لی کُرُنین: زنده کردن ماده

سعی من در پانزده دقیقۀ آینده اینست که یک ایده ای دربارۀ زنده کردن ماده با شما در میان بگذارم. ممکنه کمی بلند پروازانه به نظر بیاد، اما وقتی شما به خودتون نگاه می کنید، وقتی به دستانتون نگاه می کنید، متوجه می شید که زنده اید. پس این شروع کار است. این جستجو، چهار میلیارد سال پیش در کرۀ زمین شروع شد. چهار میلیارد سال از حیات زیستی و آلی می گذرد. و به عنوان یک شیمی دان مواد معدنی، دوستان و همکارانم، بین دنیای آلی وزنده و دنیای غیر آلی و مرده، تفاوت قایل می شویم. و سعی من ارایه ایده هایی دربارۀ چگونگي تبدیل مواد معدنی و غیر زنده به مواد زنده، به زیست شناسی معدنی است.
قبل از شروع، می خوم یک جورایی زیست شناسی رو در جایگاه خودش قرار بدم. و من قطعاً شیفته زیست شناسی هستم. من دوست دارم در زیست شناسی کارهای ترکیبی انجام بدم. من چیزهایی که زنده هستند رو دوست دارم. دوست دارم زیر ساخت های زیست شناسی رو دست کاری کنم. اما در این زیر ساخت ها، باید به یاد داشته باشیم که نیروی محرکه زیست شناسی حقیقتاً از تکامل ناشی می شود. و تکامل، اگرچه بیش از 100 سال پیش توسطچالز داروین Charles Darwin وافراد زیاد دیگری پایه گذاری شد، ولی هنوز تا حدودی گنگ و غیر قابل درک است. و وقتی من درباره تکامل داروینی صحبت می کنم، فقط و فقط منظورم یک چیز است، و آن بقای اصلح است. پس تکامل از نوع متافیزیکی و ماورای طبیعی را فراموش کنید. به تکامل از نظر رقابت برای تولید و برنده شدن، فکر کنید.
خُب به خاطر داشته باشید، من به عنوان یک شیمی دان، می خواستم از خودم سوالی که توسط زیست شناسی بدون پاسخ مونده رو بپرسم: کوچک ترین واحد ماده چیست که می تواند تکامل داروین رو نفی کند؟ این سوال به نظر کاملا ژرف و عمیق است. و ما به عنوان شیمی دان، هر روز به شنیدن سوال های عمیق عادت نداریم. به همین دلیل وقتی من به این سوال فکر کردم، ناگهان متوجه شدم که زیست شناسی جواب سوال رو به ما داده. و در حقیقیت کوچک ترین واحد ماده که می تونه به طور مستقل رشد و نمو پیدا کنه در واقع یک سلول واحد -- یک باکتری است.
این موضوع باعث به وجود آمدن 3 پرسش خیلی مهم میشه: حیات چیست؟ آیا زیست شناسی خاص است؟ به نظر می یاد زیست شناس ها این طور فکر می کنند. آیا ماده قابلیت رشد و نمو دارد؟ اگه بخوایم به سوال ها در جهت معکوس پاسخ بدیم، سوال سوم-- آیا ماده قابل رشد ونمو است؟-- اگه ما بتونیم جواب این سوال رو بدیم، درنتیجه خواهیم فهمید که زیست شناسی به چه نحوی خاص است، و شاید، تنها شاید، ایده هایی درباره این که واقعاً زندگی چیست خواهیم داشت.
پس اینجا مقداری از زندگی غیر آلی وجود دارد. این یک کریستال مرده است، و من می خوام کاری روی این انجام بدم، و این کریستال زنده خواهد شد. و شما می تونید نوع گرده افشانی، جوانه زنی و رشد اون رو ببینید. این یک لوله غیر آلی است. و تمام این کریستال ها چند دقیقه پیش زیر میکروسکوپ مرده بودند، و آنها زنده به نظر می رسند. البته که اونها زنده نیستند. این یک آزمایش شیمی است که در اون من یک باغ کریستال درست کردم. ولی وقتی من این رو دیدم، واقعاً مسحور و متحیر شدم، چون واقعاً زنده به نظر میومد. و هم چنان که من برای چند ثانیه مکث می کنم، نگاهی به پرده بندازید. شما می تونید وجود رشد معماری که خلأ رو پر می کند رو ببینید. و این مرده است. به همین دلیل من دید مثبتی دارم، که اگر ما می تونیم به طور تقلیدی مواد رو زنده کنیم، پس می توانیم یک گام جلوتر برویم. و ببینیم آیا می تونیم مواد رو به طور واقعی زنده کنیم.
اما یک مشکل وجود دارد، زیرا حدوداً تا یک دهه پیش، ما می گفتیم این کار غیر ممکن است و ما باورنکردنی ترین معجزات در عالم بودیم. در حقیقت، ما تنها افراد موجود در عالم بودیم. این موضوع کمی کسل کننده شده. خُب من به عنوان یک شیمی دان، می خوام بگم، "صبر کنید. اینجا چه خبره؟ آیا حیات تا این حد غیر محتمل است؟ و این سوال اصلی است. من فکر می کنم حضور سلول های اولیه به اندازه حضور ستارگان محتمل بوده است. و در حقیقت، بیاید یک قدم جلوتر بریم. بیاید بگیم که اگر فیزیک هم جوشی در جهان رمز گشایی شده است، امکان دارد فیزیک حیات هم به همین طریق رمز گشایی شده باشد. به همین دلیل مشکل ما شیمی دان ها-- البته این یک مزیت بزرگی نیز هست-- اینه که ما می خوایم روی عناصر خودمون تمرکز کنیم. در زیست شناسی، کربن در مرکز صحنه قرار دارد. و در دنیایی که کربن و زیست شناسی آلی وجود دارد، ما این تنوع حیرت آور حیات رو داریم. در واقع، ما چنین اشکال حیرت آور حیات روداریم که می تونیم دست کاریشون کنیم. ما در آزمایشگاه به شدت احتیاط می کنیم تا از خطرات زیستی اجتناب کنیم.
خوب درباره ماده چطور؟ اگر ما بتونیم ماده رو زنده کنیم، آیا ممکنه خطرات مربوط به ماده رو داشته باشیم؟ بهش فکر کنید، این سوال مهمیه. اگر خودکار شما می تونست تکثیر بشه، تا حدودی مشکل ساز می شد. پس اگر ما می خوایم اشیا رو زنده کنیم مجبوریم یک جور دیگه فکر کنیم. و هم چنین باید از این موضوع مطلع باشیم. اما قبل از این که بتونیم مواد رو زنده کنیم، بیاید یک لحظه فکر کنیم که زندگی واقعاً با چه چیزی توصیف می شود. بابت این نمودار پیچیده عذر می خوام. این فقط مجموعه ای از مسیرها در سلول است. و بدیهی است که این سلول ما است و یک چیزه جالبه. زیست شناسان ترکیب مواد این سلول رو دست کاری می کنند. شیمی دان ها به منظور شناسایی بیماری ها سعی در مطالعه و بررسی مولکول ها دارند. وشما همه این مسیرها رو دارید که هم زمان ادامه می یابند. شما قواعد و مقرراتی رو دارید؛ اطلاعات رونویسی شده اند؛ کاتالیزورها ساخته شده اند؛ چیزهایی اتفاق می افتد. اما یک سلول چه کار می کند؟ خوب اون تقسیم می شه، رقابت می کنه، اون زنده می مونه. و من فکر می کنم این همون جاییه که ما مجبوریم فکر کردن درباره ساختن از روی ایده هایمان در زندگی رو شروع کنیم.
اما زندگی با چه چیز دیگری توصیف می شود؟ خوب، من دوست دارم به این موضوع نه عنوان شعله ای در یک بطری فکر کنم. و بنابراین آنچه که ما اینجا داریم توصیف سلول های انفرادی است که تکثیر می شوند، سوخت و ساز دارند، و از طریق شیمی می سوزند. بنابراین ما باید متوجه باشیم که اگر می خوایم زندگی مصنوعی خلق کنیم یا اگر می خوایم از مبدأ حیات سر در بیاریم، باید یک جورایی بهش قدرت بدیم. بنابراین قبل از این که واقعاً این کار رو شروع کنیم، مجبوریم به این فکر کنیم که این از کجا اومده. وداروین هم خودش طی نامه ای به یکی ازهمکارانش اشاره می کنه که معتقده که احتمالاً حیات در یک تالاب گرم و کوچک در یک جایی ظهور پیدا کرده-- شاید نه در اسکاتلند، شاید در آفریقا، یا شاید جای دیگری. اما پاسخ واقعی و صادقانه اینه که ، ما نمی دونیم، چون این از مبدأ یک مشکل داره. تصور کنید به چهار و نیم میلیارد سال پیش برگردیم، سوپ شیمیایی گسترده ای از مواد وجود دارد. و ما از این مواد به وجود آمدیم.
بنابراین وقتی به طبیعت غیر محتمل از چیزی که می خوام در چند دقیقه دیگه بهتون بگم فکر می کنید، فقط به خاطر داشته باشید که ما از مواد روی کره زمین به وجود آمده ایم. و از میان جهان های گوناگون رد شدیم. افراد زمینه پژوهشی طبیعی RNA در مورد جهان زمینه پژوهشی طبیعیRNA صحبت می کنند. ما یک جورایی به پروتیین و DNA رسیدیم. در نهایت ما به آخرین اجدادمان رسیدیم. تکامل وارد شد-- و تا حدودی جالب است. و ما در این نقطه قرار داریم. اما مانعی وجود دارد که شما نمی توانید از آن عبور کنید. شما می تونید ژنوم رو رمزگشایی کنید، شما می تونید نگاهی به عقب بیندازید، شما می تونید همه ما رو از طریق DNA میتوکندری به هم متصل کنید، اما ما نمی تونیم بیشتر از آخرین جدًد مون دریافت کنیم، آخرین سلول قابل مشاهده که می تونیم دنباله رو آن باشیم یا به تاریخ گذشته فکر کنیم. پس ما نمی دونیم چطور به اینجا رسیدیم.
بنابراین ما دو گزینه داریم: طراحی هوشمند، مستقیم و غیر مستقیم-- پس خدا، یا دوست من. صحبت کردن درباره E.T. ما در اون جایگاه یا در زندگی دیگری قرار می ده، تنها باعث بیشتر شدن مشکلات می شود. من یک سیاستمدار نیستم، من یک دانشمندم. مسئله دیگه ای که باید بهش فکر کنیم ظهور پیچیدگی شیمیایی است. این مورد محتمل تر است. پس ما یک جور سوپ ازلی داریم. و این موضوع اتفاق می افته تا منبع خوبی برای همه 20 آمینو اسید باشه. و این آمینو اسیدها یک جورایی با هم ترکیب شدند، و حیات آغاز شده. حیات آغاز شده، این جمله چه معنی می ده؟ حیات چیه؟ مواد تشکیل دهنده حیات چیست؟
در دهه 1950، میلر - اٍیری Miller - Urey آزمایشات فرانکشتاین خارق العاده خود را انجام دادند، جایی که آنها در جهان شیمیایی معادل سازی رو انجام دادند. آنها مواد اولیه رو تهیه کردند، اونها رو در یک شیشه مجزا ریختند و آنها رو مشتعل کردند و ولتلژ زیادی را به آن وارد کردند. و به آنچه داخل سوپ بود نگاه کردند، و آمینو اسیدها رو یافتند، ولی چیزی خارج نشد، سلولی وجود نداشت. در نتیجه کل محدوده برای یک مدتی گیر کرده بود، و در دهه 80 وقتی فن آوری های تحلیلی و فن آوری های کامپیوتر روی کار آمد، دوباره مشتعل شد.
در آزمایشگاه خودم، ما از طریق استفاده از قالب های واکنش مختلف سعی در خلق حیات غیر آلی می کنیم. پس کاری که ما می کنیم انجام واکنش هاست-- نه در یک بالن، بلکه در دهها بالن، و آنها رو به هم متصل می کنیم، همان طور که تمام این لوله ها رو در این سیستم گردشی می بینید. ما می تونیم این کار رو به صورت ریزسیال، یا چاپ لیتوگرافی انجام بدیم، می تونیم در چاپگرهای سه بعدی انجام بدیم، می تونیم در ریزقطره ها برای همکاران انجام بدیم. و مسئله کلیدی داشتن میزان زیادی شیمی پیچیده برای جلوگیری ازفوران است. اما ممکنه که با شکست مواجه بشه، به همین دلیل ما باید کمی بیش تر تمرکز کنیم.
و البته پاسخ نهفته در موشها است. و این چیزیه که من به عنوان شیمی دان نیاز دارم. من می گم، "خوب من به مولکول ها نیاز دارم." اما من به سوخت و ساز و مقداری انرژی نیاز دارم. من به مقداری اطلاعات و یک ظرف نیاز دارم. اما اگر من سیر تکاملی رو بخوام، به رقابت ظرف ها نیاز دارم. پس اگر شما یک ظرف دارید، مثل اینه که سوار ماشینتون شدید. "این ماشین منه، و من می خوام این اطراف رانندگی کنم و ماشینم رو نشون بدم." و من تصور می کنم شما هم در زیست شناسی سلولی با ظهور حیات یک همچین چیزی رو دارید. و احتمالاً همه این چیزها با هم باعث تکامل می شود. و راه آزمایش آن در آزمایشگاه اینه که اون رو به حداقل برسونیم.
پس تلاش ما اینه که مولکول های غیر آلی رو مطرح کنیم. به خاطر مولکول های روی صفحه عذر می خوام، اما این ها یک کیت خیلی ساده هستند. شاید تنها سه یا چهار نوع متفاوت از مواد اولیه اینجا وجود داشته باشد. می تونیم اون ها رو با هم بیامیزیم و هزاران هزار مولکول نانو-مولکولی واقعی در اندازه های DNA و پروتیین ها بسازیم، ولی هیچ کربنی دیده نمی شه. کربن منع شده. در نتیجه با این اگو کیت ما تنوع مورد نیاز برای ذخیره اطلاعات پیچیده بدون DNA رو داریم. اما ما به چند کانتینر نیاز داریم. چند ماه پیش در آزمایشگاه من، ما قادر بودیم این مولکول های یک شکل رو بگیریم و از اونها سلول درست کنیم. شما می تونید روی صفحه یکی از این سلول های ساخته شده رو ببینید. و ما می خوایم مقداری شیمی رو داخل کنیم و درون سلول کارهای شیمیایی انجام بدیم. وهمه اون چیزی که می خوام بهتون نشون بدم اینه که ما می تونیم مولکول ها رو در غشاء سلول های واقعی مستقر کنیم، و یک نوع داروین گرایی مولکولی ایجاد می شه، بقای شایسته ترین مولکول ها.
این فیلم رقابت بین مولکول ها را نشان می دهد. مولکول ها برای ماده با هم رقابت می کنند. همه اون ها از یک ماده ساخته شده اند، اما آنها می خواهند شکل و فرم خودشان پیروز شود. می خواهند شکل و فرم خودشان باقی بماند. و این نکته کلیدی است. اگه ما بتونیم یک جورایی این مولکول ها رو ترغیب کنیم که با هم صحبت کنند و بهترین شکل رو ایجاد کنند و رقابت کنند، آنها شروع به ساختن سلول هایی خواهند کرد که تکثیر می شوند و رقابت می کنند. اگر ما انجام این کار رو مدیریت کنیم، جزییات مولکولی رو از یاد می بریم.
بییایید تمرکز روی معنی این موضوع رو کم کنیم. پس ما این نظریه خاص درباره تکامل که فقط بر روی زیست شناسی آلی کاربرد دارد رو داریم. اگر ما بتونیم دنیای مادی رو به تکامل برسونیم، من پیشنهاد می کنم که باید یک نظریه کلی از تکامل داشته باشیم. و این موضوع واقعاً ارزش فکر کردن رو داره. آیا تکامل کمال ماده در جهان را کنترل می کند؟ آیا در راه تکامل فاکتوری وجود دارد که باعث رقابت ماده شود؟ پس این موضوع بدین معناست که ما می تونیم به منظور کاوش این تکامل شروع به توسعه سیستم عامل های مختلف کنیم. شما تصورکنید، اگر ما قادر به خلق حیات مصنوعی خودکفا باشیم، نه تنها می تونه در باره مبدأ حیات ما رو راهنمایی کنه-- بلکه ممکنه جهان برای ادامه حیات به کربن نیاز نداشته باشد؛ می تونه از هر چیزی استفاده کنه-- در نتیجه ما می تونیم اون رو یک قدم جلوتر ببریم و فن آوری های جدید رو توسعه بدیم، چرا که ما قادر خواهیم بود به منظور کد گذاری تکامل از کنترل نرم افزار استفاده کنیم.
خوب تصور کنید ما یک سلول کوچک ایجاد کنیم. و بخواهیم اون رو وارد محیط کنیم، و بخوایم از طریق خورشید نیرو بگیره. کاری که ما می کنیم نمو سلول در یک جعبه است که نور به آن نفوذ می کند. و ما دیگه از طراحی استفاده نمی کنیم. ما روشی رو که جواب می ده پیدا می کنیم. ما باید از زیست شناسی الهام بگیریم. زیست شناسی به طراحی اهمیتی نمی ده مگر این که کارا باشه. در نتیجه این کار می تونه روش های ما در طراحی چیزهای مختلف رو شناسایی کنه. کار ما به اینجا ختم نمی شه، ما شروع به فکر کردن درباره توسعه روش های هم زیستی با زیست شناسی می کنیم. عالی نیست اگر بتونیم این سلول های زیستی مصنوعی رو با سلولهای زیستی طبیعی مخلوط کنیم و مسایلی رو که برامون سخت بود رو حل کنیم؟ مسئله اصلی در زیست سلولی اینه که ما هیچ وقت قادر نخواهیم بود همه چیز رو درک کنیم، چرا که این یک مسئله چند بعدی است که به واسطه تکامل ایجاد شده. تکامل نمی تونه تفکیک بشه. شما یک جورایی نیاز دارید که بهترین عملکرد رو پیدا کنید. و برای من این یعنی فهم عمیق، اگر این کار جواب بده، مفهوم ژن خودخواه سطح بالاتری رو کسب می کنه، و ما شروع به صحبت درباره ماده خودخواه می کنیم.
این در دنیایی که ما در آن بالاترین شکل از مواد هستیم به چه معناست؟ شما روی صندلی ها می نشینید. اون ها بی جان هستند، اون ها زنده نیستند. اما شما از ماده درست شده اید، شما از ماده استفاده می کنید، و شما ماده رو به غلامی در می آورید، پس استفاده از تکامل در زیست شناسی، و در زیست شناسی آلی، برای من کاملاً جذاب و هیجان انگیز است. و ما داریم به فهم پله های کلیدی زنده کردن ماده مرده نزدیک می شویم. و دوباره، اگر به این فکر کردید که این کار غیر محتمل است، 5 میلیارد سال پیش رو به یاد بیارید، که ما اینجا نبودیم و حیات وجود نداشت. پس این موضوع
درباره مبدأ و مفهوم حیات چی به ما می گه؟ اما شاید، من به عنوان شیمی دان، می خوام از شرایط عمومی دوری کنم؛ من می خوام درباره شرایط خاص فکر کنم. پس این درباره تعریف حیات چه معنی می ده؟ ما واقعاً برا ی انجامش مبارزه می کنیم. و من فکر می کنم، اگر بتونیم زیست غیر آلی روایجاد کنیم، ما می تونیم باعث تکامل پذیری ماده بشیم، و در واقع همین موضوع حیات رو تعریف خواهد کرد. من بهتون پیشنهاد می کنم ماده ای که بتونه تکامل پیدا کنه زنده است، و این موضوع ایده خلق ماده تکامل پذیر رو به ما می ده.
خیلی ممنون.
(تشویق حضار)
کریس اندرسون: فقط یک سوال در جدول زمانی. شما معتقدید که در این پروژه موفق خواهید شد؟ کی؟
لی کرونین: خیلی از مردم فکر می کنن میلیون ها سال طول کشید تا حیات شکل گرفت. ما قصد داریم این کار رو تنها در چند ساعت انجام بدیم، وقتی که از شیمی به صورت صحیح استفاده کنیم.
کریس اندرسون: فکر می کنید این امر کی محقق می شه؟
لی کرونین: امیدوارم تا دو سال دیگه انجام بشه.
کریس اندرسون: این یک داستان بزرگ خواهد بود. (خنده) از نظر شما، شانسی برای راه رفتن در سیارات دیگر که حیات در آنها بر پایه کربن نیست، وجود دارد راه رفتن، ترواش یا هر چیز دیگه ای؟
لی کرونین: فکر می کنم 100% این شانس وجود دارد. زیرا نکته اینه که ما خیلی روی زیست شناسی متعصب هستیم، اگر کربن رو کنار بگذارید، چیزدیگه ای هست که اتفاق بیفته. و مطلب دیگه این که اگر ما بتونیم زندگی را خلق کنیم که بر پایه کربن استوار نباشد، شاید بتونیم به ناسا بگیم که واقعاً باید دنبال چی بگرده. دنبال کربن نگردید، دنبال مواد تکامل پذیر باشید.
کریس اندرسون: لی کرونین موفق باشید. (لی کرونین: خیلی متشکرم.)
(تشویق حضار)