Da li se živim mogu smatrati i veštačke protoćelije ako procesiraju energiju i reprodukuju se?
Tekst: Slobodan Bubnjević, Marija Vidić
Kako je sve to počelo pre više od četiri milijarde godina? Šta se zapravo desilo sa neorganskim materijama koje su se spojile u primordijalnoj supi? Hajde da se okušamo sa nekim drugim receptom. Pre svega, za život je neophodan okean. Posuda. Ili barem kolevka. Za ovu priliku možemo da upotrebimo i bilo koju veliku i providnu kutiju od klirita ili neke druge plastike, otvorenu sa jedne strane.
Zatim – Sunce. Pošto toliku zvezdu ne možemo sa lakoćom obezbediti, upotrebićemo kakav drugi jak motor. Ventilator ogromne snage, na primer. Ako ga usmerimo ka kutiji, ka otvorenoj strani, umesto toplih zraka koji padaju na okean, energiju sistemu će davati izuzetno snažan vetar.
Zatim uzimamo prvu neživu supstancu, kakav običan neorganski molekul. Možemo da koristimo i običnu pingpong lopticu od četiri centimetra u prečniku. U kutiju sa vetrom ona će, kao što i priliči jednom „molekulu“, povremeno skakutati gore-dole.
Ako umesto jedne upotrebimo deset pingpong loptica, sistem postaje zanimljiviji – loptice skakuću, sudaraju se i haotično kreću gotovo kao Braunove čestice. Sistem je očigledno vrlo dinamičan, ali očigledno nije živ.
Nedostaje nam – kompleksnost. Zarad nje ćemo upotrebiti i druge vrste loptica. Recimo, dvostruko veće i dvostruko manje. Ako ih ubacimo sve zajedno u posudu i izložimo vetru, one će se pokretati na način koji mnogo više uzima u obzir uzajamne odnose. U nekim delovima će se pojaviti prvi klasteri, grupe loptica, na drugim mestima loptice samo haotično skakuću – ohrabrimo se i nazovimo ih protoćelijama.
Povećanjem na deset vrsta loptica, većih i manjih, takvih pojava je sve više. Posudu zauzimaju klasteri, manji i veći, oni se raskidaju i loptice se iznova grupišu. Ove protoćelije se spajaju i kreću ukrug – počinju da vezuju energiju. Ove sintetičke protoćelije praktično imaju metabolizam. Neke nove forme postojanja. Gotovo život.
Zamislimo li da je naša posuda dovoljno velika (ili loptice vrlo, vrlo male), tako da bude milion vrsta loptica u njoj. Moglo bi se očekivati i da se stvore divovski klasteri koji će energiju vetra zarobiti na duže vreme, razmenjivati loptice. Metabolisati. Cepati se, spajati i tako se reprodukovati. I kako vreme prolazi, evoluirati u složenije forme. Živeti, i to sasvim bez organskih molekula i onog što obično smatramo živim.
SINTETIČKA ĆELIJA
Sledeći tradiciju koju je još početkom 20. veka započeo francuski biolog Stefan Leduk, naučnici poput danskog biologa Martina Hanciga koriste vrlo slične recepte za dobijanje sintetičkih protoćelija, odnosno „živih“ formi od neživih molekula. Samo što umesto mehaničkih „molekula“, odnosno loptica, koriste kapi ulja i kašu od desetak molekula kojima stvaraju gotovo „žive“ strukture. Takozvana sintetička biologija nudi čitav niz recepata za strukture koje mogu da zadovolje bar neke od formalnih definicija života.
Sintetička biologija, generalno, pokušava da stvori veštački život kao takav. Pod pojmom sintetički život, što je na neki način oksimoron, obično se podrazumeva veštački život koji je biološki i treba ga razlikovati od veštačkog života, koji se odnosi na artificijelne, robotske sisteme.
Međutim, šta je život? Da li je sasvim nevažno kakvu hemiju ili fiziku koristi? Da li će se ta pojava kao emergencija javiti na raznim skalama i raznim nivoima kompleksnosti? Potraga za pitanjem nastanka i razumevanja života poslednjih decenija nauku vodi u smerovima koji su daleko odmakli od biologije. Neuspeh u pokušajima da se u laboratorijskim uslovima od nežive napravi živa materija vodi brojne naučnike ka takozvanim prelaznim formama.
Jednu biološku ćeliju čini milion raznih vrsta molekula. Ona je daleko kompleksnija od bilo kog mehaničkog i hemijskog modela koji će pokazati neke osobine života kao što su kompleksnost, vezivanje energije, reprodukcija i metabolizam.
Mada je broj definicija života ogroman, većina istraživača se slaže da život mora pokazivati ovih nekoliko osnovnih karakteristika. I većina se slaže da on ne mora biti uopšte zasnovan na ugljeniku i organskim molekulima. U prirodi postoji čitav niz prelaznih formi – ako su bakterijske ćelije najmanje jedinice života, šta su virusi koji imaju samo DNK, bića bez tela koja mogu da se reprodukuju samo kao paraziti. Zašto neka od prelaznih formi ne bi bila i sintetička protoćelija?
SUPERORGANIZAM
Pojedini istraživači i mislioci pak život već vide svuda oko nas, ali ne kao manifestaciju organskog života, već kao pojavu koja je karakteristika svih kompleksnih sistema – između ostalog i same planete Zemlje. Ovaj koncept se zasniva na takozvanoj Geja hipotezi, prilično kontroverznoj i istovremeno uzbudljivoj teoriji o Zemlji, koja kao celina, sa svojim okeanima, atmosferom i živim svetom neprekidno evoluira kao jedan gigantski organizam. Ideja potiče još iz 18. veka, a javljala se i u naučnofantastičnoj literaturi kao motiv o Zemlji kao živom biću.
Moderni koncept Zemlje kao superorganizma osmislio je 1972. godine engleski hemičar Džejms Lavlok, zaključivši da se planeta nalazi u dinamičkoj ravnoteži i da sama sebe reguliše. Nazivu Geja hipoteza navodno je kumovao Lavlokov prvi komšija, romanopisac Vilijam Golding, slavni autor Gospodara muva. Početkom osamdesetih godina, Lavlok je svoj koncept pokušao da dokaže računarskom simulacijom koja je poznata kao „Svet belih rada“ (Daisyworld), model u kome planetu prekrivaju bele i crne rade koje odbijaju i upijaju Sunčevu toplotu, grejući i hladeći planetu sa promenom svog brojnog stanja. To gotovo sasvim liči na ono što doživljavaju kolonije bakterija u ljudskom telu ili rojevi pčela u košnici, koji kao celina predstavljaju superorganizam.
Kako god, bilo koji od pristupa pokušava da odgovori na osnovno pitanje – kako je život tek tako slučajno nastao iz neorganske materije? I dok evolucija ispituje kako se nešto što je već bilo živo s vremenom menjalo i transformisalo, biološka teorija koja se bavi problemom kako je od nežive materije nastao život na Zemlji naziva se abiogeneza. Ona istražuje tajni recept koji je, tamo negde u toplom Praokeanu, bar jednom uspeo. I potom nastanio celu planetu.
Miler Urej eksperiment
Pre četiri milijarde godina, u primordijalnoj supi, obični neorganski materijali se naizgled iz čista mira pretvaraju u prvi život. I mada postoji sijaset teorija i hipoteza kako je do toga moglo doći, još uvek život iz neorganskih molekula nije napravljen u laboratoriji. Koji tajni sastojak nedostaje? Kako popuniti prazninu između nežive materije i nastanka samoreplicirajućeg živog sistema? Kako to ponoviti u laboratoriji?
Za razliku od sintetičkih biologa, neki naučnici već decenijama pokušavaju da iznova stvore život od ugljenika, simuliraju uslove primordijalne supe ili neke druge, koji su po brojnim hipotezama vladali u vreme kad je od neorganskih molekula nastala prva „koacervatna“ kapljica, odnosno jedna veća gomila molekula koja više nije bila samo to, već živo biće.
Najpoznatiji pokušaj da se takvi uslovi naprave je Miler-Urej eksperiment (Miller-Urey), koji su 1952. godine na Univerzitetu u Čikagu izveli Stenli Miler i Harold Urej, u želji da provere hipotezu o nastanku života Aleksandra Oparina i J.B.S. Holdejna.
Prema njihovoj hipotezi, uslovi na primitivnoj Zemlji podstakli su hemijske reakcije u kojima su se od neorganskih sintetisala organska jedinjenja. Miler i Urej su napravili eksperiment sa vodom u staklenoj posudi (okeanom), električnom varnicom (munjom) i gasom u kome je bio izmešan metan sa amonijakom (atmosfera), i uspeli su da u laboratorijskim uslovima dobiju čak pet amino-kiselina.
Njihov eksperiment sa poreklom života ponovljen je više puta, a u izvedbi 2008. godine naučnici su veštački dobili čak 22 amino-kiseline. Međutim, brojni drugi in vitro (u staklu) pokušaji da se u takvim uslovima stvori nešto što će biti ne samo organski molekul već živi stvor, nikada nisu uspeli.
