Vad är livet? Under större delen av 1900-talet gällde biologerna inte så mycket. Livet är en term för poeter, inte forskare, sa den syntetiska biologen Andrew Ellington 2008, som började sin karriär genom att studera hur livet började. Trots Ellingtons ord har relaterade områden med livets ursprung och astrobiologisk forskning förnyat sitt fokus på livets mening. För att erkänna en annan form som livet kan ha tagit för fyra miljarder år sedan, eller en form som det kan ha tagit på andra planeter, måste forskare förstå vad det faktiskt är som gör något levande.
Livet är dock ett rörligt mål, som filosofer länge har noterat. Aristoteles ansåg att "liv" och "levande" var olika begrepp - det senare, i hans fall, var en samling befintliga varelser som bebor vår värld, såsom hundar, grannar och bakterier på huden. För att känna livet måste vi undersöka de levande; men de levande förändras alltid i rum och tid. När vi försöker definiera livet måste vi ta hänsyn till det liv vi känner och vi inte känner. Enligt ursprungs-liv-forskare Pierre Luigi Luisi från University of Roma Tre finns det liv-som-det-nu, liv-som-det-kan-vara-och liv-som-det-en-var. Dessa kategorier pekar på det dilemma som behandlas av medeltida mystiska filosofer. Livet, som de märkte, är alltid mycket mer än att leva, och av detta skäl, paradoxalt nog,det kommer aldrig att finnas tillgängligt för de levande. På grund av denna klyftan mellan det verkliga livet och det möjliga livet, fokuserar många definitioner på livet på dess förmåga att förändras och utvecklas, snarare än att begränsas till att definiera fasta egenskaper hos livet.
Kan liv skapas i ett laboratorium?
I början av 1990-talet, medan han rådde NASA om livsmöjligheterna på andra planeter, hjälpte biolog Gerald Joyce, för närvarande vid Salk Institute for Biologic Research i Kalifornien, att utveckla en av de mest använda definitionerna av livet. Det är känt som den kemiska Darwinian-definitionen: "Livet är ett självbärande kemiskt system som kan Darwinian evolution." År 2009, efter decennier av arbete, publicerade Joyces grupp ett papper som beskrev en RNA-molekyl som kan katalysera sin egen syntesreaktion för att skapa fler egna kopior. Detta kemiska system uppfyllde Joyces definition av livet. Men ingen vågade kalla henne levande. Problemet är att hon inte gjorde något nytt eller ovanligt.
"En dag kommer detta genom att kunna överraska sin skapare med ett ord - ett trick eller ett nytt steg i nästan livets spel - som han inte förväntar sig att höra," skrev New York Times om skapelsen. "Om det hände, om det hände mig, skulle jag vara lycklig," säger Dr. Joyce. Och han tillägger: "Jag antar inte att hävda, men det är levande."
Joyce försöker förstå livet genom att generera enkla levande system i laboratoriet. I processen förkroppsligar han och andra syntetiska biologer nya livsarter i levande form. Varje försök att syntetisera nya livsformer pekar på det faktum att det finns många fler, kanske oändligt fler möjliga livsformer. Syntetiska biologer kan förändra hur livet utvecklas eller förmågorna det utvecklas. Deras arbete väcker nya frågor om den evolutionära definitionen av livet. Hur kan man kategorisera livet som har förändrats, som har blivit en produkt från en evolutionär tipppunkt, en produkt av ett brott i evolutionskedjan?
Historien om syntetisk biologis ursprung går tillbaka till 1977, då Drew Andy, en av grundarna av syntetisk biologi och nu professor i bioingenjör vid Stanford University i Kalifornien, försökte skapa en beräkningsmodell av den enklaste livsformen han kunde hitta: T7-bakteriofagen, ett virus som infekterar bakterier. colibakterier. Kristallhuvudet på de böjda benen på detta virus är som en lander som landar på månen och tar en bakteriebärare. Denna bakteriofag är så enkel att den enligt vissa definitioner inte ens kan kallas levande. (Liksom alla virus förlitar det sig på att värdcellens molekylära konstruktion reproduceras.) T7-bakteriofagen har totalt 56 gener, och Andy trodde att det skulle vara möjligt att skapa en modell som tar hänsyn till varje del av fagen och hur dessa delar fungerar tillsammans:en idealisk representation som förutsäger hur en fag kommer att förändras om en av dessa gener tas bort eller tas bort.
Kampanjvideo:
Andy byggde en serie T7-bakteriofagmutanter genom att systematiskt slå ut gener eller ändra deras plats i det lilla T7-genomet. Men de mutanta faserna passar modellen under mycket kort tid. Förändringen, som borde ha lett till deras försvagning, ledde till att deras avkommor sprängde E. coli-celler dubbelt så snabbt som tidigare. Fungerade inte. Så småningom insåg Andy, "Om vi vill modellera den naturliga världen, måste vi skriva om den naturliga världen så att den blir simulerad." Istället för att leta efter en bättre karta, ändra territoriet. Således föddes syntetisk biologi. Genom att låna metoder från programmering började Andy att "refaktorera" bakteriofaggenomet T7. Han skapade T7.1-bakteriofagen, en livsform utformad för att vara lättare för det mänskliga sinnet att tolka.
Fag T7.1 är ett exempel på det så kallade över-darwiniska livet: ett liv som är skyldigt dess existens till mänsklig design, inte naturligt urval. Bioingenjörer som Andy ser livet på två sätt: som en fysisk struktur å ena sidan och som en informationsstruktur på den andra. I teorin bör den ideala representationen av livet aktivera en osynlig övergång mellan information och materia, design och implementering: ändra några DNA-bokstäver på din datorskärm, skriva ut en organism enligt din design. Med detta tillvägagångssätt hotar evolutionen att förstöra ingenjörens design. Att bevara biologisk design kan kräva att din avsedda organisme inte kan reproducera sig eller utvecklas.
Tvärtom antyder Joyces önskan att bli förvånad av hans molekyler att förmågan att öppna evolutionen -”resursfull, allmänt, gränslös” - är det viktigaste kriteriet i livet. I linje med denna idé definierar Joyce nu livet som ett genetiskt system som innehåller fler bitar information än antalet som behövs för att få det igång. Men i enlighet med denna definition, om vi tar två identiska system med olika historier - ett utformat och ett annat utvecklat - kommer bara det senare att betraktas som levande; ett rationellt utformat system, oavsett dess komplexitet, kommer helt enkelt att vara en "teknisk artefakt."
Design och evolution är inte alltid emot. Många syntetiska biologiprojekt använder en blandning av rationell design och riktad evolution: de konstruerar en mängd mutanta celler - i olika versioner - och väljer den bästa. Även om Joyces nya livssyn inkluderar evolution kräver det också ett plötsligt utseende snarare än en lång darwinisk utveckling. Nytt liv passar in i en kultur av plötsliga innovationer, där idéer inkluderar det magiska utseendet på en fungerande knopp från en 3D-skrivare. Design och evolution är också kompatibla om bioingenjörer ser genetisk mångfald som en skattkista av designelement för framtida livsformer.
För vissa syntetiska biologer är vägen till det som mystiker kallar liv bortom livet - som överskrider livet som vi känner det - genom biologisk teknik. Andy beskriver sitt kallelse i termer av en önskan att bidra till livet, att leka nya typer av "otroliga modeller som kommer att blomstra och existera." Joyce kontrasterar liv och teknik med en grundläggande termodynamisk tendens till störning och förfall. Vilka nya former kommer livet att få? Tiden får avgöra.
Ilya Khel
