Време науке

Изгубљени рецепт

Да ли се живим могу сматрати и вештачке протоћелије ако процесирају енергију и репродукују се?

 

Текст: Слободан Бубњевић, Марија Видић

Како је све то почело пре више од четири милијарде година? Шта се заправо десило са неорганским материјама које су се спојиле у примордијалној супи? Хајде да се окушамо са неким другим рецептом. Пре свега, за живот је неопходан океан. Посуда. Или барем колевка. За ову прилику можемо да употребимо и било коју велику и провидну кутију од клирита или неке друге пластике, отворену са једне стране.

Затим – Сунце. Пошто толику звезду не можемо са лакоћом обезбедити, употребићемо какав други јак мотор. Вентилатор огромне снаге, на пример. Ако га усмеримо ка кутији, ка отвореној страни, уместо топлих зрака који падају на океан, енергију систему ће давати изузетно снажан ветар.

Затим узимамо прву неживу супстанцу, какав обичан неоргански молекул. Можемо да користимо и обичну пингпонг лоптицу од четири центиметра у пречнику. У кутију са ветром она ће, као што и приличи једном „молекулу“, повремено скакутати горе-доле.

Ако уместо једне употребимо десет пингпонг лоптица, систем постаје занимљивији – лоптице скакућу, сударају се и хаотично крећу готово као Браунове честице. Систем је очигледно врло динамичан, али очигледно није жив.

Недостаје нам – комплексност. Зарад ње ћемо употребити и друге врсте лоптица. Рецимо, двоструко веће и двоструко мање. Ако их убацимо све заједно у посуду и изложимо ветру, оне ће се покретати на начин који много више узима у обзир узајамне односе. У неким деловима ће се појавити први кластери, групе лоптица, на другим местима лоптице само хаотично скакућу – охрабримо се и назовимо их протоћелијама.

Повећањем на десет врста лоптица, већих и мањих, таквих појава је све више. Посуду заузимају кластери, мањи и већи, они се раскидају и лоптице се изнова групишу. Ове протоћелије се спајају и крећу укруг – почињу да везују енергију. Ове синтетичке протоћелије практично имају метаболизам. Неке нове форме постојања. Готово живот.

Замислимо ли да је наша посуда довољно велика (или лоптице врло, врло мале), тако да буде милион врста лоптица у њој. Могло би се очекивати и да се створе дивовски кластери који ће енергију ветра заробити на дуже време, размењивати лоптице. Метаболисати. Цепати се, спајати и тако се репродуковати. И како време пролази, еволуирати у сложеније форме. Живети, и то сасвим без органских молекула и оног што обично сматрамо живим.

СИНТЕТИЧКА ЋЕЛИЈА

Следећи традицију коју је још почетком 20. века започео француски биолог Стефан Ледук, научници попут данског биолога Мартина Ханцига користе врло сличне рецепте за добијање синтетичких протоћелија, односно „живих“ форми од неживих молекула. Само што уместо механичких „молекула“, односно лоптица, користе капи уља и кашу од десетак молекула којима стварају готово „живе“ структуре. Такозвана синтетичка биологија нуди читав низ рецепата за структуре које могу да задовоље бар неке од формалних дефиниција живота.

Синтетичка биологија, генерално, покушава да створи вештачки живот као такав. Под појмом синтетички живот, што је на неки начин оксиморон, обично се подразумева вештачки живот који је биолошки и треба га разликовати од вештачког живота, који се односи на артифицијелне, роботске системе.

Међутим, шта је живот? Да ли је сасвим неважно какву хемију или физику користи? Да ли ће се та појава као емергенција јавити на разним скалама и разним нивоима комплексности? Потрага за питањем настанка и разумевања живота последњих деценија науку води у смеровима који су далеко одмакли од биологије. Неуспех у покушајима да се у лабораторијским условима од неживе направи жива материја води бројне научнике ка такозваним прелазним формама.

Једну биолошку ћелију чини милион разних врста молекула. Она је далеко комплекснија од било ког механичког и хемијског модела који ће показати неке особине живота као што су комплексност, везивање енергије, репродукција и метаболизам.

Мада је број дефиниција живота огроман, већина истраживача се слаже да живот мора показивати ових неколико основних карактеристика. И већина се слаже да он не мора бити уопште заснован на угљенику и органским молекулима. У природи постоји читав низ прелазних форми – ако су бактеријске ћелије најмање јединице живота, шта су вируси који имају само ДНК, бића без тела која могу да се репродукују само као паразити. Зашто нека од прелазних форми не би била и синтетичка протоћелија?

СУПЕРОРГАНИЗАМ

Поједини истраживачи и мислиоци пак живот већ виде свуда око нас, али не као манифестацију органског живота, већ као појаву која је карактеристика свих комплексних система – између осталог и саме планете Земље. Овај концепт се заснива на такозваној Геја хипотези, прилично контроверзној и истовремено узбудљивој теорији о Земљи, која као целина, са својим океанима, атмосфером и живим светом непрекидно еволуира као један гигантски организам. Идеја потиче још из 18. века, а јављала се и у научнофантастичној литератури као мотив о Земљи као живом бићу.

Модерни концепт Земље као суперорганизма осмислио је 1972. године енглески хемичар Џејмс Лавлок, закључивши да се планета налази у динамичкој равнотежи и да сама себе регулише. Називу Геја хипотеза наводно је кумовао Лавлоков први комшија, романописац Вилијам Голдинг, славни аутор Господара мува. Почетком осамдесетих година, Лавлок је свој концепт покушао да докаже рачунарском симулацијом која је позната као „Свет белих рада“ (Daisyworld), модел у коме планету прекривају беле и црне раде које одбијају и упијају Сунчеву топлоту, грејући и хладећи планету са променом свог бројног стања. То готово сасвим личи на оно што доживљавају колоније бактерија у људском телу или ројеви пчела у кошници, који као целина представљају суперорганизам.

Како год, било који од приступа покушава да одговори на основно питање – како је живот тек тако случајно настао из неорганске материје? И док еволуција испитује како се нешто што је већ било живо с временом мењало и трансформисало, биолошка теорија која се бави проблемом како је од неживе материје настао живот на Земљи назива се абиогенеза. Она истражује тајни рецепт који је, тамо негде у топлом Праокеану, бар једном успео. И потом настанио целу планету.

Милер Уреј експеримент

Пре четири милијарде година, у примордијалној супи, обични неоргански материјали се наизглед из чиста мира претварају у први живот. И мада постоји сијасет теорија и хипотеза како је до тога могло доћи, још увек живот из неорганских молекула није направљен у лабораторији. Који тајни састојак недостаје? Како попунити празнину између неживе материје и настанка самореплицирајућег живог система? Како то поновити у лабораторији?

За разлику од синтетичких биолога, неки научници већ деценијама покушавају да изнова створе живот од угљеника, симулирају услове примордијалне супе или неке друге, који су по бројним хипотезама владали у време кад је од неорганских молекула настала прва „коацерватна“ капљица, односно једна већа гомила молекула која више није била само то, већ живо биће.

Најпознатији покушај да се такви услови направе је Милер-Уреј експеримент (Miller-Urey), који су 1952. године на Универзитету у Чикагу извели Стенли Милер и Харолд Уреј, у жељи да провере хипотезу о настанку живота Александра Опарина и Ј.Б.С. Холдејна.

Према њиховој хипотези, услови на примитивној Земљи подстакли су хемијске реакције у којима су се од неорганских синтетисала органска једињења. Милер и Уреј су направили експеримент са водом у стакленој посуди (океаном), електричном варницом (муњом) и гасом у коме је био измешан метан са амонијаком (атмосфера), и успели су да у лабораторијским условима добију чак пет амино-киселина.

Њихов експеримент са пореклом живота поновљен је више пута, а у изведби 2008. године научници су вештачки добили чак 22 амино-киселине. Међутим, бројни други ин витро (у стаклу) покушаји да се у таквим условима створи нешто што ће бити не само органски молекул већ живи створ, никада нису успели.

ВРЕМЕ НАУКЕ

Текст преузет из последњег броја „Времена науке“, специјалног издања за науку и технологију – једног од 88 пројеката промоције и популаризације науке, које у 2012, у оквиру јавног позива, финансијски подржава Центар за промоцију науке.

Истражите и друге теме из ВРЕМЕНА НАУКЕ.

Истражите друге текстове:


Grb Republike Srbije
ecsite nsta eusea astc

ЦПН
Улица краља Петра 46
11000 Београд
Република Србија
+381 11 24 00 260
centar@cpn.rs