TEDSalon London Spring 2011
Martin Hanczyc: The line between life and not-life
Martin Hanczyc: Hranice mezi živým a neživým
Filmed:
Readability: 4.3
819,541 views
Martin Hanczyc vytváří ve své laboratoři "protobuňky": pokusné kapkovité útvary vzniklé z chemikálií, které se chovají jako živé buňky. Jeho práce nám ukazuje, jak se mohl poprvé na Zemi (a možná i jinde) objevit život.
Martin Hanczyc - Chemist
Martin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells. Full bio
Martin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
So historically there has
0
0
2000
Lidé od pradávna
00:17
been a huge divide between what people
1
2000
3000
ostře rozlišovali mezi systémy,
které jim připadaly jako neživé,
které jim připadaly jako neživé,
00:20
consider to be non-living systems on one
2
5000
3000
a těmi, které se jim zdály být živé.
00:23
side, and living systems on the other side.
3
8000
2000
00:25
So we go from, say, this beautiful and
4
10000
2000
Na jedné straně máme
například nádherný
například nádherný
00:27
complex crystal as non-life, and this rather
5
12000
3000
neživý celek v podobě krystalu,
a na druhé straně nádherný,
živý celek v podobě kočky.
živý celek v podobě kočky.
00:30
beautiful and complex cat on the other side.
6
15000
3000
00:33
Over the last hundred and fifty years or so,
7
18000
3000
Za posledních 150 let
00:36
science has kind of blurred this distinction
8
21000
2000
věda hranici mezi živými a neživými
systémy trochu rozmazala.
systémy trochu rozmazala.
00:38
between non-living and living systems, and
9
23000
2000
00:40
now we consider that there may be a kind
10
25000
2000
V současnosti máme za to,
00:42
of continuum that exists between the two.
11
27000
3000
že mezi obojím existuje
plynulý přechod.
plynulý přechod.
Jeden příklad za všechny.
00:45
We'll just take one example here:
12
30000
2000
Virus je přírodní systém.
00:47
a virus is a natural system, right?
13
32000
2000
00:49
But it's very simple. It's very simplistic.
14
34000
2000
Je ale velice primitivní.
00:51
It doesn't really satisfy all the requirements,
15
36000
2000
Není živý, protože mu některé
vlastnosti života chybí.
vlastnosti života chybí.
00:53
it doesn't have all the characteristics
16
38000
2000
00:55
of living systems and is in fact a parasite
17
40000
2000
Aby se mohl množit a vyvíjet,
musí na živých systémech parazitovat.
musí na živých systémech parazitovat.
00:57
on other living systems in order to, say,
18
42000
3000
01:00
reproduce and evolve.
19
45000
2000
01:02
But what we're going to be talking about here
20
47000
2000
Dnes ale budeme hovořit
01:04
tonight are experiments done on this sort of
21
49000
2000
o pokusech na neživé části
onoho spektra.
onoho spektra.
01:06
non-living end of this spectrum -- so actually
22
51000
2000
01:08
doing chemical experiments in the laboratory,
23
53000
3000
O laboratorních chemických pokusech,
01:11
mixing together nonliving ingredients
24
56000
2000
kde se mísí neživé přísady,
01:13
to make new structures, and that these
25
58000
2000
aby vznikly nové struktury,
01:15
new structures might have some of the
26
60000
2000
které mohou mít některé vlastnosti
živých systémů.
živých systémů.
01:17
characteristics of living systems.
27
62000
2000
01:19
Really what I'm talking about here is
28
64000
2000
Budu vlastně mluvit o pokusech,
jak uměle stvořit život.
jak uměle stvořit život.
01:21
trying to create a kind of artificial life.
29
66000
2000
01:23
So what are these characteristics that I'm
30
68000
2000
Jaké vlastnosti má tedy život?
01:25
talking about? These are them.
31
70000
2000
Život v prvé řadě
musí mít tělo,
musí mít tělo,
01:27
We consider first that life has a body.
32
72000
2000
01:29
Now this is necessary to distinguish the self
33
74000
2000
aby se vymezil
od svého prostředí.
od svého prostředí.
01:31
from the environment.
34
76000
2000
01:33
Life also has a metabolism. Now this is a
35
78000
2000
Život má také metabolismus,
01:35
process by which life can convert resources
36
80000
3000
aby přeměnil získanou potravu
ve stavební jednotky.
ve stavební jednotky.
01:38
from the environment into building blocks
37
83000
2000
01:40
so it can maintain and build itself.
38
85000
3000
Díky nim se udržuje a narůstá.
01:43
Life also has a kind of inheritable information.
39
88000
2000
Život má také dědičnou informaci.
01:45
Now we, as humans, we store our information
40
90000
2000
My, lidé, ji máme v DNA
a předáváme ji v genech potomkům.
a předáváme ji v genech potomkům.
01:47
as DNA in our genomes and we pass this
41
92000
3000
01:50
information on to our offspring.
42
95000
2000
01:52
If we couple the first two -- the body and the metabolism --
43
97000
2000
Když má tělo metabolismus,
01:54
we can come up with a system that could
44
99000
2000
může dál vzniknout systém
schopný pohybu a replikace.
schopný pohybu a replikace.
01:56
perhaps move and replicate, and if we
45
101000
2000
01:58
coupled these now to inheritable information,
46
103000
3000
Pokud dál přidáme
dědičnou informaci,
dědičnou informaci,
02:01
we can come up with a system that would be
47
106000
2000
může být systém schopný i evoluce.
02:03
more lifelike, and would perhaps evolve.
48
108000
2000
Našim cílem tedy je
laboratorně vytvořit
laboratorně vytvořit
02:05
And so these are the things we will try to do
49
110000
2000
02:07
in the lab, make some experiments that have
50
112000
2000
jednu či více z uvedených vlastností.
02:09
one or more of these characteristics of life.
51
114000
3000
02:12
So how do we do this? Well, we use
52
117000
2000
Jak to děláme?
Vytváříme tzv. "protobuňku".
02:14
a model system that we term a protocell.
53
119000
2000
02:16
You might think of this as kind of like a
54
121000
2000
Je to jakási primitivní buňka.
02:18
primitive cell. It is a simple chemical
55
123000
2000
Jednoduchý chemický
model živé buňky.
model živé buňky.
02:20
model of a living cell, and if you consider
56
125000
3000
Buňka ve vašem těle
se ovšem skládá
se ovšem skládá
02:23
for example a cell in your body may have
57
128000
2000
02:25
on the order of millions of different types
58
130000
2000
z milionů různorodých, složitě
propojených molekul.
propojených molekul.
02:27
of molecules that need to come together,
59
132000
2000
02:29
play together in a complex network
60
134000
2000
A ten celek pokládáme
za cosi živého.
za cosi živého.
02:31
to produce something that we call alive.
61
136000
3000
My vytváříme něco podobného,
02:34
In the laboratory what we want to do
62
139000
2000
02:36
is much the same, but with on the order of
63
141000
2000
ale děláme to jen z desítek
typů molekul.
typů molekul.
02:38
tens of different types of molecules --
64
143000
2000
Vytváříme tedy něco
na způsob života,
na způsob života,
02:40
so a drastic reduction in complexity, but still
65
145000
2000
ale pracujeme s nesrovnatelně
menší komplexitou.
menší komplexitou.
02:42
trying to produce something that looks lifelike.
66
147000
3000
02:45
And so what we do is, we start simple
67
150000
2000
Začínáme zkrátka s něčím jednoduchým,
02:47
and we work our way up to living systems.
68
152000
3000
a postupně se dostáváme dál.
Říká se tomu syntetická biologie.
Biolog Leduc o ní před sto lety prohlásil:
Biolog Leduc o ní před sto lety prohlásil:
02:50
Consider for a moment this quote by
69
155000
2000
02:52
Leduc, a hundred years ago, considering a
70
157000
2000
02:54
kind of synthetic biology:
71
159000
2000
02:56
"The synthesis of life, should it ever occur,
72
161000
2000
"Syntéza života, pokud k ní dojde,
02:58
will not be the sensational discovery which we
73
163000
2000
nebude tak senzační objev,
jak si představujeme."
jak si představujeme."
03:00
usually associate with the idea."
74
165000
2000
03:02
That's his first statement. So if we actually
75
167000
2000
Stvoříme-li tedy umělý život,
náš svět se tím nejspíš nijak nezmění.
náš svět se tím nejspíš nijak nezmění.
03:04
create life in the laboratories, it's
76
169000
2000
03:06
probably not going to impact our lives at all.
77
171000
2000
"Pokud přijímáme evoluční teorii,
03:08
"If we accept the theory of evolution, then
78
173000
2000
budou první krůčky v syntéze života
03:10
the first dawn of synthesis of life must consist
79
175000
2000
spočívat v tvorbě čehosi
03:12
in the production of forms intermediate
80
177000
2000
na rozhraní organického a neorganického,
03:14
between the inorganic and the organic
81
179000
2000
03:16
world, or between the non-living
82
181000
2000
živého a neživého.
03:18
and living world, forms which possess
83
183000
2000
Výtvor bude mít jen primitivní
znaky života."
znaky života."
03:20
only some of the rudimentary attributes of life"
84
185000
2000
03:22
-- so, the ones I just discussed --
85
187000
2000
(O tom jsem právě mluvil.)
"Další vlastnosti se budou zvolna
03:24
"to which other attributes will be slowly added
86
189000
2000
03:26
in the course of development by the
87
191000
2000
přidávat během procesu evoluce
v daném prostředí."
v daném prostředí."
03:28
evolutionary actions of the environment."
88
193000
2000
Z jednoduchých struktur, které mají
jen některé vlastnosti života,
jen některé vlastnosti života,
03:30
So we start simple, we make some structures
89
195000
2000
03:32
that may have some of these characteristics
90
197000
2000
vytváříme tedy struktury
čím dál "živější".
čím dál "živější".
03:34
of life, and then we try to develop that
91
199000
2000
03:36
to become more lifelike.
92
201000
2000
A proto začínáme
s protobuňkou.
s protobuňkou.
03:38
This is how we can start to make a protocell.
93
203000
2000
Využíváme tzv. sebeuspořádávání.
03:40
We use this idea called self-assembly.
94
205000
2000
03:42
What that means is, I can mix some
95
207000
2000
To znamená, že když v laboratoři
03:44
chemicals together in a test tube in my lab,
96
209000
2000
smísím nějaké chemikálie,
03:46
and these chemicals will start to self-associate
97
211000
2000
tak se začnou samy uspořádávat
03:48
to form larger and larger structures.
98
213000
2000
do větších a větších struktur.
03:50
So say on the order of tens of thousands,
99
215000
2000
Takže na začátku mám struktury,
které mají 10 tisíc molekul,
které mají 10 tisíc molekul,
03:52
hundreds of thousands of molecules will
100
217000
2000
03:54
come together to form a large structure
101
219000
2000
a z nich vznikne nová struktura,
která má 100 tisíc molekul.
která má 100 tisíc molekul.
03:56
that didn't exist before.
102
221000
2000
03:58
And in this particular example,
103
223000
2000
Tohle jsou například
membránové molekuly.
membránové molekuly.
04:00
what I took is some membrane molecules,
104
225000
2000
Tyto krásné, komplexní struktury
vznikly během několika sekund
vznikly během několika sekund
04:02
mixed those together in the right environment,
105
227000
2000
04:04
and within seconds it forms these rather
106
229000
2000
míšením molekul v určitém prostředí.
04:06
complex and beautiful structures here.
107
231000
2000
04:08
These membranes are also quite similar,
108
233000
2000
Funkčně a tvarově jsou podobné
membránám v našich tělech.
membránám v našich tělech.
04:10
morphologically and functionally,
109
235000
2000
04:12
to the membranes in your body,
110
237000
2000
Právě z takových struktur můžeme
vytvořit tělo protobuňky.
vytvořit tělo protobuňky.
04:14
and we can use these, as they say,
111
239000
2000
04:16
to form the body of our protocell.
112
241000
2000
Podobně lze využít
vody a oleje.
vody a oleje.
04:18
Likewise,
113
243000
1000
04:19
we can work with oil and water systems.
114
244000
2000
Voda a olej se sice nemísí,
04:21
As you know, when you put oil and water together,
115
246000
2000
04:23
they don't mix, but through self-assembly
116
248000
2000
ale díky sebeuspořádání
vytvoří šikovné krůpěje.
vytvoří šikovné krůpěje.
04:25
we can get a nice oil droplet to form,
117
250000
2000
A ty lze rovněž využít
jako tělo protobuňky,
jako tělo protobuňky,
04:27
and we can actually use this as a body for
118
252000
2000
04:29
our artificial organism or for our protocell,
119
254000
2000
jak uvidíme později.
04:31
as you will see later.
120
256000
2000
Tím ale vytvoříme jen tělo.
04:33
So that's just forming some body stuff, right?
121
258000
2000
04:35
Some architectures.
122
260000
2000
Co další aspekty života?
04:37
What about the other aspects of living systems?
123
262000
2000
04:39
So we came up with this protocell model here
124
264000
2000
Tohle je model protobuňky
vytvořené z přírodního jílu
vytvořené z přírodního jílu
04:41
that I'm showing.
125
266000
2000
04:43
We started with a natural occurring clay
126
268000
2000
zvaného montmorillonit.
04:45
called montmorillonite.
127
270000
2000
04:47
This is natural from the environment, this clay.
128
272000
2000
Má chemicky aktivní povrch, na němž
může probíhat metabolismus.
může probíhat metabolismus.
04:49
It forms a surface that is, say, chemically active.
129
274000
2000
04:51
It could run a metabolism on it.
130
276000
2000
04:53
Certain kind of molecules like to associate
131
278000
2000
S jílem se totiž spojují molekuly,
04:55
with the clay. For example, in this case, RNA, shown in red
132
280000
2000
jako třeba RNA
(vyznačená červeně).
(vyznačená červeně).
04:57
-- this is a relative of DNA,
133
282000
2000
RNA je obdoba DNA. Nese informaci
a může se navázat na povrch jílu.
a může se navázat na povrch jílu.
04:59
it's an informational molecule --
134
284000
2000
05:01
it can come along and it starts to associate
135
286000
2000
05:03
with the surface of this clay.
136
288000
2000
Tato struktura pak může vytvořit
útvar ohraničený membránou.
útvar ohraničený membránou.
05:05
This structure, then, can organize the
137
290000
2000
05:07
formation of a membrane boundary around
138
292000
2000
05:09
itself, so it can make a body of
139
294000
2000
Z molekul tekutiny (vyznačených zeleně)
tak může vzniknout tělo.
tak může vzniknout tělo.
05:11
liquid molecules around itself, and that's
140
296000
2000
05:13
shown in green here on this micrograph.
141
298000
2000
05:15
So just through self-assembly, mixing things
142
300000
2000
Takže pouhým laboratorním
míšením látek
míšením látek
05:17
together in the lab, we can come up with, say,
143
302000
3000
můžeme díky sebeuspořádání
05:20
a metabolic surface with some
144
305000
2000
vytvořit metabolický povrch,
05:22
informational molecules attached
145
307000
2000
který má uvnitř molekulu
nesoucí informaci.
nesoucí informaci.
05:24
inside of this membrane body, right?
146
309000
2000
05:26
So we're on a road towards living systems.
147
311000
4000
To už je cesta
k živým systémům.
k živým systémům.
05:30
But if you saw this protocell, you would not
148
315000
2000
Ale taková protobuňka pořád ještě
05:32
confuse this with something that was actually alive.
149
317000
2000
nevypadá jako nic živého.
05:34
It's actually quite lifeless. Once it forms,
150
319000
2000
A taky živá není.
05:36
it doesn't really do anything.
151
321000
2000
Jakmile vznikne,
už nic nedělá.
už nic nedělá.
05:38
So, something is missing.
152
323000
2000
Potřebujeme tudíž
ještě něco navíc.
ještě něco navíc.
05:40
Some things are missing.
153
325000
2000
Potřebujeme například,
05:42
So some things that are missing is,
154
327000
2000
aby protobuňka dokázala
využívat energetické zdroje
využívat energetické zdroje
05:44
for example, if you had a flow of energy
155
329000
2000
05:46
through a system, what we'd want
156
331000
2000
a udržovala tím v chodu
své funkce,
své funkce,
05:48
is a protocell that can harvest
157
333000
2000
05:50
some of that energy in order to maintain itself,
158
335000
2000
jako to dělají
živé systémy.
živé systémy.
05:52
much like living systems do.
159
337000
2000
Proto jsme přišli
s jinou protobuňkou.
s jinou protobuňkou.
05:54
So we came up with a different protocell
160
339000
2000
05:56
model, and this is actually simpler than the previous one.
161
341000
2000
05:58
In this protocell model, it's just an oil droplet,
162
343000
2000
Je to krůpěj oleje,
uvnitř které probíhá metabolismus.
uvnitř které probíhá metabolismus.
06:00
but a chemical metabolism inside
163
345000
2000
06:02
that allows this protocell to use energy
164
347000
2000
Protobuňka tak může využívat energii
a počínat si v prostředí aktivně,
a počínat si v prostředí aktivně,
06:04
to do something, to actually become dynamic,
165
349000
3000
06:07
as we'll see here.
166
352000
2000
jak teď uvidíme.
06:09
You add the droplet to the system.
167
354000
2000
Krůpěj přidáme do kádinky s vodou.
06:11
It's a pool of water, and the protocell
168
356000
2000
A protobuňka se začne pohybovat.
06:13
starts moving itself around in the system.
169
358000
2000
06:15
Okay? Oil droplet forms
170
360000
2000
Díky sebeuspořádání v ní probíhá
chemický metabolismus.
chemický metabolismus.
06:17
through self-assembly, has a chemical
171
362000
2000
06:19
metabolism inside so it can use energy,
172
364000
2000
S jeho pomocí využívá energii
06:21
and it uses that energy to move itself
173
366000
2000
a může se v daném
prostředí pohybovat.
prostředí pohybovat.
06:23
around in its environment.
174
368000
2000
06:25
As we heard earlier, movement is very
175
370000
2000
Pro živé systémy je pohyb
velmi důležitý.
velmi důležitý.
06:27
important in these kinds of living systems.
176
372000
2000
Protobuňka pohybem
zkoumá prostředí.
zkoumá prostředí.
06:29
It is moving around, exploring its environment,
177
374000
2000
Dělá při tom chemické vlnky,
čímž své prostředí přetváří.
čímž své prostředí přetváří.
06:31
and remodeling its environment, as you see,
178
376000
2000
06:33
by these chemical waves that are forming by the protocell.
179
378000
2000
06:35
So it's acting, in a sense, like a living system
180
380000
2000
Chová se jako živý systém,
06:37
trying to preserve itself.
181
382000
3000
který usiluje o své zachování.
06:40
We take this same moving protocell here,
182
385000
3000
Tutéž buňku vyzkoušíme
i v dalším experimentu.
i v dalším experimentu.
06:43
and we put it in another experiment,
183
388000
2000
06:45
get it moving. Then I'm going
184
390000
2000
Nechám ji pohybovat
a za chvíli přidám potravu.
a za chvíli přidám potravu.
06:47
to add some food to the system,
185
392000
2000
Potrava bude mít modrou barvu.
06:49
and you'll see that in blue here, right?
186
394000
3000
Přidal jsem tedy zdroj potravy.
A protobuňka na něj naráží.
A protobuňka na něj naráží.
06:52
So I add some food source to the system.
187
397000
2000
06:54
The protocell moves. It encounters the food.
188
399000
2000
06:56
It reconfigures itself and actually then
189
401000
2000
Přetváří se a je schopna
06:58
is able to climb to the highest concentration
190
403000
2000
vyhledat místo s nejvyšší
koncentrací potravy,
koncentrací potravy,
07:00
of food in that system and stop there.
191
405000
2000
kde se zastaví.
07:02
Alright? So not only do we have this system
192
407000
2000
Nejenže tedy naše protobuňka
díky metabolismu
díky metabolismu
07:04
that has a body, it has a metabolism,
193
409000
2000
07:06
it can use energy, it moves around.
194
411000
3000
využívá energii, aby
se pohybovala.
se pohybovala.
07:09
It can sense its local environment
195
414000
2000
Ona navíc reaguje na prostředí
a hledá v něm zdroje výživy.
a hledá v něm zdroje výživy.
07:11
and actually find resources
196
416000
2000
07:13
in the environment to sustain itself.
197
418000
2000
Přitom nemá nervovou soustavu.
07:15
Now, this doesn't have a brain, it doesn't have
198
420000
2000
07:17
a neural system. This is just a sack of
199
422000
2000
Je to jen balíček chemikálií.
07:19
chemicals that is able to have this interesting
200
424000
2000
Ale svým složitým chováním
už připomíná živý systém.
už připomíná živý systém.
07:21
and complex lifelike behavior.
201
426000
2000
07:23
If we count the number of chemicals
202
428000
2000
K vytvoření tohoto systému
přitom stačí pět chemikálií,
přitom stačí pět chemikálií,
07:25
in that system, actually, including the water
203
430000
2000
07:27
that's in the dish, we have five chemicals
204
432000
2000
a to včetně vody,
v níž je potrava.
v níž je potrava.
07:29
that can do this.
205
434000
2000
07:31
So then we put these protocells together in a
206
436000
2000
V dalším pokusu jsme dali do téhož
prostředí více protobuněk.
prostředí více protobuněk.
07:33
single experiment to see what they would do,
207
438000
2000
07:35
and depending on the conditions, we have
208
440000
2000
Nalevo máme protobuňky,
07:37
some protocells on the left that are
209
442000
2000
které se pohybují
a vzájemně ohmatávají.
a vzájemně ohmatávají.
07:39
moving around and it likes to touch the other
210
444000
2000
07:41
structures in its environment.
211
446000
2000
07:43
On the other hand we have two moving
212
448000
2000
Protobuňky napravo
kolem sebe jen krouží,
kolem sebe jen krouží,
07:45
protocells that like to circle each other,
213
450000
2000
jako by spolu složitě tančily.
07:47
and they form a kind of a dance, a complex dance with each other.
214
452000
2000
07:49
Right? So not only do individual protocells
215
454000
2000
Protobuňky tedy mají něco
jako specifické chování,
jako specifické chování,
07:51
have behavior, what we've interpreted as
216
456000
2000
07:53
behavior in this system, but we also have
217
458000
2000
a to na úrovni jednotlivců
i celých populací,
i celých populací,
07:55
basically population-level behavior
218
460000
3000
07:58
similar to what organisms have.
219
463000
3000
podobně jako živé organismy.
08:01
So now that you're all experts on protocells,
220
466000
3000
Teď už jsou z vás
experti na protobuňky,
experti na protobuňky,
08:04
we're going to play a game with these protocells.
221
469000
2000
a tak si s nimi zahrajeme hru.
08:06
We're going to make two different kinds.
222
471000
2000
Vytvoříme z nich dva typy.
08:08
Protocell A has a certain kind of chemistry
223
473000
3000
Protobuňka A má chemický systém,
08:11
inside that, when activated, the protocell
224
476000
2000
díky němuž se zdá,
jako by křepčila.
jako by křepčila.
08:13
starts to vibrate around, just dancing.
225
478000
2000
Už to, že primitivní
buňka křepčí,
buňka křepčí,
08:15
So remember, these are primitive things,
226
480000
2000
08:17
so dancing protocells, that's very
227
482000
2000
je ostatně zajímavé.
(smích)
(smích)
08:19
interesting to us. (Laughter)
228
484000
2000
Druhá protobuňka má ale
jiný chemický systém.
jiný chemický systém.
08:21
The second protocell has a different
229
486000
2000
08:23
chemistry inside, and when activated,
230
488000
2000
Dokáže vyhledávat další protobuňky
a spojovat se s nimi.
a spojovat se s nimi.
08:25
the protocells all come together and they fuse
231
490000
2000
08:27
into one big one. Right?
232
492000
2000
Teď oba typy umístíme
do téhož prostředí.
do téhož prostředí.
08:29
And we just put these two together
233
494000
2000
08:31
in the same system.
234
496000
2000
Tohle je populace A.
08:33
So there's population A,
235
498000
2000
Tohle je populace B.
08:35
there's population B, and then
236
500000
2000
Modré protobuňky B
se začnou slučovat
se začnou slučovat
08:37
we activate the system,
237
502000
2000
08:39
and protocell Bs, they're the blue ones,
238
504000
2000
08:41
they all come together. They fuse together
239
506000
2000
do jediného velkého útvaru.
08:43
to form one big blob, and the other protocell
240
508000
2000
Ostatní protobuňky zatím
křepčí okolo.
křepčí okolo.
08:45
just dances around. And this just happens
241
510000
2000
08:47
until all of the energy in the system is
242
512000
2000
A to pokračuje, dokud se
nevyčerpá energie.
nevyčerpá energie.
08:49
basically used up, and then, game over.
243
514000
3000
Pak hra skončí.
08:52
So then I repeated this experiment
244
517000
2000
Tenhle pokus jsem
několikrát opakoval.
několikrát opakoval.
08:54
a bunch of times, and one time
245
519000
2000
Jednou se stalo
něco velmi zajímavého.
něco velmi zajímavého.
08:56
something very interesting happened.
246
521000
2000
08:58
So, I added these protocells together
247
523000
2000
Dal jsem protobuňky A a B
opět do téhož prostředí,
opět do téhož prostředí,
09:00
to the system, and protocell A and protocell B
248
525000
2000
09:02
fused together to form a hybrid protocell AB.
249
527000
2000
a ony vytvořily hybridní
protobuňku AB.
protobuňku AB.
09:04
That didn't happen before. There it goes.
250
529000
2000
09:06
There's a protocell AB now in this system.
251
531000
3000
Tady vidíte vzniklou protobuňku AB.
09:09
Protocell AB likes to dance around for a bit,
252
534000
3000
Protobuňka AB teď křepčí okolo
09:12
while protocell B does the fusing, okay?
253
537000
3000
a protobuňky B se mezitím spojily.
09:15
But then something even more interesting happens.
254
540000
3000
A teď se stane něco ještě zajímavějšího.
09:18
Watch when these two large protocells,
255
543000
2000
Sledujte, jak se spojí dvě velké
hybridní protobuňky.
hybridní protobuňky.
09:20
the hybrid ones, fuse together.
256
545000
2000
09:22
Now we have a dancing protocell
257
547000
3000
A křepčící protobuňka se
najednou replikuje.
najednou replikuje.
09:25
and a self-replication event. Right. (Laughter)
258
550000
4000
09:29
Just with blobs of chemicals, again.
259
554000
2000
A pořád je to jen kapička chemikálií.
09:31
So the way this works is, you have
260
556000
2000
Vyšli jsme tedy ze dvou systémů
o pěti chemikáliích.
o pěti chemikáliích.
09:33
a simple system of five chemicals here,
261
558000
2000
09:35
a simple system here. When they hybridize,
262
560000
2000
Ty se zkřížily a vzniklo
něco mnohem komplexnějšího.
něco mnohem komplexnějšího.
09:37
you then form something that's different than
263
562000
2000
09:39
before, it's more complex than before,
264
564000
2000
Došlo k emergenci schopnosti replikace.
09:41
and you get the emergence of another kind of
265
566000
2000
09:43
lifelike behavior which
266
568000
2000
09:45
in this case is replication.
267
570000
2000
09:47
So since we can make some interesting
268
572000
2000
Umíme tedy vytvořit
zajímavé protobuňky,
zajímavé protobuňky,
09:49
protocells that we like, interesting colors and
269
574000
2000
které mají hezké barvičky
a zajímavě se chovají.
a zajímavě se chovají.
09:51
interesting behaviors, and they're very easy
270
576000
2000
Je snadné je vytvořit
a jsou jako živé.
a jsou jako živé.
09:53
to make, and they have interesting lifelike
271
578000
2000
09:55
properties, perhaps these protocells have
272
580000
3000
Možná nám tedy prozradí
09:58
something to tell us about the origin of life
273
583000
2000
něco o zrodu života na Zemi.
10:00
on the Earth. Perhaps these represent an
274
585000
2000
Takhle nějak mohl vypadat první,
snadno dosažitelný krok,
snadno dosažitelný krok,
10:02
easily accessible step, one of the first steps
275
587000
2000
10:04
by which life got started on the early Earth.
276
589000
3000
kterým na Zemi začal život.
10:07
Certainly, there were molecules present on
277
592000
2000
Tytéž molekuly tehdy
už na Zemi byly.
už na Zemi byly.
10:09
the early Earth, but they wouldn't have been
278
594000
2000
Jenom neměly tak čisté složení
jako v našich pokusech.
jako v našich pokusech.
10:11
these pure compounds that we worked with
279
596000
2000
10:13
in the lab and I showed in these experiments.
280
598000
2000
10:15
Rather, they'd be a real complex mixture of
281
600000
2000
Byly to složité směsi
všeho možného.
všeho možného.
10:17
all kinds of stuff, because
282
602000
2000
10:19
uncontrolled chemical reactions produce
283
604000
2000
Nekontrolované chemické reakce
vytvářely různorodé sloučeniny.
vytvářely různorodé sloučeniny.
10:21
a diverse mixture of organic compounds.
284
606000
2000
10:23
Think of it like a primordial ooze, okay?
285
608000
3000
Byla to jakási zárodeční břečka.
Ani s moderními metodami ji
neumíme zcela postihnout.
neumíme zcela postihnout.
10:26
And it's a pool that's too difficult to fully
286
611000
2000
10:28
characterize, even by modern methods, and
287
613000
2000
Byl to takový hnědý dehet
jako tady vlevo.
jako tady vlevo.
10:30
the product looks brown, like this tar here
288
615000
2000
10:32
on the left. A pure compound
289
617000
2000
To vpravo je pro srovnání
čistá verze téhož.
čistá verze téhož.
10:34
is shown on the right, for contrast.
290
619000
2000
10:36
So this is similar to what happens when you
291
621000
2000
Něco podobného se děje,
10:38
take pure sugar crystals in your kitchen,
292
623000
2000
když v kastrolku zahříváte čistý cukr.
10:40
you put them in a pan, and you apply energy.
293
625000
2000
10:42
You turn up the heat, you start making
294
627000
2000
Teplo vytváří či naopak narušuje
chemické vazby,
chemické vazby,
10:44
or breaking chemical bonds in the sugar,
295
629000
2000
a z cukru vzniká hnědý karamel.
10:46
forming a brownish caramel, right?
296
631000
2000
10:48
If you let that go unregulated, you'll
297
633000
2000
Pokud v tom budete
dál pokračovat,
dál pokračovat,
10:50
continue to make and break chemical bonds,
298
635000
2000
10:52
forming an even more diverse mixture of
299
637000
2000
bude směs ještě různorodější
10:54
molecules that then forms this kind of black
300
639000
2000
a v kastrolku vám vznikne
černá, dehtová hmota,
černá, dehtová hmota,
10:56
tarry stuff in your pan, right, that's
301
641000
2000
kterou nejde vymýt.
10:58
difficult to wash out. So that's what
302
643000
2000
A tak mohl vypadat vznik života z břečky,
11:00
the origin of life would have looked like.
303
645000
2000
11:02
You needed to get life out of this junk that
304
647000
2000
která byla na Zemi
před 4,5 miliardami let.
před 4,5 miliardami let.
11:04
is present on the early Earth,
305
649000
2000
11:06
four, 4.5 billion years ago.
306
651000
2000
11:08
So the challenge then is,
307
653000
2000
Skutečnou výzvou tedy je
vytvořit "živé" protobuňky
vytvořit "živé" protobuňky
11:10
throw away all your pure chemicals in the lab,
308
655000
2000
11:12
and try to make some protocells with lifelike
309
657000
2000
nikoli z čistých chemikálií,
nýbrž ze zárodeční břečky.
nýbrž ze zárodeční břečky.
11:14
properties from this kind of primordial ooze.
310
659000
3000
11:17
So we're able to then see the self-assembly
311
662000
2000
Proto jsme s pomocí samouspořádání
vytvořili těla z kapek oleje.
vytvořili těla z kapek oleje.
11:19
of these oil droplet bodies again
312
664000
2000
11:21
that we've seen previously,
313
666000
2000
Ty černé tečky uvnitř jsou
něco jako
něco jako
11:23
and the black spots inside of there
314
668000
2000
11:25
represent this kind of black tar -- this diverse,
315
670000
2000
rozmanitý, komplexní,
organický dehet.
organický dehet.
11:27
very complex, organic black tar.
316
672000
2000
11:29
And we put them into one of these
317
674000
2000
Vzniklé protobuňky jsme opět
podrobili našim pokusům.
podrobili našim pokusům.
11:31
experiments, as you've seen earlier, and then
318
676000
2000
A výsledkem byl opět pohyb,
jako by byly živé.
jako by byly živé.
11:33
we watch lively movement that comes out.
319
678000
2000
11:35
They look really good, very nice movement,
320
680000
2000
A opět se zdá, že protobuňky
mají určitý typ chování.
mají určitý typ chování.
11:37
and also they appear to have some kind of
321
682000
2000
11:39
behavior where they kind of circle
322
684000
2000
Tak jako předtím kolem sebe
krouží a sledují se.
krouží a sledují se.
11:41
around each other and follow each other,
323
686000
3000
11:44
similar to what we've seen before -- but again,
324
689000
2000
Tentokrát však pracujeme
v neupravených podmínkách,
v neupravených podmínkách,
11:46
working with just primordial conditions,
325
691000
2000
11:48
no pure chemicals.
326
693000
2000
bez čistých chemikálií.
Tyhle protobuňky se živí dehtem
a umí ho vystopovat.
a umí ho vystopovat.
11:50
These are also, these tar-fueled protocells,
327
695000
2000
11:52
are also able to locate resources
328
697000
2000
11:54
in their environment.
329
699000
1000
11:55
I'm going to add some resource from the left,
330
700000
2000
Za chvíli do systému zleva
pronikne zdroj potravy.
pronikne zdroj potravy.
11:57
here, that defuses into the system,
331
702000
2000
11:59
and you can see, they really like that.
332
704000
2000
12:01
They become very energetic, and able
333
706000
2000
Protobuňky se ihned aktivují
a plují ke zdroji,
a plují ke zdroji,
12:03
to find the resource in the environment,
334
708000
2000
tak jako jsme to viděli předtím.
12:05
similar to what we saw before.
335
710000
2000
12:07
But again, these are done in these primordial
336
712000
2000
Ale znovu připomínám, že jde
o prostředí plné nečistot,
o prostředí plné nečistot,
12:09
conditions, really messy conditions,
337
714000
2000
12:11
not sort of sterile laboratory conditions.
338
716000
2000
nikoli o sterilní laboratorní podmínky.
12:13
These are very dirty little protocells,
339
718000
2000
Tyhle protobuňky jsou tak
trochu špindírové. (smích)
trochu špindírové. (smích)
12:15
as a matter of fact. (Laughter)
340
720000
2000
12:17
But they have lifelike properties, is the point.
341
722000
3000
Ale mají vlastnosti, jako by byly živé,
a to je hlavní.
a to je hlavní.
12:20
So, doing these artificial life experiments
342
725000
3000
Pokusy s umělým životem
nám tak pomáhají
nám tak pomáhají
12:23
helps us define a potential path between
343
728000
3000
načrtnout možnou cestu
od neživých systémů k těm živým.
od neživých systémů k těm živým.
12:26
non-living and living systems.
344
731000
3000
12:29
And not only that, but it helps us
345
734000
2000
Navíc zároveň rozšiřují naši
představu o tom, co život je
představu o tom, co život je
12:31
broaden our view of what life is
346
736000
2000
12:33
and what possible life there could be
347
738000
2000
a jak by mohl vypadat
na jiných planetách,
na jiných planetách,
12:35
out there -- life that could be very different
348
740000
2000
kde se může od života
na Zemi výrazně lišit.
na Zemi výrazně lišit.
12:37
from life that we find here on Earth.
349
742000
3000
To mě přivádí k pojmu
tzv. "divného života".
tzv. "divného života".
12:40
And that leads me to the next
350
745000
2000
12:42
term, which is "weird life."
351
747000
2000
12:44
This is a term by Steve Benner.
352
749000
3000
Ten pojem zavedl Steve Benner.
Vztahuje se ke zprávě Národní
výzkumné rady USA z r. 2007,
výzkumné rady USA z r. 2007,
12:47
This is used in reference to a report
353
752000
2000
12:49
in 2007 by the National Research Council
354
754000
2000
12:51
in the United States, wherein
355
756000
2000
která se zamýšlí na tím,
jak najít ve vesmíru život,
jak najít ve vesmíru život,
12:53
they tried to understand how we can
356
758000
2000
12:55
look for life elsewhere in the universe, okay,
357
760000
2000
i kdyby byl výrazně odlišný
od života na Zemi.
od života na Zemi.
12:57
especially if that life is very different from life
358
762000
2000
12:59
on Earth. If we went to another planet and
359
764000
3000
Otázka totiž je, zda bychom život
na jiné planetě vůbec poznali.
na jiné planetě vůbec poznali.
13:02
we thought there might be life there,
360
767000
2000
13:04
how could we even recognize it as life?
361
769000
2000
Autoři přišli se třemi obecnými kritérii.
13:06
Well, they came up with three very general
362
771000
2000
13:08
criteria. First is -- and they're listed here.
363
773000
2000
Tady je jejich seznam.
13:10
The first is, the system has to be in
364
775000
2000
Systém musí být za prvé v nerovnováze.
To znamená, že není mrtvý,
To znamená, že není mrtvý,
13:12
non-equilibrium. That means the system
365
777000
2000
13:14
cannot be dead, in a matter of fact.
366
779000
1000
že přijímá energii a využívá ji
k uchování svých funkcí.
k uchování svých funkcí.
13:15
Basically what that means is, you have
367
780000
2000
13:17
an input of energy into the system that life
368
782000
2000
13:19
can use and exploit to maintain itself.
369
784000
3000
13:22
This is similar to having the Sun shining
370
787000
2000
Příkladem je Slunce, které svítí
na Zemi a pohání fotosyntézu
na Zemi a pohání fotosyntézu
13:24
on the Earth, driving photosynthesis,
371
789000
2000
13:26
driving the ecosystem.
372
791000
2000
a celý ekosystém.
13:28
Without the Sun, there's likely to be
373
793000
2000
Bez Slunce by patrně na Zemi
nebyl život.
nebyl život.
13:30
no life on this planet.
374
795000
2000
Zadruhé, život potřebuje tekutou formu.
13:32
Secondly, life needs to be in liquid form,
375
797000
2000
13:34
so that means even if we had some
376
799000
2000
Ze struktur zamrzlých v pevné hmotě,
jakkoli mohou být zajímavé,
jakkoli mohou být zajímavé,
13:36
interesting structures, interesting molecules
377
801000
2000
13:38
together but they were frozen solid,
378
803000
2000
život nevznikne.
13:40
then this is not a good place for life.
379
805000
2000
A zatřetí, potřebujeme schopnost tvořit
a přerušovat chemické vazby.
a přerušovat chemické vazby.
13:42
And thirdly, we need to be able to make
380
807000
2000
13:44
and break chemical bonds. And again
381
809000
2000
13:46
this is important because life transforms
382
811000
2000
Jinak život nedokáže přeměňovat
potravní zdroje ve stavební jednotky
potravní zdroje ve stavební jednotky
13:48
resources from the environment into
383
813000
2000
a udržovat své funkce.
13:50
building blocks so it can maintain itself.
384
815000
2000
Dnes jsem vám tedy vyprávěl
o jakýchsi podivných protobuňkách.
o jakýchsi podivných protobuňkách.
13:52
Now today, I told you about very strange
385
817000
2000
13:54
and weird protocells -- some that contain clay,
386
819000
2000
Některé obsahovaly jíl
a jiné zárodeční břečku.
a jiné zárodeční břečku.
13:56
some that have primordial ooze in them,
387
821000
3000
13:59
some that have basically oil
388
824000
2000
V některých byl místo vody olej.
14:01
instead of water inside of them.
389
826000
2000
14:03
Most of these don't contain DNA,
390
828000
2000
I když neobsahují DNA, mají
vlastnosti, jako by byly živé.
vlastnosti, jako by byly živé.
14:05
but yet they have lifelike properties.
391
830000
2000
14:07
But these protocells satisfy
392
832000
3000
Hlavní totiž je, že splňují
obecná kritéria živého systému.
obecná kritéria živého systému.
14:10
these general requirements of living systems.
393
835000
3000
14:13
So by making these chemical, artificial
394
838000
2000
Našimi pokusy s umělým životem
na chemické bázi chceme nejen
na chemické bázi chceme nejen
14:15
life experiments, we hope not only
395
840000
2000
14:17
to understand something fundamental
396
842000
2000
hlouběji porozumět vzniku a existenci
života na Zemi,
života na Zemi,
14:19
about the origin of life and the existence
397
844000
2000
14:21
of life on this planet, but also
398
846000
2000
ale také tomu, jak by mohl život
vypadat jinde ve vesmíru.
vypadat jinde ve vesmíru.
14:23
what possible life there could be
399
848000
2000
14:25
out there in the universe. Thank you.
400
850000
3000
Děkuji.
(potlesk)
14:28
(Applause)
401
853000
4000
ABOUT THE SPEAKER
Martin Hanczyc - ChemistMartin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells.
Why you should listen
Martin Hanczyc is developing novel synthetic chemical systems based on the properties of living systems, in a quest to understand how life forms. These synthetic systems, or "protocells," are model systems of primitive living cells and chemical examples of artificial life. As Rachel Armstrong puts it: "Although the protocell model system is just a chemically modified oil droplet, its dynamics are astonishingly varied and complex."
He's based at the Institute of Physics and Chemistry and the Center for Fundamental Living Technology (FLinT) in Denmark. He is also an Honorary Senior Lecturer at the Bartlett School of Architecture, University College London.
Martin Hanczyc | Speaker | TED.com