på ett problem. Dessa bitmappar kodar för egenskaper och egenskaper, utvecklas, strider mot varandra för reproduktion och till och med utbyter information. På samma sätt skapar programvaruplattformar som Avida "digitala organismer" gjorda av digitala bitar som muterar på ungefär samma sätt som DNA-mutationer. Med andra ord, de utvecklas också. "Avida är inte en simulering av evolutionen, det är ett exempel på det," sade Robert Pennock från Michigan State University till Carl Zimmer i sitt Discover-program. - Det finns en process med naturligt urval. Alla komponenter i den darwiniska processen finns där. Dessa saker reproducerar, de muterar, de konkurrerar med varandra. Om detta är huvudsaken i att definiera livet, måste dessa saker också beaktas."
Jag skulle säga att Joyces laboratorium i sig gav ett förödande slag mot NASA: s arbetsdefinition av livet. Han, tillsammans med många andra forskare, föredrar teorin om livets ursprung som kallas "RNA World". Allt liv på vår planet beror på DNA och RNA. I moderna levande organismer lagrar DNA den information som behövs för att skapa proteiner och molekylära mekanismer som fungerar tillsammans för att bilda en noga cell. Först trodde forskare att endast proteiner, enzymer, kunde fungera som en katalysator för den kemiska reaktionen som behövs för att bygga cellstrukturen.
Men på 1980-talet upptäckte Tomas Cech och Sidney Altman att genom att interagera med olika proteinenzymer, många typer av RNA-enzymer eller ribozymer, läste informationen kodad i DNA och bygga olika delar av cellen steg för steg. RNA World-hypotesen säger att de tidigaste organismerna på vår planet utförde alla dessa uppgifter för att lagra och använda genetisk information uteslutande med hjälp av RNA och utan hjälp av DNA och en hel serie proteinenzymer.
Hur kunde detta hända? Det är hur. För ungefär fyra miljarder år sedan, fria nukleotider från jordens soppa, som är byggstenarna för RNA och DNA, kombinerade i allt längre kedjor och med tiden producerade ribozym som var stora och komplexa nog för att skapa nya kopior av sig själva. Således var de mycket mer benägna att överleva än de som inte kunde reproducera RNA. Dessa tidiga enzymer hyllade sig självmonterande membran och bildade de initiala cellerna. Ribozymer skapade inte bara mer RNA, utan kunde också koppla nukleotider till DNA-strängar. Nukleotider kan också spontant bilda DNA.
Hur som helst har DNA ersatt RNA som huvudmolekyl för lagring av information, eftersom det är mer stabilt. Och proteiner har börjat spela rollen som katalysatorer, eftersom de är väldigt olika och lätt anpassningsbara. Men cellerna i moderna organismer innehåller fortfarande rester av den ursprungliga RNA-världen. Således är ribosomer, som är en uppsättning RNA och proteiner som syntetiserar proteiner från aminosyror, ribozymer. Det finns också en grupp virus som använder RNA som det huvudsakliga genetiska materialet.
För att testa RNA World-hypotesen har Joyce och andra försökt skapa de typer av självreplikerande ribozymer som en gång kan ha funnits i jordens soppa. I mitten av 2000-talet skapade Joyce och Tracey Lincoln biljoner av slumpmässiga och orelaterade RNA-sekvenser i laboratoriet, liknande de tidiga RNA som kunde konkurrera med varandra för miljarder år sedan.
Dessutom skapade de isolerade sekvenser som av misstag visade förmågan att ansluta två andra RNA-bitar. Genom att motsätta sig sådana sekvenser mot varandra producerade detta par så småningom två ribozymer som kunde reproducera varandra på obestämd tid, så länge de fick tillräckligt med nukleotider. Dessa nakna RNA-molekyler kan inte bara reproducera, de kan också mutera och utvecklas. Ribozym har till exempel förändrat små delar av sin genetiska kod för att anpassa sig till förändrade miljöförhållanden.
"De passar den fungerande definitionen av livet", säger Joyce. "Det är en oberoende darwinisk utveckling." Han kan dock inte säga säkert om ribozymerna lever. För att inte bli doktor Frankenstein vill Joyce se hur hans skapelse tar helt nya egenskaper och inte bara modifierar vad han redan vet hur han ska göra. "Jag tror att den saknade länken här är att ribozym måste vara uppfinningsrik, måste skapa nya lösningar," säger han.
Men det verkar för mig att Joyce inte gör rättvisa mot ribozym. Evolution är genetisk förändring som sker över tiden. För att se utvecklingen i handling behöver du inte vänta på att grisarna utvecklar sina vingar och för att RNA ska samlas i bokstäverna i alfabetet. Den blå ögonfärgen, som dök upp för 6 000-10 000 år sedan, är bara en annan typ av irispigment. Detta är samma grundade exempel på evolution som de första fjädernade dinosaurierna. Om vi definierar livet som”ett oberoende system med förmåga till Darwinian evolution”, ser jag ingen tvingande anledning att beröva titeln på att leva självreplikerande ribozymer eller virus. Men jag ser inte heller någon anledning till ett fullständigt avslag på denna arbetsdefinition och alla andra livsdefinitioner.
Varför är det så svårt att definiera livet? Varför har forskare och tänkare i århundraden inte kunnat hitta en specifik fysisk egenskap eller en uppsättning egenskaper som tydligt kan skilja liv från icke-levande? Eftersom det inte finns några sådana egenskaper. Livet är ett koncept som vi har uppfunnit. På sin mest grundläggande nivå är all materia i existens en organiserad uppsättning av atomer och deras beståndsdelar. Detta är en otroligt komplex uppsättning som innehåller saker som den elementära väteatomen och den mest komplexa hjärnan.
För att försöka definiera livet, drog vi godtyckligt en linje i denna komplexa uppsättning och förklarade: allt ovanför är levande, och allt under det är det inte. Faktum är att denna skillnad endast finns i våra hjärnor. Det finns ingen tröskel över vilken ett kluster av atomer plötsligt återupplivar, det finns ingen tydlig åtskillnad mellan levande och icke-levande, det finns ingen ordspråkig Frankenstein-gnista. Vi kan inte ge en definition av livet, för det finns inget att definiera här.
Jag förklarade nervöst dessa idéer till Joyce via telefon och förväntade mig att han skulle skratta och kalla dem absurd. Det var ju han som hjälpte NASA att utveckla definitionen av liv. Men Joyce kallade det "ideala" argumentet att livet bara är ett begrepp eller idé. Han håller med om att definiera livet är i en mening en tom idé. Arbetsdefinitionen finns helt enkelt för språklig bekvämlighet. "Vi försökte hjälpa NASA att hitta utomjordiskt liv," säger han. "Vi kunde inte använda ordet" liv "i varje stycke utan att definiera det."
Carol Cleland, en filosof vid University of Colorado i Boulder, som har tillbringat många år på att undersöka försök att beskriva livet, finner det också fel att försöka definiera det exakt. Men hon är ännu inte redo att förneka livet i sin fysiska verklighet. "Att dra slutsatsen att det inte finns någon verklig natur i livet är lika tidigt som att definiera det," säger hon. "Det verkar för mig att det bästa alternativet under sådana förhållanden är att betrakta livets slutkriterier som hypotetiska och spekulativa."
Vad vi verkligen behöver, skriver Cleland, är "en tillräckligt grundad och adekvat allmän teori om livet." Hon gör jämförelser med kemister från det sextonde århundradet. Innan forskare insåg att luft, smuts, syror och alla kemikalier består av molekyler, kunde de inte definiera vatten. De kunde lista dess egenskaper - våt, genomskinligt, smaklöst, fryser, kan lösa många andra ämnen - men de kunde inte exakt karaktärisera det förrän forskarna upptäckte att vatten är två väteatomer i samband med en syreatom.
Salt, smutsigt, tonat, flytande, fruset - vatten är alltid H2O. Det kan innehålla andra element som en orenhet, men de tre atomer som utgör det vi kallar vatten finns alltid i det. Salpetersyra kan likna vatten, men det är inte vatten eftersom de två substanserna har olika molekylstrukturer. En mycket större provstorlek krävs för att skapa en teori om liv som passar molekylär teori, säger Cleland. Hon hävdar att vi hittills bara har ett exempel på vad livet är - detta är ett jordiskt liv, som är baserat på DNA och RNA. Hur kan du skapa en teori om däggdjur genom att bara observera zebror? Det är här vi befinner oss i våra försök att definiera vad som gör livet till liv, avslutar Cleland.
Kluster av bakteriofager, virus som har utvecklats
Jag håller inte med henne. Naturligtvis kommer upptäckten av prover av utomjordiskt liv på andra planeter att öka vår förståelse för hur det vi kallar levande organismer fungerar och framför allt hur de utvecklats. Men sådana fynd kan sannolikt inte hjälpa oss att utveckla en ny revolutionär teori om livet. Kemisterna från 1500-talet kunde inte säga hur vatten skiljer sig från andra ämnen, eftersom de inte förstod dess grundläggande natur: de visste inte att varje substans består av en specifik och ordnad uppsättning molekyler. Och moderna forskare vet exakt vilka varelser på vår planet är gjorda av - celler, proteiner, DNA och RNA.
Skillnaden mellan molekylerna vatten, jord och silver från katter, människor och andra levande saker är inte "liv", utan nivån på komplexitet. Forskare har redan tillräckligt med kunskap för att förklara varför så kallade organismer kan göra vad de flesta av de icke-levande inte kan göra. De kan berätta hur bakterier gör nya kopior av sig själva, hur de snabbt anpassar sig till sin miljö och varför stenar inte kan. Men samtidigt säger de kanske inte att de levande är detta och det, och det livlösa är det och att detta par aldrig kommer att förenas.
Genom att erkänna livet som ett begrepp och en idé, berövar vi det inte på något sätt sin inneboende storslagenhet. Det handlar inte om frånvaron av materiella skillnader mellan levande och icke-levande. Troligtvis kommer vi aldrig att hitta en tydlig skillnad mellan dem, eftersom begreppet liv och icke-liv som vissa kategorier bara är ett begrepp, inte verklighet. Allt som fascinerade mig i djurlivet i barndomen är lika förvånande nu, även med min nya förståelse av livet. Jag tror att de saker som vi kallar levande faktiskt förenar inte bara några av deras inneboende egenskaper; snarare är de förenade av vår förståelse av dem, vår kärlek till dem och uppriktigt sagt vår arrogans och narcissism.
För det första meddelade vi att allt på jorden kan delas upp i två grupper - levande och icke-levande, och det är ingen hemlighet vilken grupp vi anser vara den högsta. Vidare placerade vi oss inte bara i den första gruppen, vi insisterade på att alla andra livsformer på vår planet skulle bedömas i förhållande till oss. Ju mer denna form liknar oss - desto mer den rör sig, talar, känner, tänker - desto mer levande anser vi det. Men samtidigt är en specifik uppsättning av egenskaper och egenskaper som gör en person till en person långt ifrån det enda sättet (och långt ifrån det mest framgångsrika när det gäller evolution) att beskriva en levande sak.
I själva verket är det vi kallar livet omöjligt utan och är oskiljaktigt från det vi anser som livlösa. Om vi på något sätt kunde titta på vår planets grundläggande kärna, förstå dess struktur på alla nivåer på samma gång - från mikroskopisk till makroskopisk, skulle vi se världen som ett oräkneligt antal sandkorn, som en gigantisk darrande sfär atomer. En person kan bygga slott på stranden från tusentals nästan identiska sandkorn, göra maneter och allt annat som han bara kan föreställa sig.
På samma sätt samlas, sönderdelas de otaliga atomer som utgör allt på vår planet kontinuerligt och skapar ett ständigt föränderligt kalejdoskop av materien. Flera av dessa partiklar blir berg, hav och moln; andra producerar träd, fiskar och fåglar. Vissa uppsättningar förblir relativt rörliga och inerta; andra förändras med otänkbar hastighet och pussel över komplexiteten i deras konstruktioner. Något gör K'Nex-konstruktören och något katt.
Ursprunglig publikation: Varför livet inte existerar